Чердак 7 февраля 2018

Магнитное поле помешало разогнать протоны

Лазерное ускорение протонов — перспективная технология для использования в лучевой терапии онкологических заболеваний. По сравнению с обычно используемым в этих целях рентгеновским излучением протоны селективнее действуют на раковые клетки и позволяют заметно снизить величину дозы, получаемой окружающими опухоль здоровыми тканями.
Идея использовать для уничтожения опухоли излучение протонов возникла более полувека назад. Однако, требуемая для лучевой терапии энергия протонов — около 200—300 МэВ — долгое время была доступна только на больших и дорогих ускорителях, работающих на основе радиочастотных технологий. Создание в последние годы мощных сверхпроводящих магнитов позволило снизить размеры и стоимость ускорителей. Тем не менее, пока протонная терапия не входит в арсенал повсеместно доступных медицинских технологий. Сделать аппараты лучевой протонной терапии более компактными возможно за счёт использования лазерных технологий.
В последние десятилетия созданы лазеры, мощность которых в десятки раз превосходит мощность всех электростанций, работающих в мире. Правда, такую мощность они развивают лишь на чрезвычайно короткий промежуток времени — не более триллионной доли секунды — но этого достаточно для эффективного ускорения частиц. В частности, при облучении тонких металлических фольг сверхмощные лазеры полностью их сжигают и разрушают, создавая горячую плазму, из которой в том числе летят пучки быстрых протонов.
Главной проблемой лазерного ускорения протонов является низкая энергия получаемых протонов. Рекордом является ускорение их до почти 100 МэВ, однако для медицинских приложений это число надо ещё, как минимум, удвоить. Международная команда исследователей, в которую входили сотрудники Института прикладной физик РАН, провела эксперименты по ускорению протонов с одними из самых мощных в мире лазерных установок— в центре LULI во Франции и в Национальной лаборатории в Сандии, США. Мощность лазерных импульсов на этих установках достигает 200 тераватт.
Учёные ожидали получить энергию протонов выше 100 МэВ, однако она составила лишь 40 МэВ — такие энергии сейчас умеют получать на значительно менее мощных лазерах. Причиной заниженного результата, по мнению исследователей, оказалось отрицательное влияние на процесс ускорения сверхсильных магнитных полей, которые возникают под действием лазерного излучения в мишени. Ученые рассчитали, что мощные магнитные поля тормозят нагреваемые лазером электроны, которые и должны были ускорять протоны. В результате протоны недополучали энергию.
Исследователи планируют провести аналогичные исследования для более быстрых лазерных импульсов в ИПФ РАН, где создан и функционирует лазерный комплекс PEARL. Предварительные расчёты показывают, что для быстрых импульсов отрицательное влияние магнитного поля будет менее значительным.
Результаты экспериментов ученые опубликовали в журнале Nature Communications.
Недавно ученые из Института ядерной физики Сибирского отделения РАН и Всероссийского научно-исследовательского института технической физики создали секцию ускорителя ионов для Большого адронного коллайдера (БАК).
Комментарии
Читайте также
Как побороть языковой барьер
Как Европа узнала о русских
Кем работали протестанты из русских
Стюардессы в бикини и рейсы для нудистов
2