Protonstråleeffekt forstærket med pulserende lasere, lovende bedre protonterapier

Et Japan-baseret forskerteam ledet af Osaka University viste flere skarpe, ultrakorte laserpulser, der lover nye typer protonstrålesystemer, der potentielt kan bruges på områder som kræftbehandling. Ved at kombinere impulserne til effektivt at skabe længere impulser, højenergiladede partikler kan produceres ved laserintensiteter 100 gange mindre end forudset af tidligere teoretiske modeller. Disse fund giver indsigt i opførelsen af ​​mere effektive bjælkefaciliteter.

Bjælker af ladede partikler, såsom protoner, bruges til at besvare grundlæggende fysiske spørgsmål og har praktiske anvendelser inden for både kræftterapi og fusionskraft. En måde at generere de ladede partikler til sådanne stråler var ved at rette kraftige lasere mod metalfolier tyndere end et menneskehår. Metallet frigiver derefter ladede partikler. Nuværende processer bruger folier 100 gange tyndere end et menneskehår-på denne måde kan laser med høj intensitet drive elektronerne, det rammer, til nær lyshastigheder.

Forskere har hidtil kun brugt meget korte udbrud af laserlys, hver varer kun et picosekund. Når du bruger pulserne, de forsøger at minimere mængden af ​​baggrundslys for at skabe skarpe (dvs. høj kontrast) lysimpulser. Målet er at øge de ladede partiklers energi og opnå stråler, hvor partiklerne alle har meget ens energier. Højere energistråler, hvor energien for hver partikel præcist kendes, er mere nyttig, både inden for forskning og til medicin. Selvom pulserende lasere har vist løfte på dette område, indtil for nylig, effekten af ​​skarpe laserpulser længere end et picosekund var ukendt.

Nu, et Japan-baseret forskerhold centreret ved Osaka University har foretaget en mere detaljeret undersøgelse af brugen af ​​sådanne laserpulser. De brugte skarpe, ultrakorte pulser af laserlys fra Laser for Fast Ignition Experiments (LFEX) ved Osaka University. LFEX er en af ​​verdens mest kraftfulde lasere. Teamets undersøgelse blev for nylig offentliggjort i Nature journal Videnskabelige rapporter .

LFEX har fire ekstremt kraftfulde laserstråler. Forskerne brugte spejle til at fokusere laserlyset ned til et punkt på størrelse med en støvpartikel. Dette lys var rettet mod et ultratyndt stykke aluminiumsfolie for at generere en sky af ladede partikler, kaldes et plasma. Hver laserstråle er 1018 gange mere intens end sollys. Generelt kan en sådan intens kraft kun genereres i en meget kort periode; en udfordring, der ligger til grund for, hvorfor skarpe laserpulser længere end et picosekund endnu ikke var blevet undersøgt.

"Ved omhyggeligt at indstille fyringen af ​​de fire bjælker var det muligt for os effektivt at affyre hver i rækkefølge for at generere længere impulser, der ellers havde de samme skarpe træk som enkeltimpulser, "siger medforfatter til undersøgelsen, Hiroshi Azechi.

Resultaterne udfordrer konventionelle teoretiske modeller. Forskerne fandt ud af, at med deres pulserende lys, 100 gange mindre intens laserlys end tidligere antaget er nødvendigt for at producere partikler med høj energi.

"Ved at bruge flere pulser til at skabe en længere puls varmer elektronplasmaet markant op, hvilket sandsynligvis er årsag til, at de ladede partikler opnår en højere energi ved en lavere laserintensitet, "siger første forfatter Akifumi Yogo.

At forstå, hvordan man opretter mere effektive ladede partikelstråler, er en potentiel nøgle til at udvikle en ny generation af partikelstråler, der kan fremme viden om fysik og give bedre præcisionsværktøjer på det medicinske område.