較高的重復率對于利用高功率激光器驅動粒子束來說同樣至關重要。在一種方案中，強激光束能將金屬靶轉變成等離子體。這一過程釋放的電子反過來會將來自金屬表面原子核的質子噴射出去。醫生可以利用這些質子脈沖摧毀癌癥，同時更高的射速將使開展小規模個人劑量的治療變得更加容易。

對于物理學家來說，他們一直夢想著建造由快速發射的激光脈沖驅動的粒子加速器。當強激光脈沖擊打由電子和陽離子構成的等離子體時，它會將較輕的電子向前推，從而將電荷分離并且創建出二次電場。該電場會“拖曳”粒子跟在光線后面，就像緊緊跟隨快艇的水流。這種“激光尾波場加速”可在一兩毫米的空間內將帶電荷粒子加速到較高能級，而傳統加速器需要數米寬的空間。速度由此被加快的電子會被磁體操控，以此產生所謂的自由電子激光器（FEL）。FEL產生極其明亮和短暫的X射線光，而后者能照亮短暫存在的化學和生物學現象。和傳統加速器驅動的激光器相比，FEL要更加緊湊和廉價。

從長遠來開，被高重復PW級脈沖加速的電子可將粒子物理學家夢想建造的機器成本大幅削減。他們的夢想是：建造可接替位于瑞士日內瓦附近歐洲核子研究委員會的大型強子對撞機的30公里長正負電子對撞機。英國倫敦帝國理工學院等離子體物理學家Stuart Mangles表示，和現在構想的成本約為100億美元的機器相比，基于100PW激光器的設備長度至少會短10倍，成本也將至少縮減1/10。