Investigadores de la Universidad de Tecnología 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 más compactos, equipos más económicos que podrían ser útiles para muchas aplicaciones, incluida la terapia de protones.

La terapia de protones implica disparar un haz de protones acelerados a tumores cancerosos, matándolos por irradiación. Pero el equipo necesario es tan grande y costoso que solo existe en unas pocas ubicaciones en todo el mundo.

Los láseres modernos de alta potencia ofrecen el potencial de reducir el tamaño y el costo del equipo, ya que pueden acelerar partículas en una distancia mucho más corta que los aceleradores tradicionales, lo que reduce la distancia requerida de kilómetros a metros. El problema es, a pesar de los esfuerzos de investigadores de 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 avance.

El enfoque estándar implica disparar un pulso de láser a una delgada lámina metálica, con la interacción resultando en un haz de protones altamente cargados. En cambio, el nuevo método implica dividir primero el láser en dos pulsos menos intensos, antes de disparar ambos a la lámina desde dos 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 mientras utiliza 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 se utilizan actualmente en la terapia de protones en la actualidad. En el futuro, podría ser posible construir equipos más compactos". solo una décima parte del tamaño actual, para que un hospital normal pueda ofrecer a sus pacientes terapia de protones, "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 para atacar las células cancerosas, matarlos sin dañar las células sanas u órganos cercanos. Por lo tanto, el método es crucial para tratar tumores profundamente arraigados, ubicado en el cerebro o la columna vertebral, por ejemplo. Cuanto mayor energía tiene el haz de protones, cuanto más en el cuerpo puede penetrar 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 está todavía muy lejos.

"Necesitamos alcanzar hasta 10 veces los niveles de energía actuales para realmente apuntar 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 esté dentro de 30 años, pero cada paso adelante 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 utilizar 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 satélites y otros equipos espaciales. La producción de protones energéticos en el laboratorio permite a los investigadores estudiar cómo se produce ese daño, y desarrollar nuevos materiales que puedan resistir mejor las tensiones de los viajes espaciales.

Junto con su colega de investigación Evangelos Siminos en 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 rayos de protones. Imagínese 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 de los 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 se han publicado en la revista Física de las comunicaciones , parte de Naturaleza familia.