پرتو الکترونی مبتنی بر لیزر فوق سریع می تواند به کشف رادیو بیولوژی اثر FLASH کمک کند - دنیای فیزیک

<a href="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/01/ultrafast-laser-based-electron-beam-could-help-explore-radiobiology-of-the-flash-effect-physics-world-2.jpg" data-fancybox data-src="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/01/ultrafast-laser-based-electron-beam-could-help-explore-radiobiology-of-the-flash-effect-physics-world-2.jpg" data-caption="گروه تحقیق از چپ به راست: استیو مکلین، سیلوین فورمو، فرانسوا فیلیون-گوردو، استفان پایور، سیمون والیرز و فرانسوا لگاره. (با احترام: INRS)”>

در طول مدتی که به عنوان محقق فوق دکترا در انستیتوی ملی دانش علمی Recherche (INRS) در کانادا، سیمون والیرز یک همکار که مشاهده گیج کننده ای انجام داده بود به او نزدیک شد. همکار با استفاده از یک لیزر تازه ارتقا یافته در INRS در حال ساخت پلاسما در هوا بود آزمایشگاه منبع نور لیزر پیشرفته (ALLS). هنگامی که آنها متوجه شدند که قرائت در شمارنده گایگر آنها بالاتر از حد انتظار است.

او لیزر را که با فرکانس 100 هرتز کار می‌کرد، روی هوا متمرکز می‌کرد و یک شمارنده گایگر را نزدیک نقطه کانونی قرار می‌داد. Vallières که اکنون یکی از همکاران تحقیقاتی در INRS است، می‌گوید حتی سه متر دورتر از نقطه کانونی، شمارنده گایگر او در حال کلیک کردن بود. «این فاصله بسیار دوری برای سفر اشعه ایکس یا الکترون است. گفتم، شاید باید [دوز در حال تحویل] را با دزیمترهای کالیبره شده اندازه گیری کنیم.»

فیزیکدانان پزشکی از مرکز بهداشت دانشگاه مک گیل دوز تشعشع را از راه اندازی آزمایشی با سه آشکارساز تشعشع کالیبره شده مستقل اندازه گیری کرد. دوزها بیش از هشت مرتبه بزرگی در فواصل تا 6 متر از کانون لیزر و همچنین برای زوایای مختلف در فواصل ثابت اندازه‌گیری شدند. آنها از کالیبراسیون دوز مطلق برای تایید داده ها استفاده کردند.

لیزر از یک µJ- به یک لیزر با توان متوسط ​​بالا در کلاس mJ ارتقا یافته بود. و اکنون، با تمرکز دقیق لیزر و تنظیم بر روی مجموعه‌ای از پارامترهای فرصت‌طلب برای ایجاد پلاسما در هوا، یک پرتو الکترونی با سرعت دوز 1.4 گری بر ثانیه به 0.15 مگا ولت می‌رسد. یافته‌های محققان مرزهای دانش ما را در مورد پالس‌های لیزری پرقدرت، ایمنی پرتوها و شاید حتی رادیوتراپی FLASH، یک تکنیک نوظهور درمان سرطان، تغییر می‌دهد.

عملکرد با پارامترهای بهینه

مدل‌های ما مکانیسم‌های شتاب دیگری را که می‌توانستند نقشی داشته باشند، رد کردند. ما آن را به یک توضیح محدود کردیم: این شتاب ناشی از میدان الکتریکی لیزری بود که به عنوان شتاب پوندروموتیو شناخته می‌شود.

محققان لیزر را در رژیمی کار می‌کردند که مولکول‌های هوا را یونیزه می‌کرد و سپس میدان الکتریکی لیزر را برای شتاب دادن به الکترون‌های حاصله بیش از 1 مگا ولت مهار می‌کرد.

اگر به فیزیکدانان لیزر بگویید که می توانید لیزر را در هوا متمرکز کنید و الکترون های 1 مگا الکترون ولت تولید کنید، هیچ کس باور نمی کند. این به این دلیل است که هرچه انرژی بیشتری برای پالس های لیزر بگذارید، در طول دوره فوکوس، اثرات غیرخطی انباشته می شود که شکل پرتو را از بین می برد و از نظر شدت اشباع می شوید. اما معلوم شد که ما بسیار خوش شانس بودیم. طول موج، مدت زمان پالس و فاصله کانونی همگی نقش داشتند.

