Forskere udvikler ionaccelereringsmetode til forbedret kræftbehandling

I samarbejde med deres kolleger fra Tyskland og Tjekkiet, forskere fra Institute for Laser and Plasma Technologies ved National Research Nuclear University MEPhI (Rusland) har udviklet en ny metode til at generere superstærk kvasistatiske elektriske felter, der resulterer i acceleration af ioner i laserplasma.

Denne forskning er af stor betydning inden for medicin, især til protonstrålebehandling, en moderne kræftbehandling. Avisen blev offentliggjort i Videnskabelige rapporter .

Der er tre hovedmetoder til behandling af kræft:kirurgisk indgreb, kemoterapi og stråling (strålebehandling). Strålebehandling er baseret på anvendelse af ioniserende stråling, hvilket er skadeligt for både tumoren og det sunde væv, der omgiver den. Dette pålægger visse begrænsninger for gamma -stråles stråler, som bruges til strålebehandling.

Derfor er det meget bedre at bruge protoner. På grund af den relativt store masse protoner, strålen forbliver fokuseret, giver forskere mulighed for præcist at målrette tumorer uden at skade det sunde væv, der omgiver dem.

Imidlertid, at generere en protonstråle kræver en partikelaccelerator, som er et meget dyrt udstyr, der vejer mange tons. For eksempel, synkrocyclotronacceleratoren, der bruges på det terapeutiske center i Orsay, Frankrig, vejer i alt 900 tons. Derfor arbejder mange verdensuniversiteter i øjeblikket på at udvikle alternative metoder til frembringelse af stråler af ultrahurtigt ladede partikler. En af dem er baseret på laserstråleacceleratorer.

Laserstråleacceleratorer er betydeligt billigere og mere kompakte end konventionelle cyklotroner og synkrotroner, men kvaliteten af ​​strålerne opnået med deres hjælp er ikke tilstrækkelig til de fleste praktiske anvendelser på grund af protonernes store energiområde og utilstrækkelig effekt. I dag, forskere konkurrerer om at udvikle nye laseraccelerationsmetoder:at opnå en protonstråle med en effekt på 100-200 MeV og et energiområde på ikke mere end et par procent ville indlede en ny æra inden for lasermedicin.

Ifølge MEPhI -forskere, den teori, de udviklede, kan hjælpe med at føre til nye laseraccelerationsmetoder. "I vores forskning, vi forudsagde i teorien og demonstrerede, ved hjælp af numerisk modellering, en virkning, der tilsyneladende er paradoksal:den effekt, som strålingsreaktionskraften har på de ladede partikler, som udsender elektromagnetiske bølger, kan bidrage til deres acceleration, "sagde Yevgeny Gelfer, adjunkt ved MEPhIs afdeling for teoretisk kernefysik og forsker ved Extreme Light Infrastructure Beamlines Institute i Tjekkiet.

I almindelige mekaniske systemer, friktionskræfter fører altid til tab af kinetisk energi og dæmpning af organiseret bevægelse. Strålingsreaktionskraften, imidlertid, virker anderledes - det opstår som følge af energioverførsel i det ydre felt (i dette tilfælde, laserfeltet). Denne energioverførsel udføres af elektroner. Under processen med at overføre energi fra et reservoir til et andet, elektroner kan bremse og fremskynde.

"Vi studerede udbredelsen af ​​supersterke laserimpulser i plasma, "Sagde Gelfer." I elektromagnetiske felter med en intensitet på flere PW og højere (1 PW er lig med 1015 W; kapaciteten på det største kraftværk i verden er 22, 500 MW, hvilket er omkring 50, 000 gange mindre), elektroner udsender stråling så intensivt, at deres bevægelse ikke kun er defineret af Lorentz -kraften, men også af strålingsreaktionskraften, som opstår som følge af strålingsrekyl. Faktisk, sidstnævnte kan endda overstige Lorentz -kraften. Vi beviste, at vores bremsning af elektroner ved hjælp af strålingsfriktion i planet vinkelret på laserstrålens udbredelsesretning øger hastigheden på deres bevægelse, bidrager således til mere effektiv ladningsseparation i plasma og forstærkning af det dannede langsgående elektriske felt. Dette felt forårsager acceleration af ioner, derfor kan vores fund bidrage til udviklingen af ​​nye måder at opnå ionstråler af høj kvalitet. "