新民晚報訊（記者 董純蕾）質子刀，被形容為“治癌神器”“腫瘤殺手”。價格不再那么高不可攀、占地不再那么“興師動眾”的新一代質子刀——激光質子刀，距離由實驗室方案變為現實應用，又邁進了關鍵一步。記者從中國科學院上海光學精密機械研究所強場激光物理國家重點實驗室獲悉，激光驅動的質子刀研究取得重要進展，在世界上處于前沿水平。
在徐至展院士、李儒新研究員的領導下，科研人員使用400太瓦的超強超短激光脈沖，轟擊厚度僅40納米的薄膜靶，成功獲得極高品質的準單能質子束，質子能譜峰能量高達9 兆電子伏特（MeV），峰值流強高達3×1012 質子/兆電子伏特/立體角（protons/MeV/sr）。專殺癌細胞的激光質子刀所要求的三大條件—— 能量高、準單能、流強大，它統統都做到了！這一令人興奮的研究進展，近日發表在國際學術期刊《物理評論快報》（Physical Review Letters）上。
高能質子束在物質中傳輸時會產生奇特的能量沉積峰“布拉格峰”，也就是說，質子在傳輸途中上很少損失能量，這一路傳下來，能量主要沉積在“終點站”，質子只有“停下腳步”時才會“盡情釋放”能量。這也正是質子刀用于腫瘤治療的原理。采用高能質子束治療癌癥時，“專一”殺死癌細胞，不會殃及健康細胞。
據介紹，基于傳統加速器的質子刀腫瘤治療在國內外都已取得很大進展——如上海市質子重離子醫院，臨床效果非常好，但是治療費用十分昂貴，普及起來難度很高。論文的第一作者、助理研究員張輝告訴記者，基于傳統加速器的質子刀，質子加速梯度（即單位長度內粒子獲得的能量）相對較小，需跑上好長一段路，才能把能量提到位，產生足以殺死癌細胞的“神力”。這樣一整套設備，占地面積和造價可想而知。“激光驅動的質子刀，加速梯度可以提高1000-10000倍，無疑有助于大大縮小加速器規模，大大減少治療費用。”
圖說：高品質質子束是這樣“打造”的 中科院上海光機所供圖
然而，如此“能干”的激光質子刀，方案誕生已近20年，也取得了諸多理論和實驗進展，但距離應用始終“差了一口氣”。緣何如此困難重重？張輝解釋說，主要是因為腫瘤治療對質子束的品質要求非常嚴苛，這把“刀”既要“鋒利”（能量高），又得“純凈”（準單能），還需“寬刃”（流強大）。“消滅不同位置的癌細胞，需要對應能量的質子束，如果混雜了其他能量的質子束，就有可能誤殺健康細胞。而如果質子束的質子數量不達標，則有可能殺不完癌細胞。”此次獲得的9 MeV質子束，可殺死淺層腫瘤，也就是近皮膚的癌細胞。如需消滅人體深處的癌細胞，估計需要100 MeV量級的質子束。“重要的是，我們開發了用激光器獲取高品質質子束的機制。”目前，上海超強超短激光實驗裝置（SULF）正在建設中，去年已成功實現5拍瓦（1拍瓦=1000太瓦）激光脈沖輸出。“待SULF明年建成投入使用后，利用SULF輸出的激光脈沖就可以獲得100 MeV量級的高品質高能質子束了。”
腫瘤治療不是唯一能從該項研究中獲益的領域。據悉，超強超短激光驅動產生的超短脈沖、高品質高能質子束，還可應用于質子照相與材料檢測、激光核聚變快點火、實驗室天體物理、激光核物理和核醫學等方面的研究。
