Dråbeeksplosion ved stødbølger, relevant for nuklearmedicin

En pil skyder gennem et æble, giver et spektakulært eksplosivt syn i slowmotion. Tilsvarende energiske ioner, der passerer gennem flydende dråber, fremkalder stødbølger, som kan fragmentere dråberne.

I en undersøgelse offentliggjort i The European Physical Journal D , Eugene Surdutovich fra Oakland University, Rochester, Michigan, USA med sine kolleger fra MBN Research Center, Frankfurt, Tyskland har foreslået en løsning til at observere de forudsagte ioninducerede stødbølger. De mener, at disse kan identificeres ved at observere, hvordan indkommende ioner fragmenterer væskedråber til flere mindre dråber. Opdagelsen af ​​sådanne chokbølger ville ændre vores forståelse af arten af ​​strålingsskader med ioner til kræftsvulst. Dette har betydning for optimeringen af ​​ionstråle-kræftbehandling, som kræver en grundig forståelse af forholdet mellem de fysiske egenskaber ved den indkommende ionstråle og dens virkninger på biologiske væv.

I nuklearmedicin, ionstråler - ved hjælp af protoner og kulstofioner - er blevet brugt klinisk til strålebehandling af kræfttumorer siden 1990'erne. I modsætning til røntgenstråler, deres evne til at trænge ind i kroppen og frigive en energitopp, der svarer til energien fra de indkommende ioner på et ønsket sted, gør dem ideelle til at målrette mod dybtliggende tumorer.

De forudsagte chokbølger bidrager betydeligt til den termomekaniske skade, der bevidst påføres tumorvæv. Specifikt, den kollektive strømning, der er iboende for chokbølgerne, hjælper med at formere biologisk skadelige reaktive arter, såsom frie radikaler, stammer fra ionerne. Denne mekanisme øger mængden af ​​tumorceller udsat for reaktive arter.

I nærvær af chokbølger, forfatterne viser, at inden for 100 picosekunder, en dråbe ramt af en ion bliver fragmenteret i meget mindre dråber, hvis dens radius er et sted mellem 30 og 1000 nanometer. Dette arbejde foreslår en måde at direkte observere disse stødbølger eksperimentelt.