Plasmabaserade kompakta jonkällor

Forskningsprojekt, 2014 – 2019

Cancerbehandling, materialanalys och energiforskning är några områden där man kan använda energirika joner. I dag måste jonerna accelereras i stora och dyra anläggningar, men svenska forskare försöker utveckla en mindre och billigare metod. Laser är en del av lösningen. Om man bestrålar något med joner, har de en unik egenskap jämfört med exempelvis röntgenstrålning eller elektroner. De ger ifrån sig nästan all sin energi där de stannar, istället för gradvis, eller vid ytan där de tränger in. Det gör att man kan få en väldigt bra precision, exempelvis vid cancerbehandlingar. Djupt sittande tumörer kan bestrålas utan att vävnaden omkring skadas. Tekniken används sedan flera decennier, men den har en nackdel: för att producera joner med tillräckligt hög energi krävs en mycket stor anläggning. En sådan byggs just nu i Uppsala, och det blir den första i Norden. Med starka elektriska fält ska man där accelerera vätejoner, det vill säga protoner, över långa sträckor tills de har den energi som passar för behandlingen. Det är dyrt, och dessutom måste patienterna behandlas vid någon av de få anläggningar som existerar i världen. Men det finns ett annat sätt att producera energirika joner. För omkring femton år sedan upptäckte forskare att om man beskjuter ett tunt lager av något material, nästan vilket som helst, med laserpulser med hög effekt så joniseras materialets atomer; en del av deras elektroner lossnar och slungas iväg. Materialet omvandlas till ett plasma, ungefär som en gas bestående av laddade partiklar. Den elektriska spänning som uppstår mellan de bortslungade elektronerna och de positiva jonerna drar ut jonerna ur materialet och ger dem hög energi. Den här processen ska forskare vid Chalmers tekniska högskola, Umeå universitet och Lunds universitet undersöka i detalj de närmaste åren.