量子科学技術研究開発機構（QST），独ドレスデンヘルムホルツ研究所（HZDR），英インペリアルカレッジロンドンは，HZDRの高強度レーザー施設を用いて，レーザーによるイオン加速の世界最高到達速度を更新し，光速の50%のイオンビームの発生に成功した（ニュースリリース）。

加速器の大幅な小型化を可能とする技術として，高強度のレーザーを利用して高速のイオンを発生するレーザーイオン加速があり，その技術の高度化が，がん治療装置の大幅な小型化を実現し，その結果として治療の普及につながると期待されている。

そのため，世界中の研究機関が過去四半世紀の間に世界最大規模のレーザー施設を活用して多くのイオン加速実験を実施してきた。しかしながら，これまで光速の40%を超えるイオンビーム（陽子）は発生できておらず，がん治療への応用の障害となっていた。

研究グループは，HZDRのDracoレーザーを用い，そのレーザーの時間波形を適切に制御することで，速度のそろった高速陽子の発生に成功した。レーザーパルスをプラスチック薄膜に45度の角度から照射し，薄膜を透過したレーザー光（透過光）を計測しつつ，加速された陽子の運動エネルギーを独立な4つの検出器で測定した。

レーザー進行方向から15度，45度の方向に置かれた2台トムソンパラボラ分光器，31度に置かれたTOF分光器，及び45度方向に置かれた陽子の空間分布計測器。ターゲットの厚みを変化させながら，透過光と陽子を測定したところ，透過光の割合が数パーセントとなる時に，15度に置かれたトムソンパラボラ分光器にて，運動エネルギー150MeVの陽子が，再現よく繰り返し発生することが分かった。

大型計算機による流体シミュレーション及び3次元プラズマ粒子シミュレーションを行ない，実験結果を再現した。その結果，この研究では三種類の異なる加速機構を段階的に実現することで，高速陽子が発生することが明らかになった。

超高強度レーザーの時間波形の立ち上がり部分では，第一段階の放射圧加速，第二段階の相対論的透過現象よる加速が支配的となり，第三段階のクーロン反発効果による加速では，後から加速されてくる高速度の陽子との間のクーロン反発力により，先に加速されていた陽子線がさらに追加速される。このような複雑な過程を経て，陽子が光速の50%にまで加速されることが判明した。

研究グループは，今後，より高強度のレーザーを用いることで，既存の加速器を用いることなく，レーザー技術のみでがん治療にそのまま利用可能なイオンビーム発生が実現できるとしている。