Материалы портала «Научная Россия»

Ученые придумали способ увеличения энергии протонных пучков

Ученые придумали способ увеличения энергии протонных пучков
Ученые представляют новый метод, который может удвоить энергию протонного пучка, создаваемого лазерными ускорителями частиц, - пишет eurekalert.org со ссылкой на Communications Physics.

Исследователи из шведского Технологического университета Чалмерса и Гетеборгского университета представляют новый метод, который может удвоить энергию протонного пучка, создаваемого лазерными ускорителями частиц, - пишет eurekalert.org со ссылкой на Communications Physics.

Это открытие может привести к созданию более компактного и более дешевого оборудования, которое может быть полезным во многих случаях, например, в протонной терапии.

Протонная терапия включает в себя запуск пучка ускоренных протонов на раковые опухоли, которые в таком случае уничтожаются при облучении. Но необходимое оборудование настолько большое по размерам и дорогое, что существует только в нескольких местах по всему миру.

Современные мощные лазеры предлагают возможность уменьшить размеры и стоимость оборудования, поскольку они могут ускорять частицы на гораздо более коротком расстоянии, чем традиционные ускорители, - им требуются для этого метры, а не километры. Проблема заключается в том, что, несмотря на усилия исследователей по всему миру, генерируемые лазером протонные пучки в настоящее время недостаточно энергичны. Но теперь шведские исследователи представляют новый метод, который дает удвоение энергии – это большой скачок вперед.

Стандартный подход включает в себя запуск лазерного импульса в тонкую металлическую фольгу, при этом взаимодействие приводит к образованию пучка протонов. Новый метод предполагает сначала расщепление луча лазера на два менее интенсивных импульса, а затем наложение обоих на фольгу с двух разных углов одновременно. Когда два импульса сталкиваются с фольгой, возникающие в результате электромагнитные поля чрезвычайно эффективно нагревают фольгу. Техника приводит к образованию пучка протонов с большей энергией при использовании той же начальной энергии лазера, что и при стандартном подходе.

«Это сработало даже лучше, чем мы могли надеяться. Цель состоит в том, чтобы достичь уровней энергии, которые фактически используются в протонной терапии сегодня. В будущем, вероятно, будет возможно построить более компактное оборудование – размером в одну десятую от нынешнего, так что обычная больница сможет предложить своим пациентам протонную терапию», - говорит Жюльен Ферри - научный сотрудник физического факультета в Чалмерсе и один из авторов исследования.

Уникальным преимуществом протонной терапии является ее точность в нацеливании на раковые клетки: убивая их, она не травмирует здоровые клетки и близлежащие органы. Таким образом, этот метод имеет решающее значение для лечения опухолей, расположенных глубоко: например, в головном мозге или позвоночнике. Чем выше энергия протонного пучка, тем глубже он проникает в организм для борьбы с раковыми клетками.

Хотя достижения исследователей в удвоении энергии протонных пучков представляют собой большой прорыв, до конечной цели еще далеко.

«Нам нужно в 10 раз увеличить текущие энергетические уровни, чтобы действительно нацелиться глубже в тело. Одно из моих стремлений - помочь большему количеству людей получить доступ к протонной терапии. Возможно, это будет через 30 лет в будущем, но каждый шаг вперед важен», - говорит Тюнде Фюлёп - 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 того, чтобы сделать радиоактивный материал менее вредным. Они также важны для космической отрасли. Энергичные протоны составляют большую часть космического излучения, которое наносит ущерб спутникам и другому космическому оборудованию. 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 Тюнде Фюлёп использовали численное моделирование, чтобы показать выполнимость метода. Их следующий шаг - проведение экспериментов в сотрудничестве с Университетом Лунда.

«Сейчас мы рассматриваем несколько способов дальнейшего повышения уровня энергии в протонных пучках. Представьте себе, если сфокусировать весь солнечный свет, падающий на Землю в данный момент, на одну песчинку - это все равно будет меньше, чем интенсивность лазерных пучков. с которым мы работаем. Задача состоит в том, чтобы доставлять еще больше энергии лазера к протонам», - объясняет Тюнде Фюлёп.

 

[Фото: eurekalert.org]

 

Источник: www.eurekalert.org

лазерный импульс протонная терапия пучок протонов энергия протонных пучков

Назад

Социальные сети

Комментарии

Авторизуйтесь, чтобы оставить комментарий

Информация предоставлена Информационным агентством "Научная Россия". Свидетельство о регистрации СМИ: ИА № ФС77-62580, выдано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций 31 июля 2015 года.