Son zamanlarda, Quebec Üniversitesi'nden araştırmacılar, Kanada Ulusal Araştırma Konseyi'ndeki (INRS) Gelişmiş Lazer Işık Kaynağı Laboratuvarı'nda, kanser radyasyon tedavisi için ultra hızlı lazer teknolojisinin umut verici kullanımını gösteren başarılı bir deney gerçekleştirdi.
"Belirli koşullar altında, ortam havasına sıkı bir şekilde odaklanan bir lazer ışınının, elektronları, kanser radyasyonunda kullanılan bazı radyatörlerle aynı enerji olan MeV (mega-elektron volt) enerji aralığına hızlandırabildiğini ilk kez gösterdik. terapi." INRS profesörü ve Gelişmiş Işık Kaynakları Laboratuvarı'nın (ALLS) bilimsel lideri Franois Légaré dedi.
Milijoule (mJ) düzeyinde, femtosaniye (fs), kızılötesi (IR) lazerin birkaç döngüsüne sıkı bir şekilde odaklanarak, araştırmacılar ortam havasında göreli elektron ışınları üretir ve 0'ye kadar yüksek doz hızlarına ulaşır.15 Gri saniyede (Gy/s). Atmosfer basıncında, lazer yoğunlukları santimetre kare başına 1 × 1019 watt'a (W/cm-2) ulaştı. Ekip, ortaya çıkan elektron ışınını ölçtü ve 1,4 MeV'ye kadar maksimum enerjiye sahip olduğunu buldu.
Ekip, lazerin sıkı odağının, uzun dalga boyunun ve kısa döngülü darbe süresinin, b-integrasyonunun odaklanmış lazer ışını üzerindeki etkisini sınırlamak için nasıl bir araya geldiğini gösterdi. İyonlaşabilir odak hacmindeki hava moleküllerinin yüksek yoğunluğu, kritik yoğunluğa yakın bir plazma oluşturmak için yeterlidir, bu da lazerlerden elektronlara yüksek dönüşüm verimliliği sağlar. Üç boyutlu hücre içi parçacık simülasyonları aracılığıyla araştırmacılar, hızlanma mekanizmasının göreceli olarak temellendiğini, kütle hareket potansiyeline sahip olduğunu ve teorik olarak ölçülen elektron enerjileri ve saçılımla tutarlı olduğunu doğruladılar.
Deney düzeneğinin şeması: Ultra kısa kızılötesi lazer ışığı darbeleri çevredeki havaya sıkı bir şekilde odaklanarak yüksek dozda iyonlaştırıcı radyasyon üretir.
Araştırmacılar, bu lazerle çalışan elektron kaynağının gücünün basitliğinden kaynaklandığına inanıyor. Çevredeki havadaki odaklanmış tek bir optik, bir metre uzakta duran bir kişiye bir saniyeden daha kısa sürede bir yıllık radyasyon dozunu ileten bir elektron ışını üretebilir. Hiçbir karmaşık kurulum veya vakum odasına ihtiyaç duyulmaması, ultra hızlı MeV elektron kaynakları üretme gerekliliklerini azaltarak bu yöntemi birçok ışınlama uygulaması için uygun hale getirir.
Lazer teknolojisindeki ilerlemeler, lazer uyandırma alanı hızlandırmasının (elektronları plazma üreterek çok kısa bir sürede yüksek enerjilere hızlandıran bir süreç) mJ sınıfı sistemlerle orta kızılötesinde çalışarak MeV elektronlarının yüksek parçacık akışlarını üretmesine olanak tanıdı. Radyobiyoloji araştırmalarında kullanılabilir. Bununla birlikte, bu yüksek enerjili lazerle çalışan elektron kaynakları, ışına erişimi sınırlayan vakum odalarında karmaşık ve hacimli kurulumlar gerektirir.
Lazerle yönlendirilen MeV elektron kaynakları, geleneksel radyasyon tedavisine dirençli tümörleri tedavi etmenin bir yöntemi olan FLASH radyasyon terapisi gibi kanser tedavisine yeni yaklaşımlar sağlayabilir. FLASH tedavisi ile yüksek dozda radyasyon dakikalar yerine mikrosaniyeler içinde iletilebilir. Bu dağıtım hızı, tümörü çevreleyen sağlıklı dokuyu radyasyonun etkilerinden korumaya yardımcı olur. FLASH'ın etkileri tam olarak anlaşılmamasına rağmen bilim adamları, FLASH'ın sağlıklı dokuda hızlı deoksijenasyona neden olarak dokunun radyasyona duyarlılığını azaltabileceğine inanıyor.
Üç farklı lazer darbe enerjisi için odak noktasından uzaklığın bir fonksiyonu olarak ölçülen radyasyon doz hızı (logaritmik ölçek).
Araştırmacı Simon Vallières, "Hiçbir çalışma henüz flaş etkisinin doğasını açıklayamadı" dedi, "Ancak FLASH radyasyon terapisinde kullanılan elektron kaynağı, lazeri yoğun bir şekilde ortam havasına odaklayarak ürettiğimiz kaynakla benzer özelliklere sahip. Radyasyon kaynakları daha iyi kontrol edildiğinde, daha ileri çalışmalar flaş etkisinin nedenlerini araştırmamıza ve sonuçta kanser hastalarına daha iyi radyasyon tedavisi sunmamıza olanak tanıyacaktır."
Araştırmacılar, mJ sınıfındaki yüksek ortalama güçlü lazerlerin sürekli olarak geliştirilmesiyle yaklaşımlarının ölçeklenebilirliğinin artacağına inanıyor. Artan mevcut darbe enerjilerini ve tekrarlama oranlarını hedefleyen lazer kaynaklarının hızlı gelişimi, INRS tekniğinin daha yüksek elektron enerjilerine ve daha büyük doz hızlarına genişletilmesine olanak sağlayabilir.
Araştırmacılar ayrıca çevredeki havaya sıkı bir şekilde odaklanmış lazer ışınlarıyla uğraşırken güvenliğin önemini vurguladılar. Radyasyon kaynağının yakınında ölçümler yapıldığında ekip, elektronlardan gelen radyasyon doz oranlarının, geleneksel radyasyon terapisinde kullanılanlardan üç ila dört kat daha yüksek olduğunu gözlemledi.
Vallières, "Elektronların gözlemlenen enerjisi (MeV), havada 3 metreden fazla veya derinin birkaç milimetre altında hareket etmelerine olanak tanıyor" dedi ve "bu, lazer ışık kaynağı kullanıcılarına radyasyona maruz kalma riski oluşturuyor. bu radyasyon tehlikesi laboratuvarda daha güvenli uygulamalar uygulamak için bir fırsattır."
