Pesquisadores da Chalmers University of Technology da Suécia e da Universidade de Gotemburgo apresentam um novo método que pode dobrar a energia de um feixe de prótons produzido por aceleradores de partículas baseados em laser. A descoberta pode levar a mais compactos, equipamento mais barato que pode ser útil para muitas aplicações, incluindo terapia de prótons.

A terapia de prótons envolve o disparo de um feixe de prótons acelerados em tumores cancerosos, matando-os por meio de irradiação. Mas o equipamento necessário é tão grande e caro que existe apenas em alguns locais em todo o mundo.

Lasers modernos de alta potência oferecem o potencial de reduzir o tamanho e o custo do equipamento, já que eles podem acelerar partículas em uma distância muito menor do que os aceleradores tradicionais - reduzindo a distância necessária de quilômetros para metros. O problema é, apesar dos esforços de pesquisadores de todo o mundo, feixes de prótons gerados por laser atualmente não são energéticos o suficiente. Mas agora, os pesquisadores suecos apresentam um novo método que produz uma duplicação da energia - um grande salto à frente.

A abordagem padrão envolve disparar um pulso de laser em uma folha metálica fina, com a interação resultando em um feixe de prótons altamente carregados. O novo método envolve primeiro a divisão do laser em dois pulsos menos intensos, antes de disparar ambos na folha de dois ângulos diferentes simultaneamente. Quando os dois pulsos colidem na folha, os campos eletromagnéticos resultantes aquecem a folha de forma extremamente eficiente. A técnica resulta em prótons de maior energia enquanto usa a mesma energia do laser inicial da abordagem padrão.

"Isso funcionou ainda melhor do que ousávamos esperar. O objetivo é atingir os níveis de energia que são realmente usados ​​na terapia de prótons hoje. No futuro, talvez seja possível construir equipamentos mais compactos, apenas um décimo do tamanho atual, para que um hospital normal pudesse oferecer aos seus pacientes terapia de prótons, "diz Julien Ferri, um pesquisador do Departamento de Física da Chalmers, e um dos cientistas por trás da descoberta.

A vantagem única da terapia de prótons é sua precisão em alvejar as células cancerosas, matá-los sem ferir células saudáveis ​​ou órgãos próximos. O método é, portanto, crucial para o tratamento de tumores profundos, localizado no cérebro ou na coluna, por exemplo. Quanto maior a energia do feixe de prótons, quanto mais fundo no corpo ele pode penetrar para lutar contra as células cancerosas.

Embora a conquista dos pesquisadores em dobrar a energia dos feixes de prótons represente um grande avanço, o objetivo final ainda está muito longe.

"Precisamos atingir até 10 vezes os níveis de energia atuais para realmente atingir mais profundamente o corpo. Uma das minhas ambições é ajudar mais pessoas a terem acesso à terapia de prótons. Talvez isso esteja 30 anos no futuro, mas cada passo a frente é importante, "diz Tünde Fülöp, Professor do Departamento de Física da Chalmers.

Prótons acelerados não são apenas interessantes para o tratamento do câncer. Eles podem ser usados ​​para investigar e analisar diferentes materiais, e para tornar o material radioativo menos prejudicial. Eles também são importantes para a indústria espacial. Os prótons energéticos constituem uma grande parte da radiação cósmica, que danifica satélites e outros equipamentos espaciais. A produção de prótons energéticos no laboratório permite que os pesquisadores estudem como esse dano ocorre, e desenvolver novos materiais que possam suportar melhor as tensões das viagens espaciais.

Junto com o colega de pesquisa Evangelos Siminos da Universidade de Gotemburgo, Os pesquisadores da Chalmers Julian Ferri e Tünde Fülöp usaram simulações numéricas para mostrar a viabilidade do método. O próximo passo é conduzir experimentos em colaboração com a Lund University.

"Estamos agora procurando várias maneiras de aumentar ainda mais o nível de energia nos feixes de prótons. Imagine concentrar toda a luz do sol que atinge a Terra em um determinado momento em um único grão de areia - que ainda seria menor do que a intensidade dos feixes de laser com o qual estamos trabalhando. O desafio é entregar ainda mais energia do laser aos prótons. " diz Tünde Fülöp.

Os novos resultados científicos foram publicados na revista. Física das Comunicações , parte de Natureza família.