"We have demonstrated for the first time that under certain conditions, a laser beam tight focused on ambient air can accelerate electrons to the MeV (mega-electron volt) energy range, which is the same energy as some of the radiators used in cancer radiation therapy." said Franois Légaré�, INRS professor and scientific leader of the Advanced Light Sources Laboratory (ALLS).
By tight focusing several cycles of a millijoule (mJ)-level, femtosecond (fs), infrared (IR) laser, the researchers generate relativistic electron beams in ambient air and achieve high dose rates of up to 0.15 Gray per second (Gy/s). At atmospheric pressure, their laser intensity reached 1 × 1019 watts per square centimeter (W/cm-2). The team measured the resulting electron beam and found itu itu memiliki a maksimum energi dari naik ke 1,4 MeV.
Itu tim menunjukkan bagaimana laser laser % 27s ketat fokus , panjang gelombang panjang gelombang% 2c dan siklus pendek pulsa durasi gabungan ke batas efek dari b integrasi on th fokus laser beam. The high density of air molekul in the the ionizable focal volume is cukup to form a plasma close the critical density, which provides a high conversion efficiency from lasers to electrons. Melalui tiga dimensi partikel dalam sel simulasi% 2c peneliti dikonfirmasi itu percepatan mekanisme is relativistik berdasarkan% 2c ha a massa-gerak potensial% 2c dan is secara teoritis konsisten dengan diukur elektron energi dan menyebar.
Skema dari dari eksperimental pengaturan% 3a pulsa dari ultrashort inframerah laser cahaya are erat fokus on the sekitarnya udara% 2c memproduksi a tinggi dosis dari pengion radiasi.�% a0
Itu peneliti percaya itu mereka kekuatan dari ini digerakkan laser elektron sumber batang dari its kesederhanaan. A tunggal fokus optik dalam lingkungan udara dapat menghasilkan an elektron balok itu memberikan a tahun% 27s nilai dari radiasi dosis ke a orang berdiri satu meter jauh kurang dari a detik tidak tidak rumit pengaturan atau vakum ruang are diperlukan% 2c membuat ini metode cocok banyak iradiasi aplikasi oleh mengurangi persyaratan untuk memproduksi ultrafast MeV elektron sumber.
Advances in laser technology have enabled laser wake field acceleration - a process that accelerates electrons to high energies in a very short period of time by generating plasma - to work in the mid-infrared with mJ-class systems to produce high particle fluxes of MeV electrons that can be be used in radiobiology research. Namun, ini energi tinggi laser-driven elektron sumber membutuhkan kompleks dan besar instalasi in vakum ruang, yang batas akses ke the beam.
Laser-driven MeV elektron sumber bisa menyediakan baru pendekatan untuk kanker pengobatan, seperti sebagai FLASH radiasi terapi, a metode dari mengobati tumor itu adalah tahan untuk konvensional radiasi terapi. dengan FLASH terapi, tinggi dosis dari radiasi bisa menjadi disampaikan dalam mikrodetik sebaliknya dari menit. Ini kecepatan dari pengiriman membantu melindungi menyehatkan menyehatkan jaringan sekitarnya tumor dari efek radiasi. Meskipun efek dari FLASH adalah tidak sepenuhnya dipahami% 2c ilmuwan percaya itu FLASH mungkin penyebab cepat deoksigenasi dari sehat jaringan% 2c mengurangi jaringan 's sensitivitas untuk radiasi.
Terukur radiasi dosis tingkat (logaritmik skala) sebagai a fungsi dari jarak dari the focal titik untuk tiga berbeda laser pulsa energi.�% a0
"No study has yet been able to explain the nature of the flash effect," said researcher Simon Vallières, "However, the electron source used in FLASH radiation therapy has similar characteristics to the one we generate by focusing the laser intensly on ambient air. Once the radiation sources are better controlled, further studies will allow us to investigate the causes of the flash effect and ultimately provide better radiation terapi untuk kanker pasien."
Peneliti percaya itu the skalabilitas dari pendekatan mereka kemauan meningkat dengan the lanjutan pengembangan dari tinggi rata-rata daya laser in th mJ kelas. The cepat pengembangan dari laser sumber, penargetan meningkat tersedia pulsa energi dan pengulangan tingkat, bisa memungkinkan INRS teknik to be diperpanjang ke lebih tinggi elektron energi dan lebih besar dosis tingkat.
Itu peneliti juga ditekankan itu pentingnya keselamatan kapan berurusan dengan laser sinar erat fokus pada lingkungan sekitarnya udara. Kapan pengukuran were diambil di sekitar dari radiasi radiasi sumber% 2c the tim diamati radiasi dosis tingkat dari elektron itu tiga ke empat kali lebih tinggi dari mereka digunakan di konvensional radiasi terapi.
"The mengamati energi dari elektron (MeV) memungkinkan mereka untuk bergerak lebih dari 3 meter dalam udara atau a beberapa milimeter bawah the kulit," berkata Vallières, "which poses a risiko dari radiasi paparan untuk pengguna dari laser cahaya sumber. Menemukan ini radiasi bahaya adalah peluang untuk menerapkan lebih aman praktik dalam laboratorium."
