אלומת אלקטרונים מבוססת לייזר מהירה במיוחד יכולה לעזור לחקור את הרדיוביולוגיה של אפקט ה-FLASH - עולם הפיזיקה

<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="צוות מחקר משמאל לימין: סטיב מקלין, סילבן פורמו, פרנסואה פיליון-גורדו, סטפן פייר, סיימון ואלייר ופרנסואה לגארה. (באדיבות: INRS)">

בתקופתו כחוקר פוסט-דוקטורט ב-Institut National de la Recherche Scientifique (INRS) בקנדה, סיימון וליירס פנה אליו עמית שערך תצפית תמוהה. הקולגה יצר פלזמה באוויר באמצעות לייזר משודרג לאחרונה ב-INRS's מעבדת מקור אור לייזר מתקדמת (ALLS). כשהם הבחינו שהקריאות בדלפק הגיגר שלהם היו גבוהות מהצפוי.

"הוא מיקד את הלייזר, שפעל ב-100 הרץ, באוויר והניח מונה גייגר קרוב לנקודת המוקד. אפילו במרחק של שלושה מטרים מנקודת המוקד, מונה הגיגר שלו צלצל", אומר Vallières, כיום עמית מחקר ב-INRS. "זה טווח די רחוק למעבר של קרני רנטגן או אלקטרונים. אמרתי, אולי אנחנו צריכים למדוד את [המינון הנמסר] עם מדי דוסימטרים מכוילים היטב."

פיזיקאים רפואיים מה מרכז הבריאות של אוניברסיטת מקגיל מדד את מנת הקרינה ממערך הניסוי עם שלושה גלאי קרינה מכוילים באופן עצמאי. המינונים נמדדו על פני שמונה סדרי גודל במרחקים של עד 6 מ' ממוקד הלייזר, וכן עבור זוויות שונות במרחקים קבועים. הם השתמשו בכיולי מינון מוחלט כדי לאשר את הנתונים.

הלייזר שודרג מלייזר µJ- ללייזר בעל הספק גבוה בדרגת mJ. ועכשיו, כשהלייזר ממוקד היטב ומכוון למערכת אופורטוניסטית של פרמטרים ליצירת פלזמה באוויר, הופקה אלומת אלקטרונים שהגיעה עד 1.4 MeV בקצב מינון של 0.15 Gy/s. הממצא של החוקרים פורץ את גבולות הידע שלנו על פולסי לייזר בעוצמה גבוהה, בטיחות בקרינה ואולי אפילו רדיותרפיה ב-FLASH, טכניקת טיפול בסרטן המתהווה.

פועל עם פרמטרים אופטימליים

"המודלים שלנו שללו מנגנוני האצה אחרים שהיו יכולים לשחק תפקיד. צמצמנו את זה להסבר אחד: זו הייתה תאוצה מהשדה החשמלי של הלייזר, המכונה תאוצת הרהורים", אומר וליירס.

החוקרים הפעילו את הלייזר במשטר המיינן מולקולות אוויר ולאחר מכן רתמו את השדה החשמלי של הלייזר כדי להאיץ את האלקטרונים שנוצרו מעל 1 MeV.

"אם תגיד לפיסיקאי לייזר שאתה יכול למקד לייזר באוויר ולייצר אלקטרונים של 1 MeV, אף אחד לא יאמין לזה. הסיבה לכך היא שככל שתשקיעו יותר אנרגיה בפולסי לייזר, במהלך תקופת המיקוד, תצברו אפקטים לא ליניאריים שיהרסו את צורת הקרן, ותרוו בעוצמה. אבל מסתבר שהיה לנו מזל גדול", אומר וליירס. "אורך הגל, משך הדופק ואורך המוקד שיחקו כולם תפקיד."

Vallières מסביר כי החוקרים הפעילו את הלייזר בחלק האינפרא אדום האמצעי של הספקטרום האלקטרומגנטי. על ידי שימוש באורך גל ארוך יותר מרוב הלייזרים בהספק ממוצע גבוה (1.8 מיקרומטר במקום בסביבות 800 ננומטר), הצטמצמו סטייות לא ליניאריות. אורך גל זה אידיאלי גם ליצירת פלזמה בצפיפות כמעט קריטית, התורם למינון גבוה לכל דופק.

