Ultra hızlı lazer tabanlı elektron ışını FLASH etkisinin radyobiyolojisinin araştırılmasına yardımcı olabilir - Fizik Dünyası

<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="Araştırma takımı Soldan sağa: Steve MacLean, Sylvain Fourmaux, François Fillion-Gourdeau, Stéphane Payeur, Simon Vallières ve François Légaré. (Nezaket: INRS)”>

Institut National de la Recherche Scientifique'de doktora sonrası araştırmacı olarak görev yaptığı süre boyunca (IRS) Kanada'da, Simon Vallières şaşırtıcı bir gözlemde bulunan bir meslektaşının yanına geldi. Meslektaşı, INRS'de yeni geliştirilmiş bir lazeri kullanarak havada bir plazma yaratıyordu. Gelişmiş Lazer Işık Kaynağı (ALLS) Laboratuvarı Geiger sayaçlarındaki değerlerin beklenenden yüksek olduğunu fark ettiklerinde.

“100 Hz'de çalışan lazeri havada odaklıyor ve odak noktasının yakınına bir Geiger sayacı koyuyordu. Odak noktasından üç metre uzakta bile Geiger sayacı tıkır tıkır çalışıyordu” diyor, şu anda INRS'de araştırma görevlisi olan Vallières. "Bu, X-ışınlarının veya elektronların seyahat edebileceği oldukça uzak bir aralıktır. Belki de verilen dozu iyi kalibre edilmiş dozimetrelerle ölçmeliyiz dedim.”

Tıbbi fizikçiler McGill Üniversitesi Sağlık Merkezi bağımsız olarak kalibre edilmiş üç radyasyon dedektörü ile deney düzeneğindeki radyasyon dozunu ölçtü. Dozlar, lazer odağından 6 m'ye kadar mesafelerde ve ayrıca sabit mesafelerde farklı açılarda sekiz büyüklük düzeyinde ölçülmüştür. Verileri doğrulamak için mutlak doz kalibrasyonları kullandılar.

Lazer µJ'den mJ sınıfı yüksek ortalama güçlü lazere yükseltildi. Ve şimdi, lazerin sıkı bir şekilde odaklanması ve havada bir plazma oluşturmak için fırsatçı bir dizi parametreye ayarlanmasıyla, 1.4 Gy/s doz hızında 0.15 MeV'ye ulaşan bir elektron ışını üretildi. Araştırmacıların bulguları, yüksek güçlü lazer darbeleri, radyasyon güvenliği ve hatta belki de yeni ortaya çıkan bir kanser tedavi tekniği olan FLASH radyoterapi hakkındaki bilgimizin sınırlarını zorluyor.

Optimum parametrelerle çalışma

"Modellerimiz rol oynayabilecek diğer hızlanma mekanizmalarını eledi. Bunu tek bir açıklamaya indirgedik: Bu, lazer elektrik alanından gelen ivmelenmeydi ve bu hızlanma ivmesi olarak biliniyordu," diyor Vallières.

Araştırmacılar lazeri, hava moleküllerini iyonize eden bir rejimde çalıştırıyorlardı ve ardından ortaya çıkan elektronları 1 MeV'nin üzerine hızlandırmak için lazerin elektrik alanından yararlanıyorlardı.

“Lazer fizikçilerine bir lazeri havada odaklayıp 1 MeV elektron üretebileceğinizi söylerseniz kimse buna inanmaz. Bunun nedeni, odaklanma süresi boyunca lazer darbelerine ne kadar çok enerji harcarsanız, ışının şeklini bozacak doğrusal olmayan etkiler biriktirecek ve yoğunluğu doyuma ulaşacaksınız. Ama görünen o ki çok şanslıyız” diyor Vallières. "Dalga boyu, darbe süresi ve odak uzaklığının tümü bir rol oynadı."

Vallières, araştırmacıların lazeri elektromanyetik spektrumun orta kızılötesi kısmında çalıştırdıklarını açıklıyor. Yüksek ortalama güçlü lazerlerin çoğundan daha uzun bir dalga boyu (yaklaşık 1.8 nm yerine 800 µm) kullanılarak doğrusal olmayan sapmalar azaltıldı. Bu dalga boyu aynı zamanda kritik seviyeye yakın yoğunlukta bir plazma oluşturmak için de idealdir ve darbe başına yüksek doza katkıda bulunur.

