अल्ट्राफास्ट लेजर-आधारित इलेक्ट्रॉन बीम फ्लैश प्रभाव की रेडियोबायोलॉजी का पता लगाने में मदद कर सकता है - फिजिक्स वर्ल्ड

<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="खोज करने वाली टीम From left to right: Steve MacLean, Sylvain Fourmaux, François Fillion-Gourdeau, Stéphane Payeur, Simon Vallières and François Légaré. (Courtesy: INRS)”>

इंस्टीट्यूट नेशनल डे ला रेचेर्चे साइंटिफ़िक में पोस्टडॉक्टरल शोधकर्ता के रूप में अपने समय के दौरान (आईएनआरएस) कनाडा में, साइमन वलियेरेस एक सहकर्मी ने उनसे संपर्क किया जिसने एक हैरान करने वाला अवलोकन किया था। सहकर्मी आईएनआरएस में एक नए उन्नत लेजर का उपयोग करके हवा में प्लाज्मा बना रहा था उन्नत लेजर प्रकाश स्रोत (ALLS) प्रयोगशाला जब उन्होंने देखा कि उनके गीगर काउंटर पर रीडिंग अपेक्षा से अधिक थी।

“वह लेजर पर ध्यान केंद्रित कर रहा था, जो 100 हर्ट्ज पर चल रहा था, हवा में और फोकल स्पॉट के करीब एक गीजर काउंटर लगा रहा था। यहां तक ​​कि फोकल स्पॉट से तीन मीटर की दूरी पर भी, उसका गीगर काउंटर क्लिक कर रहा था,'' वल्लीएरेस कहते हैं, जो अब आईएनआरएस में एक शोध सहयोगी हैं। “एक्स-रे या इलेक्ट्रॉनों की यात्रा के लिए यह काफी दूर की सीमा है। मैंने कहा, शायद हमें [दी जाने वाली खुराक] को अच्छी तरह से कैलिब्रेटेड डोसीमीटर से मापना चाहिए।

से चिकित्सा भौतिक विज्ञानी मैकगिल विश्वविद्यालय स्वास्थ्य केंद्र तीन स्वतंत्र रूप से कैलिब्रेटेड विकिरण डिटेक्टरों के साथ प्रयोगात्मक सेटअप से विकिरण खुराक को मापा। लेज़र फ़ोकस से 6 मीटर तक की दूरी पर, साथ ही निश्चित दूरी पर विभिन्न कोणों पर, परिमाण के आठ क्रमों में खुराक मापी गई। उन्होंने डेटा की पुष्टि के लिए पूर्ण खुराक अंशांकन का उपयोग किया।

लेज़र को µJ- से mJ-क्लास उच्च औसत शक्ति लेज़र में अपग्रेड किया गया था। और अब, हवा में प्लाज्मा बनाने के लिए लेजर को कसकर केंद्रित करने और मापदंडों के एक अवसरवादी सेट के साथ ट्यून करने के साथ, 1.4 Gy/s की खुराक दर पर 0.15 MeV तक पहुंचने वाली एक इलेक्ट्रॉन किरण का उत्पादन किया गया था। शोधकर्ताओं की खोज उच्च-शक्ति लेजर पल्स, विकिरण सुरक्षा और शायद फ्लैश रेडियोथेरेपी, एक उभरती हुई कैंसर उपचार तकनीक के बारे में हमारे ज्ञान की सीमाओं को आगे बढ़ाती है।

इष्टतम मापदंडों के साथ संचालन

“हमारे मॉडलों ने अन्य त्वरण तंत्रों को खारिज कर दिया जो भूमिका निभा सकते थे। हमने इसे एक स्पष्टीकरण तक सीमित कर दिया: यह लेज़र विद्युत क्षेत्र से त्वरण था, जिसे पोंडेरोमोटिव त्वरण के रूप में जाना जाता है,'' वल्लिएरेस कहते हैं।

शोधकर्ता लेज़र को इस प्रकार संचालित कर रहे थे कि हवा के अणुओं को आयनित किया जाता था और फिर 1 MeV से ऊपर परिणामी इलेक्ट्रॉनों को गति देने के लिए लेज़र के विद्युत क्षेत्र का उपयोग किया जाता था।

“यदि आप लेज़र भौतिकविदों को बताते हैं कि आप लेज़र को हवा में केंद्रित कर सकते हैं और 1 MeV इलेक्ट्रॉन उत्पन्न कर सकते हैं, तो कोई भी इस पर विश्वास नहीं करेगा। ऐसा इसलिए है क्योंकि फ़ोकसिंग अवधि के दौरान आप लेजर पल्स में जितनी अधिक ऊर्जा लगाएंगे, आप नॉनलाइनियर प्रभाव जमा करेंगे जो बीम के आकार को नष्ट कर देगा, और आप तीव्रता से संतृप्त हो जाएंगे। लेकिन यह पता चला कि हम बहुत भाग्यशाली थे," वल्लीएरेस कहते हैं। "तरंग दैर्ध्य, पल्स अवधि और फोकल लंबाई सभी ने एक भूमिका निभाई।"

