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质子治疗癌变?使激光粒子加速器产生的质子束能量加倍!

www.lshappy.com2019-08-15

瑞典查尔姆斯理工大学和哥德堡大学的研究人员提出了一种新方法,可以使激光粒子加速器产生的质子束能量加倍。这一突破可能会导致更小,更便宜的设备,可用于许多应用,包括质子治疗。

质子治疗包括将加速的质子束发射到癌性肿瘤上并通过辐射杀死它们。但是,所需的设备太大而且太贵,仅在世界上的一些地方。现代高能激光器具有降低设备尺寸和成本的潜力,因为它们可以比传统加速器更短的距离加速粒子:从千米到米。

问题在于,尽管全世界的研究人员都在努力,激光产生的激光束能量还不够。但现在,瑞典研究人员提出了一种将能量加倍的新方法。这是一次重大飞跃。标准方法包括向薄金属箔发射激光脉冲,通过相互作用产生一束高电荷质子。新方法是将激光分成两个较低强度的脉冲,然后从两个不同的角度同时将它们发射到箔片上。当两个脉冲在箔片上碰撞时,产生的电磁场使箔片非常有效地加热。该技术在使用与标准方法相同的初始激光能量的同时产生更高能量的质子。

(Boco Park - 插图)通过向薄金属箔发射激光脉冲产生标准激光产生的质子束。新方法是将激光分成两个较低强度的脉冲,然后从两个不同的角度同时将它们发射到箔片上。照片:Yen StrandqvistChalmers科技大学

这比希望更好,目的是达到质子治疗中实际使用的能量水平。未来可能会制造出更小的装置,只有目前尺寸的十分之一,因此一家综合医院可以为患者提供质子治疗。质子疗法的独特优势在于,它精确地靶向癌细胞并杀死癌细胞,而不损害附近的健康细胞或器官。因此,这种方法对于深部肿瘤,如位于大脑或脊柱的肿瘤的治疗是必不可少的。质子束的能量越高,穿透身体和癌细胞的能量就越多。尽管研究人员在质子束能量加倍方面取得了巨大的突破,但最终的目标仍然很遥远。

Chalmers大学的物理教授Tunde Fulop说,要真正深入人体内部,必须达到当前能量水平的10倍。我的抱负之一是帮助更多的人接受质子治疗,也许这是未来30年,但每一步都是重要的。加速质子不仅对癌症治疗有兴趣。它们可以用来调查和分析不同的材料,使放射性材料的危害性降低。它对航空航天工业也很重要,因为高能质子在宇宙辐射中占很大一部分,破坏了卫星和其他空间装置。在实验室生产高能质子使研究人员能够研究这种损伤是如何发生的,并开发出能够更好地承受太空旅行压力的新材料。

Chalmers的研究人员Julian Ferri和Tunde Fulop通过数值模拟与哥德堡大学的研究员Evangelos Siminos合作。这种方法的可行性,下一步是与隆德大学进行实验。现在正在研究用于进一步提高质子束能级的几种方法。想象一下,在特定时刻,将撞击地球的所有阳光聚焦到一粒沙子上,其强度仍然小于我们使用的激光束的强度。现在的挑战是为质子提供更多的激光能量。新的科学结果发表在《通讯物理学》。

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