世界第一台激光质子癌症治疗装置在怀柔科学城基本建成

“最快的刀、最准的尺、最亮的光”，这是科学家对激光的生动比喻。当激光跑出了加速度，又会对癌症这个顽疾产生怎样的威慑力？

近日，位于怀柔科学城的北京激光加速创新中心一片忙碌景象。“我们刚刚完成了激光加速器各项设备的整体联通，首次实现了激光从加速到传输的全部功能。”北京激光加速创新中心主任、北京大学物理学院副院长颜学庆自豪地向记者介绍，这标志着世界上第一台激光质子癌症治疗装置基本建成，我国激光加速器研究实现了从“跟跑”“并跑”向“领跑”的转变。

十年磨出“国之重器”

造器之路并非一帆风顺。2006年，颜学庆在国际上率先提出借鉴“风帆原理”的稳相光压加速新方法，却遭到国外同行的质疑，“这张薄‘帆’做不出来”。

十年甘坐冷板凳。历经成百上千次的失败，2017年，加速器初步成形，颜学庆带领团队在北大建成国际上首台1%—5%能散、能量和电量可调的激光质子加速器与辐照装置。此后，他们又建成了世界上功率最高的1赫兹重频2拍瓦激光装置。

更短的加速距离和更高的峰值流强，是新一代激光加速器的特点。颜学庆介绍，与传统的射频加速器相比，新一代激光加速器加速距离缩小了上千倍，而峰值流强提高了上千倍。“峰值功率比全世界总的平均发电功率还要高100倍，如果转换成温度，它比太阳内部还要高100万倍以上。”

激光何以加速？带着疑问，记者进入质子加速靶场，一排排银色的真空腔体映入眼帘。工作人员介绍，真空腔体内有大口径反射镜和反射式聚焦元件，可以把大口径光束聚焦到一个小点上，与靶材相互作用后产生瞬态极强电场实现质子加速，这个过程被称为“打靶”。

作为北大深度参与怀柔科学城建设并承建的重大科研项目，去年，北京激光加速创新中心正式完成工艺和设备验收，16个实验研究平台和七大实验室辅助设备平台全部建成投用。颜学庆介绍，作为国际上最先进的激光加速平台之一，激光驱动的超快束流可以应用在多个前沿领域，对于肿瘤FLASH放疗、核电池、核钟、材料、能源和超快核物理等研究都将有重要意义。

打造肿瘤治疗“质子刀”

为了这一瞬间的加速，这些年，颜学庆和团队日夜兼程。如果说从原理到样机是实现了从“0”到“1”的突破，那么，目前他们正在从“1”向“100”迈进：建成世界上第一台激光质子癌症治疗装置——飞秒激光“质子刀”，并推动其尽快在医院落地，造福更多癌症患者。

记者走进位于中心一楼的“治疗室”，目光立刻被正中央的一张白色治疗床吸引，治疗床正前方放置着金属治疗头。颜学庆介绍，加速后的质子经过束流传输系统后，就变成了一把锋利的“质子刀”，可以作用于病灶。其原理是质子射束在抵达肿瘤病灶前，能量仅有不足25%的释放，抵达病灶时立即释放至能量峰值，一旦穿过病灶，释放的多余辐射又趋近于零。

“就像一颗精准制导的导弹，一路飞过去几乎不消耗能量，直到抵达癌细胞的‘老巢’，才把能量全部释放出来，把癌细胞‘炸’掉，而周围的健康细胞则基本不受影响。”颜学庆说。

同时，团队还在小鼠实验中发现，超高流强质子束流不仅能消灭肿瘤，未来还有可能激活免疫系统，抑制肿瘤扩散，进一步开发出结合放疗与免疫治疗的新型癌症治疗方案。

“基于激光加速器的质子放疗系统实现了设备的小型化，一旦研制成功，可以安装在医院，能够大幅降低癌症患者的治疗费用。”颜学庆透露，中心拟与北京大学第三医院签署协议，未来5年内，希望国内第一台飞秒激光质子刀落户北京地区。

除了癌症治疗，激光加速器有着丰富的应用前景。颜学庆介绍，中心在多个前沿领域开展了应用探索，比如激光加速器可用于模拟太空环境中的高能辐射条件，帮助研究材料和设备在极端辐射环境下的性能和可靠性；通过高能离子束对材料进行辐照改性，探索新型纳米材料的制备方法，这将为先进材料的研发提供新的技术手段……

吸引“大先生” 培育“大人才”

去年10月，北京激光加速创新中心引入“强援”——诺贝尔物理学奖获得者、法国物理学家杰哈·阿尔贝特·穆鲁以北京大学讲席教授的身份正式全职入职北京大学，指导北京激光加速创新中心加快打造成世界激光加速研究中心。

用“大装置”吸引“大先生”、培育“大人才”，是颜学庆对中心的定位。目前中心已吸引20多位国内外优秀科学家加入，近80位博士、硕士研究生在此研究学习。颜学庆介绍：“学生进入中心后将加入不同的课题组，从最基础的激光实验做起，在最真实的科研场景中锻炼动手能力、培养创新思维。”

颜学庆透露，一个以穆鲁教授名字命名的“M大师班”正在筹备中，计划近期从大二学生中选拔，采取本硕博贯通式培养，首批招生不超过10人，打造交叉复合创新型人才培养新模式。

资料来源：中国教育报

编辑、排版：胡赛男

来源：北京号

作者：北京怀柔官方发布

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