Группа ученых из России, Франции и США обнаружила, что ускоренные лазером протоны тормозит возникающее магнитное поле. Открытое явление усложнит создание компактных лазерных технологий в медицине.

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 счет 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 еще, 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.

Ученые 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 расчеты 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).

Источники

Магнитное поле помешало разогнать протоны
Чердак (chrdk.ru), 07/02/2018

Похожие новости

  • 10/03/2017

    В ИЯФ СО РАН проходит собрание международной коллаборации AWAKE

    ​В Институте ядерной физики им. Г.И.Будкера СО РАН проходит собрание международной коллаборации AWAKE, на котором обсуждается новый принцип ускорения заряженных частиц, использующий плазму и протонный пучок.
    1028
  • 05/09/2018

    Новосибирские физики в борьбе за «полезный» атом

    ​Мы уже обращали внимание на одно парадоксальное обстоятельство. Россия - одна из немногих стран, занимающих ведущие позиции в области ядерной физики. Здесь работают признанные во всем мире специалисты-ядерщики.
    136
  • 11/05/2017

    В CERN состоялось официальное открытие нового ускорителя частиц

    В CERN состоялось официальное открытие нового линейного ускорителя — Linac 4, первого нового ускорителя CERN с момента открытия Большого адронного коллайдера. Он станет первым элементом ускорительного комплекса БАК высокой светимости (HL-LHC), открытие которого запланировано на середину 2020-х годов.
    913
  • 30/06/2017

    Рентгеновский лазер XFEL: мощный, быстрый, европейский

    ​27 000 импульсов в секунду - такая высокая частота повторения делает рентгеновский лазер XFEL уникальной установкой. 100 фемтосекунд - столь короткая продолжительность импульса (одна десятитриллионная доля секунды) открывает новые возможности для изучения химических и биологических систем.
    864
  • 30/08/2018

    Новосибирские ученые знают, как разбить древность на атомы

    Озера, древние книги, иконы, кости мамонтовой фауны или доисторического человека, деревянные колоды из погребений и даже болотный торф - все эти объекты можно точно датировать, определить время их создания, появления на свет или, если речь идет о живом существе, период обитания на Земле.
    175
  • 05/03/2018

    Супер чарм-тау фабрика поможет выйти на новую физику

    ​Реализация проекта Супер чарм-тау фабрики в Новосибирске подтолкнет развитие технологий, необходимых для создания коллайдера, поспособствует решению мюонной проблемы и, возможно, решит загадку антиматерии и поможет выйти на новую физику.
    541
  • 16/10/2017

    Пассажиров аэропорта Дели проверяет техника, разработанная учеными ИЯФ СО РАН

    Система рентгенографических сканеров Express Inspection, совместной разработкой которых занимался Новосибирский Институт ядерной физики им Г. И. Будкера СО РАН и Орловский завод «Научприбор», проходит апробацию в Индии.
    577
  • 17/09/2018

    Большой адронный коллайдер и фундаментальные вопросы науки

    Россия пока не получила ни одного заказа при модернизации Большого адронного коллайдера, хотя раньше без нее ЦЕРН обойтись в принципе не мог. Ровно десять лет назад в Европейской лаборатории ядерных исследований (ЦЕРН) был запущен Большой адронный коллайдер.
    188
  • 25/05/2017

    Большой адронный коллайдер возобновил сбор данных

    На Большом адронном коллайдере (БАК) закончились технические работы и модернизация — он возобновил сбор данных, в трех экспериментах на коллайдере участвуют исследователи НГУ и ИЯФ СО РАН. Планируемая остановка на технические работы на БАК случается в начале каждого года.
    1206
  • 06/04/2017

    Германия выделит новосибирским ученым-ядерщикам 30 миллионов евро на совместные научные разработки

    Один из примеров сотрудничества - проект рентгеновского лазера, успешно развивающийся  в Гамбурге. Это оборудование, которое сможет помочь изучить структуру любого вещества одним пучком света, было изготовлено в столице Сибири.
    1144