Araştırmacılar ayrıca kısa bir lazer darbesi (12 fs) kullandılar. Bu, hava moleküllerinde salınan elektronlarla ve hava moleküllerinin kendi dönüşleriyle ilgili bir parametre olan doğrusal olmayan kırılma indeksini yaklaşık %75 oranında azalttı ve bu da doğrusal olmayan etkileri de sınırladı.

Araştırmacılar, sıkı odaklanmayla (kısa odak uzaklığı) doğrusal olmayan etkileri bir kez daha büyük ölçüde azalttı. Sonuçta lazer yeterince yüksek bir yoğunluğa ulaştı (10¹⁹ W / cm²) 1.4 MeV'ye kadar elektronları dışarı atmak için.

FLASH, radyasyon güvenliği uygulamaları

Infinite Potential Laboratories LP, araştırmacılara Ar-Ge'yi ilerletmeleri ve ilgili teknolojileri geliştirmeleri için fon sağladı ve en az bir patent beklemede.

İlgi çekici uygulamalardan biri FLASH etkisidir. Geleneksel radyasyon tedavisi teknikleriyle karşılaştırıldığında FLASH radyoterapi, bir tümörün etrafındaki sağlıklı dokuyu daha iyi korumak için yüksek dozda radyasyonun hızla iletilmesi için kullanılabilir. Araştırmacıların lazer tabanlı sistemi tarafından üretilen elektron demetlerinin anlık doz hızları, FLASH modunda çalıştırılanlar bile tıbbi doğrusal hızlandırıcılardan çok daha yüksektir.

Vallières, "FLASH etkisinin ardındaki mekanizmayı henüz hiçbir çalışma açıklayamadı" diyor. "FLASH'ın radyobiyolojisini incelemek için bir hücre veya fare radyasyon platformu geliştirebileceğimizi umuyoruz."

Elektron FLASH dozimetrisi için uyarlanmış yüksek enerjili fizik cihazları

Radyasyon güvenliği dersleri de Vallières için yüksek bir önceliktir. Günümüzün yüksek ortalama güçlü lazerleri artık 2000'li yılların başındaki en büyük lazerler kadar yüksek yoğunlukta ve çok daha yüksek tekrarlama oranlarında lazer ışınları üretiyor ve bu da yüksek doz oranlarına yol açıyor. Araştırmacılar bu çalışmanın saha düzeyindeki bilgiyi geliştirmesini ve radyasyon güvenliği düzenlemelerine yol açmasını umuyor.

"Gözlemlediğimiz elektron enerjileri onların havada üç metreden fazla yol kat etmelerine olanak sağlıyor. Büyük bir radyasyon tehlikesini ortaya çıkardık” diyor Vallières. “Bu çalışmayı konferanslarda sundum, insanlar şok oldu… Doğru yani, odaklanma parabolünü Geiger sayacıyla kim hizalar? Bunu geçmişte yaptığımız bir şey olduğu için yaptık. Bence [bu çalışma] insanların gözlerini biraz daha açacak ve havada plazma oluştururken daha dikkatli olacaklar. Bu çalışmayla lazer güvenliği düzenlemesini değiştirmeyi umuyoruz.”

Araştırma şu şekilde açıklanmaktadır: Lazer ve Fotonik İncelemeleri.

• SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
• PlatoData.Network Dikey Üretken Yapay Zeka. Kendine güç ver. Buradan Erişin.
• PlatoAiStream. Web3 Zekası. Bilgi Genişletildi. Buradan Erişin.
• PlatoESG. karbon, temiz teknoloji, Enerji, Çevre, Güneş, Atık Yönetimi. Buradan Erişin.
• PlatoSağlık. Biyoteknoloji ve Klinik Araştırmalar Zekası. Buradan Erişin.
• Kaynak: https://physicsworld.com/a/ultrafast-laser-based-electron-beam-could-help-explore-radiobiology-of-the-flash-effect/