Протонная терапия включает в себя запуск пучка ускоренных протонов в раковые опухоли, уничтожение их с помощью облучения. Но необходимое оборудование настолько велико и дорого, что существует лишь в нескольких местах по всему миру.
Современные высокомощные лазеры обладают потенциалом для уменьшения размера и стоимости оборудования, поскольку они могут ускорять частицы на гораздо более коротком расстоянии, чем традиционные ускорители, сокращая требуемое расстояние с километров до метров. Проблема в том, что, несмотря на усилия исследователей со всего мира, лазерные пучки протонов в настоящее время недостаточно энергичны.
Но теперь шведские исследователи представляют новый метод, который дает удвоение энергии – большой шаг вперед.
Стандартный подход включает в себя подачу лазерного импульса на тонкую металлическую фольгу, в результате чего образуется пучок сильно заряженных протонов. Вместо этого новый метод включает в себя сначала разделение лазера на два менее интенсивных импульса, а затем их одновременное попадание в фольгу под двумя разными углами. Когда два импульса сталкиваются с фольгой, возникающие электромагнитные поля чрезвычайно эффективно нагревают фольгу.
Этот метод позволяет получать протоны с более высокой энергией при использовании той же начальной энергии лазера, что и при стандартном подходе.
"Это сработало даже лучше, чем мы смели надеяться.
Цель состоит в том, чтобы достичь уровней энергии, которые фактически используются в протонной терапии сегодня. В будущем, возможно, появится возможность построить более компактное оборудование, размером всего одну десятую от нынешнего, чтобы обычная больница могла предлагать своим пациентам протонную терапию », – говорит Жюльен Ферри, исследователь из отдела физики в Чалмерс и один из ученых, стоящих за открытием.
Уникальным преимуществом протонной терапии является ее точность в нацеливании на раковые клетки, их уничтожение, не повреждая здоровые клетки или органы, расположенные поблизости.
Таким образом, этот метод имеет решающее значение для лечения глубоко расположенных опухолей, расположенных, например, в головном или спинном мозге. Чем выше энергия протонного пучка, тем глубже он может проникнуть в тело для борьбы с раковыми клетками.
Хотя достижение исследователей в удвоении энергии протонных пучков представляет собой большой прорыв, до конечной цели еще далеко.
«Нам нужно достичь в 10 раз превышающего текущий уровень энергии, чтобы действительно проникать в глубь тела. Одна из моих амбиций – помочь большему количеству людей получить доступ к протонной терапии. Возможно, это произойдет на 30 лет вперед, но каждый шаг вперед важен », – говорит Тунде Фулоп, профессор кафедры физики в Чалмерсе.
Ускоренные протоны интересны не только для лечения рака. Их можно использовать для исследования и анализа различных материалов, а также для уменьшения вредности радиоактивных материалов.
Они также важны для космической отрасли. Энергичные протоны составляют значительную часть космического излучения, которое повреждает спутники и другое космическое оборудование.
Производство энергичных протонов в лаборатории позволяет исследователям изучать, как происходит такое повреждение, и разрабатывать новые материалы, которые могут лучше выдерживать нагрузки космических путешествий.
Вместе с коллегой-исследователем Эвангелосом Симиносом из Гетеборгского университета исследователи из Чалмерса Джулиан Ферри и Тунде Фулоп использовали численное моделирование, чтобы продемонстрировать осуществимость метода.
Их следующий шаг – проведение экспериментов в сотрудничестве с Лундским университетом.
"Сейчас мы ищем несколько способов еще больше повысить уровень энергии в протонных пучках.
Представьте, что весь солнечный свет, падающий на Землю в данный момент, сфокусирован на одной песчинке – это все равно будет меньше, чем интенсивность лазерных лучей, с которыми мы работаем. Задача состоит в том, чтобы передать протонам еще больше лазерной энергии."говорит Тунде Фулоп.
Новые научные результаты опубликованы в авторитетном журнале Communications Physics, входящем в семейство Nature. Прочтите научную статью «Улучшенное ускорение нормальной оболочки цели с помощью встречных лазерных импульсов."