החוקרים השתמשו גם בדופק לייזר קצר (12 fs). זה הפחית את מקדם השבירה הלא ליניארי - פרמטר הקשור לאלקטרונים שמתנדנדים במולקולות האוויר ולסיבוב של מולקולות האוויר עצמן - בכ-75%, מה שגם הגביל השפעות לא ליניאריות.

עם מיקוד הדוק (אורך מוקד קצר), החוקרים הפחיתו שוב באופן דרסטי את ההשפעות הלא ליניאריות. בסופו של דבר, הלייזר הגיע לעוצמה גבוהה מספיק (עוצמות שיא של עד 10¹⁹ רוחב / ס"מ²) לבעוט אלקטרונים בקצב של עד 1.4 MeV.

FLASH, יישומי בטיחות קרינה

Infinite Potential Laboratories LP סיפקה מימון לחוקרים לדחוף מו"פ קדימה ולפתח טכנולוגיות קשורות, ולפחות פטנט אחד נמצא בהמתנה.

יישום אחד של עניין הוא אפקט FLASH. בהשוואה לטכניקות טיפול בקרינה קונבנציונליות, ניתן להשתמש בהקרנות FLASH למתן מינונים גבוהים של קרינה במהירות כדי להגן טוב יותר על הרקמה הבריאה סביב הגידול. שיעורי המינון המיידי של צרורות האלקטרונים המיוצרות על ידי המערכת מבוססת הלייזר של החוקרים גבוהים בסדרי גודל ממאיצים לינאריים רפואיים, אפילו אלה המונעים במצב FLASH.

"אף מחקר לא הצליח להסביר עדיין את המנגנון מאחורי אפקט ה-FLASH", אומר Vallières. "אנו מקווים שנוכל לפתח פלטפורמת קרינה של תאים או עכברים כדי ללמוד את הרדיוביולוגיה של FLASH."

מכשירי פיזיקה עתירי אנרגיה המותאמים לדוסימטריית FLASH אלקטרונים

שיעורים בבטיחות קרינה הם גם בעדיפות גבוהה עבור Vallières. הלייזרים בעלי הספק ממוצע גבוה של היום מייצרים כיום קרני לייזר בעוצמה גבוהה כמו הלייזרים הגדולים ביותר של תחילת שנות ה-2000, ובקצבי חזרות גבוהים בהרבה - מה שמוביל לשיעורי מינון גבוהים. החוקרים מקווים שעבודה זו משפרת את הידע ברמת השטח ומובילה לתקנות בטיחות קרינה.

"אנרגיות האלקטרונים שצפינו מאפשרות להם לנוע יותר משלושה מטרים באוויר. גילינו סכנת קרינה גדולה", אומר וליירס. "הצגתי את העבודה הזו בכנסים, אנשים מזועזעים... זה נכון, זאת אומרת, מי מיישר פרבולה מתמקדת עם מונה גייגר? עשינו את זה כי זה משהו שעשינו בעבר. אני חושב שהעבודה הזו רק הולכת לפקוח את העיניים של אנשים קצת יותר והם הולכים להיות זהירים יותר כשהם יוצרים פלזמה באוויר. אנו מקווים לשנות את תקנת בטיחות הלייזר באמצעות עבודה זו".

המחקר מתואר ב ביקורות על לייזר ופוטוניקה.

• הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. העצים את עצמך. גישה כאן.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. הידע מוגבר. גישה כאן.
• PlatoESG. פחמן, קלינטק, אנרגיה, סביבה, שמש, ניהול פסולת. גישה כאן.
• PlatoHealth. מודיעין ביוטכנולוגיה וניסויים קליניים. גישה כאן.
• מקור: https://physicsworld.com/a/ultrafast-laser-based-electron-beam-could-help-explore-radiobiology-of-the-flash-effect/