日本国立研究开发法人量子科学技术研究开发机构（QST）关西光量子科学研究所量子应用光学研究部的榊泰直首席研究员（九州大学客座教授）、小岛完兴主干研究员等人，与高能加速器研究机构的诹访田刚高级研究员、住友重机械工业株式会社、九州大学、山形大学开展联合研究，成功验证了通过激光产生高速离子并应用于癌症治疗装置的控制技术。相关成果已发表在期刊《Review of Scientific Instruments》上。
图1 利用相位旋转空腔实现离子速度控制的装置示意图（供图：QST）
重离子线癌症治疗虽然对身体负担小、副作用少，但由于需要大型加速器，目前日本国内仅7家机构能够对应。每年仅有约4000人（约占日本新增癌症患者的0.4%）能接受治疗重离子线，因此亟需实现加速部件的小型化。
QST于2023年在世界上首次完成了激光加速离子入射装置的原型机。但与加速器不同，激光加速的离子速度不均一，无法直接应用于重离子线癌症治疗装置。要实现应用，必须使一定数量的离子在时间上保持同步。
此次研究团队首先通过磁透镜抑制激光加速产生的发散离子的发散角，再引入相位旋转空腔，从而将离子群中的离子数量最高提升约10倍。相位旋转空腔通过对100皮秒内通过的离子群的前后离子群施加负电场或正电场，通过加速或减速作用形成离子峰值。该技术有望使离子数量达到癌症治疗装置所需的数量（10的9次方个）。
榊泰直首席研究员表示：“目前使用的离子加速部件来自SPring-8改造时移交的设备，我们正在推进设备的优化设计，计划从后年起制造专用设备。目前，利用超导加速器实现小型化的第四代重离子线癌症治疗装置正在建设中，目标是在2028年度启动临床应用。在积累临床经验的同时，我们将通过激光加速装置推进更小型的第五代装置的研发。”
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
期刊：Review of Scientific Instruments
论文：Demonstration and real-time non-destructive diagnosis of a high-flux laser-driven proton bunch
DOI：10.1063/5.0274838