Vallières توضیح می دهد که محققان لیزر را در قسمت مادون قرمز میانی طیف الکترومغناطیسی کار می کردند. با استفاده از طول موج بلندتر از اکثر لیزرهای با توان متوسط ​​بالا (1.8 میکرومتر به جای حدود 800 نانومتر)، انحرافات غیرخطی کاهش یافت. این طول موج همچنین برای ایجاد پلاسما با چگالی نزدیک به بحرانی ایده آل است و به دوز بالا در هر پالس کمک می کند.

محققان همچنین از یک پالس لیزر کوتاه (12 fs) استفاده کردند. این امر ضریب شکست غیرخطی - یک پارامتر مربوط به الکترون‌هایی که در مولکول‌های هوا نوسان می‌کنند و چرخش خود مولکول‌های هوا - را تقریباً 75 درصد کاهش داد که همچنین اثرات غیرخطی را محدود کرد.

با فوکوس فشرده (فاصله کانونی کوتاه)، محققان دوباره اثرات غیرخطی را به شدت کاهش دادند. در نهایت، لیزر به شدت به اندازه کافی بالا (شدت حداکثر تا 10) رسید.¹⁹ W / cm²) برای بیرون انداختن الکترون ها تا 1.4 مگا ولت.

فلاش، کاربردهای ایمنی در برابر تشعشع

آزمایشگاه‌های پتانسیل بی‌نهایت LP بودجه‌ای را برای پژوهشگران فراهم کرده است تا تحقیق و توسعه را به جلو پیش ببرند و فناوری‌های مرتبط را توسعه دهند، و حداقل یک حق ثبت اختراع در انتظار است.

یکی از کاربردهای مورد علاقه افکت FLASH است. در مقایسه با روش‌های پرتودرمانی مرسوم، رادیوتراپی FLASH می‌تواند برای ارسال سریع دوزهای بالای پرتو برای محافظت بهتر از بافت سالم اطراف تومور استفاده شود. نرخ‌های دوز آنی دسته‌های الکترونی تولید شده توسط سیستم مبتنی بر لیزر محققان، مرتبه‌ای بالاتر از شتاب‌دهنده‌های خطی پزشکی است، حتی آنهایی که در حالت FLASH هدایت می‌شوند.

Vallières می گوید: "هیچ مطالعه ای هنوز نتوانسته است مکانیسم پشت اثر FLASH را توضیح دهد." ما امیدواریم بتوانیم یک پلتفرم تابش سلولی یا موش برای مطالعه رادیوبیولوژی FLASH ایجاد کنیم.

دستگاه های فیزیک با انرژی بالا که برای دزیمتری FLASH الکترون سازگار شده اند

درس ایمنی در برابر تشعشعات نیز برای والیرز اولویت بالایی دارد. لیزرهای با توان متوسط ​​امروزی اکنون پرتوهای لیزری با شدتی به اندازه بزرگترین لیزرهای اوایل دهه 2000 تولید می کنند و با نرخ تکرار بسیار بالاتر - که منجر به نرخ دوز بالا می شود. محققان امیدوارند که این کار دانش سطح میدانی را بهبود بخشد و منجر به قوانین ایمنی در برابر تشعشعات شود.

انرژی های الکترونی که مشاهده کردیم به آنها اجازه می دهد تا بیش از سه متر در هوا حرکت کنند. والیرز می‌گوید: ما یک خطر بزرگ تشعشع را کشف کردیم. من این کار را در کنفرانس‌ها ارائه کرده‌ام، مردم شوکه شده‌اند... درست است، منظورم این است که چه کسی یک سهمی متمرکز را با یک شمارنده گایگر تراز می‌کند؟ ما این کار را انجام دادیم زیرا این کاری است که در گذشته انجام داده ایم. من فکر می‌کنم [این اثر] فقط چشم‌های مردم را کمی بیشتر باز می‌کند و وقتی پلاسما در هوا ایجاد می‌کنند، مراقب باشند. ما امیدواریم که بتوانیم مقررات ایمنی لیزر را از طریق این کار تغییر دهیم.

تحقیق در شرح داده شده است بررسی های لیزر و فوتونیک.

• محتوای مبتنی بر SEO و توزیع روابط عمومی. امروز تقویت شوید.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. به خودت قدرت بده دسترسی به اینجا.
• PlatoAiStream. هوش وب 3 دانش تقویت شده دسترسی به اینجا.
• PlatoESG. کربن ، CleanTech، انرژی، محیط، خورشیدی، مدیریت پسماند دسترسی به اینجا.
• PlatoHealth. هوش بیوتکنولوژی و آزمایشات بالینی. دسترسی به اینجا.
• منبع: https://physicsworld.com/a/ultrafast-laser-based-electron-beam-could-help-explore-radiobiology-of-the-flash-effect/