Российские ученые усовершенствовали методы противораковой терапии

Сотрудники Института лазерных и плазменных технологий Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ» совместно с немецкими и французскими учеными разработали новый метод генерации сверхсильных квазистатических электрических полей, которые приводят к ускорению ионов в лазерной плазме. Это открытие позволит усовершенствовать протонную терапию при лечении онкологических заболеваний, сообщает Scientific Reports.

Напомним, во время облучения (радиотерапии) организм пациента подвергается воздействию ионизирующей радиации. Она разрушает опухоль, но одновременно повреждает окружающие здоровые ткани.

В современной медицине предпочтение отдают протонам – они воздействуют исключительно на злокачественное образование. Но для получения пучков протонов требуется ускоритель заряженных частиц, который отличается не только огромными габаритами, но и внушительной ценой.

Для примера – синхроциклотрон терапевтического центра во французском Орсэ имеет суммарную массу 900 тонн.

Альтернативный метод генерации пучков сверхбыстрых заряженных частиц, основанный на использовании лазерного ускорителя, не в состоянии выдать достаточно качественный для практического применения пучок протонов. Теория ученых МИФИ может помочь решить эту проблему.

«В работе мы предсказали теоретически и продемонстрировали при помощи численного моделирования довольно парадоксальный на первый взгляд эффект: сила радиационного трения, действующая на заряженные частицы, излучающие электромагнитные волны, может способствовать их ускорению», – пояснил доцент кафедры теоретической ядерной  физики МИФИ и научный сотрудник института Extreme Light Infrastructure Beamlines (Чехия) Евгений Гельфер.

Сила трения приводит к потере кинетической энергии и затуханию упорядоченного движения – это справедливо для всех механических систем. Но сила радиационного трения устроена иначе. Она образуется в результате перекачки энергии внешнего поля в энергию квантов очень высоких частот. Электрон, совершающий эту перекачку, может в процессе как замедляться, так и ускоряться.

«Мы рассмотрели распространение сверхсильного лазерного импульса в плазме. В электромагнитных полях мощностью в несколько петаватт и выше электроны настолько интенсивно излучают, что их движение определяется не только силой Лоренца, но и силой радиационного трения, возникающей вследствие отдачи при излучении», – рассказал Евгений Гельфер.

Ученые выяснили, что замедление электронов радиационным трением в плоскости, перпендикулярной направлению распространения лазерного луча, приводит к более сильному ускорению их вперед. Благодаря этому происходит более эффективное разделение зарядов в плазме, а возникающее продольное электрическое поле усиливается.

«Именно это поле вызывает ускорение ионов, поэтому полученный нами результат может помочь в получении ионных пучков более высокого качества», – подчеркнул Гельфер.

Ранее сообщалось, что британские ученые разработали тест для диагностики онкологических заболеваний по составу выдыхаемого воздуха.