Saradnici Instituta laserskih i plazmenih tehnologija Nacionalnog istraživačkog nuklearnog univerziteta „MIFI“, zajedno sa kolegama iz Nemačke i Češke, ponudili su nov metod generacije supersnažnih kvazistatičkih električnih polja koji izazivaju ubrzanje jona u laserskoj plazmi.
Rezultati rada su od velike važnosti za medicinu, između ostalog za protonsku terapiju — savremeni metod lečenja onkoloških oboljenja. Naučni članak je objavljen u prestižnom časopisu „Naučni izveštaji“.
Kao što se zna, postoje tri osnovna metoda lečenja onkoloških oboljenja: hirurška intervencija, hemoterapija i zračenje (radioterapija). Poslednja predstavlja dejstvo jonizujućom radijacijom, što je pogubno ne samo za tumor, već i za okolna zdrava tkiva. To postavlja ograničenja kada je u pitanju snaga gama-zraka koji se koriste prilikom radioterapije.
U tom pogledu, mnogo je povoljnije koristiti protone. Zahvaljujući relativno maloj masi, protoni imaju samo malo poprečno rasejanje u tkivu, a dužina njihovog puta u tkivu je vrlo mala. Zato snop protona može vrlo precizno da se fokusira na tumor, ne povređujući okolno zdravo tkivo. Ali da bi se dobili snopovi protona, potreban je akcelerator naelektrisanih čestica. To je vrlo skupa oprema teška mnogo tona. Tako, na primer, sinhrociklotron terapeutskog centra u Orseu (Francuska) ima ukupnu masu 900 tona. Zato na mnogim univerzitetima sveta rade na alternativnim metodama generacije snopa superbrzih naelektrisanih čestica. Jedan od njih zasnovan je na korišćenju laserskog akceleratora.
Laserski akceleratori naelektrisanih čestica su mnogo kompaktniji i jeftiniji od običnih ciklotrona i sinhrotrona, ali kvalitet dobijenih snopova za sada nije dovoljan za veći deo praktične primene, zbog velikog raspona u energijama protona i nedovoljne snage. Danas se vodi prava trka za novim metodama laserskog ubrzanja: dobijanje protonskog snopa energije 100-200 MeV i rasejanja koje ne prevazilazi nekoliko procenata otvorilo bi novu epohu u laserskoj medicini.
Prema rečima naučnika „MIFI“, teorija koju su oni razradili može da pomogne u razvoju novih metoda laserskog ubrzanja. „U radu smo predskazali teorijski i pokazali pomoću numeričkog modeliranja, na prvi pogled, prilično paradoksalan efekat: sila radijacionog trenja koja deluje na naelektrisane čestice, koje luče elektromagnetne talase, može da doprinese njihovom ubrzanju“, — rekao je docent Katedre za teorijsku nuklearnu fiziku „MIFI“ i naučni saradnik instituta „Linearne svetlosne infrastrukture“ (Češka) Jevgenij Geljfer.
U običnim mehaničkim sistemima sila trenja uvek dovodi do gubitka kinetičke energije i gašenja uređenog kretanja. Snaga radijacionog kretanja je posebna — ona nastaje prenosom energije spoljašnjeg polja (u datom slučaju električnog) u energiju kvanta vrlo visokih frekvencija. Radno telo koje obavlja taj prenos je elektron i u procesu prenosa energije iz jednog rezervoara u drugi, on sâm može da se uspori, ali i da se ubrza.
„Mi smo razmotrili širenje supersnažnog laserskog impulsa u plazmi. U elektromagnetnim poljima snage nekoliko petavati i više (1 PVt=1 015 Vt, radi poređenja, snaga najveće električne centrale na svetu je 22 500 MVt, tačnije oko 50 000 puta manja) elektroni toliko intenzivno zrače da se njihovo kretanje određuje ne samo Lorencovom silom, već i silom radijacionog trenja nastalog kao rezultat korisnog dejstva prilikom zračenja. Pritom, poslednja može čak da prevazilazi Lorencovu silu po veličini. Pokazali smo da usporenje elektrona radijacionim trenjem u ravni perpendikularnoj pravcu širenja laserskog zraka dovodi do njihovog snažnijeg ubrzanja unapred.
„Tako doprinosi efikasnijoj raspodeli naelektrisanja u plazmi i jačanju longitudinalnog električnog polja koje tom prilikom nastaje. Upravo ovo polje izaziva ubrzanje jona, zato rezultat koji smo dobili, može da pomogne da se dobiju snopovi jona većeg kvaliteta“, kaže Jevgenij Geljfer.
(Sputnjik)
Pratite Krstaricu na www.krstarica.com