Investigadores de la Universidad Tecnológica Chalmers de Suecia y la Universidad de Gotemburgo presentan un nuevo método que puede duplicar la energía de un haz de protones producido por aceleradores de partículas basados en láser. El avance podría conducir a equipos más compactos y más baratos que podrían ser útiles paramuchas aplicaciones, incluida la terapia de protones.
La terapia de protones consiste en disparar un haz de protones acelerados contra tumores cancerosos, matándolos mediante irradiación. Pero el equipo necesario es tan grande y costoso que solo existe en unos pocos lugares del mundo.
Los láseres modernos de alta potencia ofrecen el potencial de reducir el tamaño y el costo del equipo, ya que pueden acelerar las partículas en una distancia mucho más corta que los aceleradores tradicionales, reduciendo la distancia requerida de kilómetros a metros. El problema es, a pesar de los esfuerzos de los investigadoresEn todo el mundo, los rayos de protones generados por láser actualmente no son lo suficientemente energéticos, pero ahora, los investigadores suecos presentan un nuevo método que produce una duplicación de la energía, un gran salto adelante.
El enfoque estándar implica disparar un pulso láser a una lámina metálica delgada, con la interacción que resulta en un haz de protones altamente cargados. El nuevo método consiste en dividir primero el láser en dos pulsos menos intensos, antes de disparar ambos a la lámina desdedos ángulos diferentes simultáneamente. Cuando los dos pulsos chocan en la lámina, los campos electromagnéticos resultantes calientan la lámina de manera extremadamente eficiente. La técnica da como resultado protones de mayor energía al usar la misma energía láser inicial que el enfoque estándar.
"Esto ha funcionado incluso mejor de lo que nos atrevíamos a esperar. El objetivo es alcanzar los niveles de energía que realmente se usan en la terapia de protones hoy. En el futuro podría ser posible construir equipos más compactos, solo una décima parte de la corrientetamaño, para que un hospital normal pueda ofrecer terapia de protones a sus pacientes ", dice Julien Ferri, investigador del Departamento de Física de Chalmers, y uno de los científicos detrás del descubrimiento.
La ventaja única de la terapia de protones es su precisión al apuntar a las células cancerosas, matándolas sin dañar las células u órganos sanos cercanos. Por lo tanto, el método es crucial para tratar tumores profundos, ubicados en el cerebro o la columna vertebral, por ejemplo.A mayor energía del haz de protones, más penetrará en el cuerpo para combatir las células cancerosas.
Aunque el logro de los investigadores al duplicar la energía de los haces de protones representa un gran avance, el objetivo final aún está muy lejos.
"Necesitamos alcanzar hasta 10 veces los niveles de energía actuales para apuntar realmente más profundamente en el cuerpo. Una de mis ambiciones es ayudar a más personas a tener acceso a la terapia de protones. Tal vez eso se encuentre a 30 años en el futuro, pero en cada pasoavanzar es importante ", dice Tünde Fülöp, profesor del Departamento de Física de Chalmers.
Los protones acelerados no solo son interesantes para el tratamiento del cáncer. Se pueden usar para investigar y analizar diferentes materiales y hacer que el material radiactivo sea menos dañino. También son importantes para la industria espacial. Los protones energéticos constituyen una gran parte de la radiación cósmica,que daña los satélites y otros equipos espaciales. La producción de protones energéticos en el laboratorio permite a los investigadores estudiar cómo se produce dicho daño y desarrollar nuevos materiales que puedan resistir mejor las tensiones de los viajes espaciales.
Junto con el colega de investigación Evangelos Siminos de la Universidad de Gotemburgo, los investigadores de Chalmers Julian Ferri y Tünde Fülöp utilizaron simulaciones numéricas para mostrar la viabilidad del método. Su siguiente paso es realizar experimentos en colaboración con la Universidad de Lund.
"Ahora estamos buscando varias formas de aumentar aún más el nivel de energía en los haces de protones. Imagina enfocar toda la luz solar que golpea la Tierra en un momento dado en un solo grano de arena, que aún sería menor que la intensidad delos rayos láser con los que estamos trabajando. El desafío es entregar aún más energía láser a los protones ", dice Tünde Fülöp.
Los nuevos resultados científicos han sido publicados en la respetada revista Física de las comunicaciones , parte de la Naturaleza familia. Lea el artículo científico "Aceleración de la vaina normal de objetivo mejorada utilizando pulsos láser colisionantes".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Tecnológica de Chalmers . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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