वल्लीएरेस बताते हैं कि शोधकर्ता विद्युत चुम्बकीय स्पेक्ट्रम के मध्य-अवरक्त भाग में लेजर का संचालन कर रहे थे। अधिकांश उच्च औसत शक्ति लेज़रों (लगभग 1.8 एनएम के बजाय 800 µm) की तुलना में लंबी तरंग दैर्ध्य का उपयोग करके, गैर-रेखीय विपथन को कम किया गया। यह तरंग दैर्ध्य निकट-महत्वपूर्ण घनत्व पर प्लाज्मा बनाने के लिए भी आदर्श है, जो प्रति पल्स उच्च खुराक में योगदान देता है।

शोधकर्ताओं ने एक छोटी लेजर पल्स (12 एफएस) का भी उपयोग किया। इससे नॉनलाइनियर अपवर्तक सूचकांक - हवा के अणुओं में दोलन करने वाले इलेक्ट्रॉनों और स्वयं वायु अणुओं के घूमने से संबंधित एक पैरामीटर - लगभग 75% कम हो गया, जिससे नॉनलाइनियर प्रभाव भी सीमित हो गया।

सख्त फोकसिंग (छोटी फोकल लंबाई) के साथ, शोधकर्ताओं ने फिर से नॉनलाइनियर प्रभावों को काफी हद तक कम कर दिया। अंततः, लेज़र पर्याप्त उच्च तीव्रता (10 तक चरम तीव्रता) तक पहुंच गया¹⁹ डब्ल्यू / सेमी²) 1.4 MeV तक के इलेक्ट्रॉनों को बाहर निकालने के लिए।

फ्लैश, विकिरण सुरक्षा अनुप्रयोग

इनफिनिट पोटेंशियल लेबोरेटरीज एलपी ने अनुसंधान एवं विकास को आगे बढ़ाने और संबंधित प्रौद्योगिकियों को विकसित करने के लिए शोधकर्ताओं को धन मुहैया कराया है, और कम से कम एक पेटेंट लंबित है।

रुचि का एक अनुप्रयोग फ़्लैश प्रभाव है। पारंपरिक विकिरण चिकित्सा तकनीकों की तुलना में, ट्यूमर के आसपास स्वस्थ ऊतकों की बेहतर सुरक्षा के लिए विकिरण की उच्च खुराक को तेजी से वितरित करने के लिए फ्लैश रेडियोथेरेपी का उपयोग किया जा सकता है। शोधकर्ताओं के लेजर-आधारित सिस्टम द्वारा उत्पादित इलेक्ट्रॉन बंच की तात्कालिक खुराक दरें चिकित्सा रैखिक त्वरक की तुलना में अधिक परिमाण के आदेश हैं, यहां तक ​​कि फ्लैश मोड में संचालित भी।

वल्लीएरेस कहते हैं, "अभी तक कोई भी अध्ययन फ़्लैश प्रभाव के पीछे के तंत्र की व्याख्या करने में सक्षम नहीं हुआ है।" "हमें उम्मीद है कि हम फ्लैश की रेडियोबायोलॉजी का अध्ययन करने के लिए एक सेल या चूहों विकिरण मंच विकसित कर सकते हैं।"

इलेक्ट्रॉन फ्लैश डोसिमेट्री के लिए अनुकूलित उच्च-ऊर्जा भौतिकी उपकरण

वल्लीएरेस के लिए विकिरण सुरक्षा का पाठ भी एक उच्च प्राथमिकता है। आज के उच्च-औसत-शक्ति वाले लेज़र अब 2000 के दशक की शुरुआत के सबसे बड़े लेज़रों जितनी तीव्रता वाले लेज़र बीम का उत्पादन करते हैं, और बहुत अधिक पुनरावृत्ति दर पर - जिससे उच्च खुराक दर होती है। शोधकर्ताओं को उम्मीद है कि यह कार्य क्षेत्र-स्तरीय ज्ञान में सुधार करेगा और विकिरण सुरक्षा नियमों की ओर ले जाएगा।

“जिन इलेक्ट्रॉन ऊर्जाओं का हमने अवलोकन किया, वे उन्हें हवा में तीन मीटर से अधिक यात्रा करने की अनुमति देती हैं। हमने एक बड़े विकिरण खतरे का खुलासा किया,'' वल्लीएरेस कहते हैं। “मैंने इस कार्य को सम्मेलनों में प्रस्तुत किया है, लोग आश्चर्यचकित हैं... यह सच है, मेरा मतलब है, गीगर काउंटर के साथ फोकसिंग परवलय को कौन संरेखित करता है? हमने ऐसा इसलिए किया क्योंकि यह कुछ ऐसा है जो हमने अतीत में किया है। मुझे लगता है कि [यह काम] लोगों की आंखें और अधिक खोलने वाला है और जब वे हवा में प्लाज्मा बनाएंगे तो वे अधिक सावधान रहेंगे। हम इस काम के माध्यम से लेजर सुरक्षा विनियमन को बदलने की उम्मीद करते हैं।

में अनुसंधान वर्णित है लेज़र एवं फोटोनिक्स समीक्षाएँ.

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• स्रोत: https://physicsworld.com/a/ultrafast-laser-based-electron-beam-could-help-explore-radiobiology-of-the-flash-effect/