外太空的空間輻射在實(shí)驗(yàn)室中被復(fù)制出來。科學(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(xiàng)研究能夠幫助科學(xué)家研究空間探索對(duì)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(yáng)系的主要障礙。太陽(yáng)和深空的高能電離粒子對(duì)人類健康極其危險(xiǎn)，它們可以直接穿過皮膚并沉積能量，對(duì)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(huì)對(duì)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(shí)驗(yàn)設(shè)備通過火箭運(yùn)送至外太空進(jìn)行實(shí)際觀測(cè)，但這非常昂貴且難以實(shí)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。科學(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(shí)驗(yàn)室中模仿外太空的空間輻射
目前，英國(guó)斯特拉斯克萊德大學(xué)的Bernhard Hidding研究團(tuán)隊(duì)找到了一種解決方案。該團(tuán)隊(duì)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(chǎng)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(chǎng)能量甚至比比原子內(nèi)部的庫(kù)侖力大一個(gè)數(shù)量級(jí)，”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(chǎng)和其他等離子體的場(chǎng)加速，被加速的程度取決于粒子的初始位置，這個(gè)過程能夠產(chǎn)生巨大的能量。
該研究團(tuán)隊(duì)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(shí)驗(yàn)室制造出的輻射與外太空的空間輻射相當(dāng)，該團(tuán)隊(duì)請(qǐng)求美國(guó)宇航局（NASA）進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬。“NASA的模擬方式是基于模型和測(cè)量的，代表了我們目前已知最先進(jìn)的知識(shí)。”Hidding說。
監(jiān)控?fù)p傷
下一個(gè)任務(wù)是證明該系統(tǒng)可通過光耦合器測(cè)試粒子輻射來測(cè)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(hào)。另外，Hidding和團(tuán)隊(duì)通過測(cè)量系統(tǒng)的電流傳輸比來監(jiān)測(cè)輻射誘發(fā)的衰減作用。
美國(guó)《科學(xué)報(bào)告》雜志中所描述的概念驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)的下一步將制訂用于測(cè)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(gè)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(cè)試開發(fā)出專用的激光束，并將其用于英國(guó)等地不斷發(fā)展的太空行業(yè)。”
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