外太空的空間輻射在實驗室中被復(fù)制出來?？茖W(xué)家使用激光等離子體加速器復(fù)制出地球周圍的高能粒子輻射。該項研究能夠幫助科學(xué)家研究空間探索對人類的影響，并為衛(wèi)星和火箭設(shè)備的研制提供強(qiáng)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并沉積能量，對細(xì)胞和DNA造成不可逆轉(zhuǎn)的破壞。除此之外，空間輻射也會對衛(wèi)星設(shè)備造成嚴(yán)重破壞。
研究空間輻射最有效的方法是將實驗設(shè)備通過火箭運送至外太空進(jìn)行實際觀測，但這非常昂貴且難以實現(xiàn)。而且，在地球上制造出類似外太空的空間輻射同樣非常困難?？茖W(xué)家已經(jīng)嘗試使用傳統(tǒng)的回旋加速器和線性粒子加速器。然而，這些設(shè)備只能產(chǎn)生單能粒子，并不能完全替代在空間輻射中發(fā)現(xiàn)的寬能帶的粒子。
科學(xué)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(xué)的Bernhard Hidding研究團(tuán)隊找到了一種解決方案。該團(tuán)隊使用激光等離子體加速器，制造出了寬能帶的電子和質(zhì)子，這種電子和質(zhì)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(chǎn)生的粒子輻射區(qū)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。“激光脈沖的能量之大，所產(chǎn)生的電磁場能量甚至比比原子內(nèi)部的庫侖力大一個數(shù)量級，”Hidding解釋說，“因此金屬箔靶被瞬間轉(zhuǎn)換為等離子體。”等離子體粒子被激光的強(qiáng)電場和其他等離子體的場加速，被加速的程度取決于粒子的初始位置，這個過程能夠產(chǎn)生巨大的能量。
該研究團(tuán)隊使用電子敏感圖像板、質(zhì)子放射性色素膜和閃爍熒光屏研究了這些等離子體粒子。為了證明實驗室制造出的輻射與外太空的空間輻射相當(dāng)，該團(tuán)隊請求美國宇航局（NASA）進(jìn)行計算機(jī)模擬。“NASA的模擬方式是基于模型和測量的，代表了我們目前已知最先進(jìn)的知識。”Hidding說。
監(jiān)控?fù)p傷
下一個任務(wù)是證明該系統(tǒng)可通過光耦合器測試粒子輻射來測試空間輻射的影響。光電耦合器件常用于在相互隔離的電路之間傳輸電信號。另外，Hidding和團(tuán)隊通過測量系統(tǒng)的電流傳輸比來監(jiān)測輻射誘發(fā)的衰減作用。
美國《科學(xué)報告》雜志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于測試電子設(shè)備和生物樣本的標(biāo)準(zhǔn)。“畢竟，空間輻射是人類航天飛行需要克服的關(guān)鍵障礙之一。”Bernhard Hidding說。
Hiddings表示，斯特拉思克萊德大學(xué)新配備的激光器也將在未來的研究中發(fā)揮關(guān)鍵作用。“這是當(dāng)今世界上平均功率最高的激光系統(tǒng)，”該系統(tǒng)被安裝在蘇格蘭等離子體加速器應(yīng)用中心（SCAPA）的三個輻射屏蔽掩體中，最多能發(fā)出七束光。“我們的研究目標(biāo)是為空間輻射研究和測試開發(fā)出專用的激光束，并將其用于英國等地不斷發(fā)展的太空行業(yè)。”
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