激光等離子體加速器複製出外太空空間輻射

外太空的空間輻射在實驗室中被複制出來。科學家使用激光等離子體加速器複製出地球周圍的高能粒子輻射。該項研究能夠幫助科學家研究空間探索對人類的影響，並為衛星和火箭設備的研製提供強大保障。

空間輻射是人類探索太陽系的主要障礙。太陽和深空的高能電離粒子對人類健康極其危險，它們可以直接穿過皮膚並沉積能量，對細胞和DNA造成不可逆轉的破壞。除此之外，空間輻射也會對衛星設備造成嚴重破壞。

研究空間輻射最有效的方法是將實驗設備通過火箭運送至外太空進行實際觀測，但這非常昂貴且難以實現。而且，在地球上製造出類似外太空的空間輻射同樣非常困難。科學家已經嘗試使用傳統的回旋加速器和線性粒子加速器。然而，這些設備只能產生單能粒子，並不能完全替代在空間輻射中發現的寬能帶的粒子。

科學家在實驗室中模仿外太空的空間輻射

目前，英國斯特拉斯克萊德大學的Bernhard Hidding研究團隊找到了一種解決方案。該團隊使用激光等離子體加速器，製造出了寬能帶的電子和質子，這種電子和質子是范艾倫輻射帶中的典型粒子——這一輻射帶是由地磁場產生的粒子輻射區域。

從激光到等離子體

加速器的工作原理是將高能量、高亮度的激光束投射在面積僅幾平方微米的薄金屬箔靶上。「激光脈衝的能量之大，所產生的電磁場能量甚至比比原子內部的庫侖力大一個數量級，」Hidding解釋說，「因此金屬箔靶被瞬間轉換為等離子體。」等離子體粒子被激光的強電場和其他等離子體的場加速，被加速的程度取決於粒子的初始位置，這個過程能夠產生巨大的能量。

該研究團隊使用電子敏感圖像板、質子放射性色素膜和閃爍熒光屏研究了這些等離子體粒子。為了證明實驗室製造出的輻射與外太空的空間輻射相當，該團隊請求美國宇航局（NASA）進行計算機模擬。「NASA的模擬方式是基於模型和測量的，代表了我們目前已知最先進的知識。」Hidding說。

監控損傷

下一個任務是證明該系統可通過光耦合器測試粒子輻射來測試空間輻射的影響。光電耦合器件常用於在相互隔離的電路之間傳輸電信號。另外，Hidding和團隊通過測量系統的電流傳輸比來監測輻射誘發的衰減作用。

美國《科學報告》雜誌中所描述的概念驗證實驗有可能成為不需要離開地球研究空間輻射影響的重大突破。實驗的下一步將制訂用於測試電子設備和生物樣本的標準。「畢竟，空間輻射是人類航天飛行需要克服的關鍵障礙之一。」Bernhard Hidding說。

Hiddings表示，斯特拉思克萊德大學新配備的激光器也將在未來的研究中發揮關鍵作用。「這是當今世界上平均功率最高的激光系統，」該系統被安裝在蘇格蘭等離子體加速器應用中心（SCAPA）的三個輻射屏蔽掩體中，最多能發出七束光。「我們的研究目標是為空間輻射研究和測試開發出專用的激光束，並將其用於英國等地不斷發展的太空行業。」

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