I ricercatori della Chalmers University of Technology e dell'Università di Göteborg in Svezia presentano un nuovo metodo che può raddoppiare l'energia di un raggio di protoni prodotto da acceleratori di particelle basati su laser. La svolta potrebbe portare a una maggiore compattezza, apparecchiature più economiche che potrebbero essere utili per molte applicazioni, compresa la terapia protonica.

La terapia protonica prevede il lancio di un raggio di protoni accelerati sui tumori cancerosi, uccidendoli per irradiazione. Ma l'attrezzatura necessaria è così grande e costosa che esiste solo in poche località in tutto il mondo.

I moderni laser ad alta potenza offrono il potenziale per ridurre le dimensioni e i costi dell'apparecchiatura, poiché possono accelerare le particelle su una distanza molto più breve rispetto agli acceleratori tradizionali, riducendo la distanza richiesta da chilometri a metri. Il problema è, nonostante gli sforzi dei ricercatori di tutto il mondo, i fasci di protoni generati dal laser non sono attualmente abbastanza energetici. Ma ora, i ricercatori svedesi presentano un nuovo metodo che produce un raddoppio dell'energia, un grande balzo in avanti.

L'approccio standard prevede l'emissione di un impulso laser su una sottile lamina metallica, con l'interazione risultante in un fascio di protoni altamente carichi. Il nuovo metodo prevede invece di suddividere prima il laser in due impulsi meno intensi, prima di sparare entrambi al fioretto da due diverse angolazioni contemporaneamente. Quando i due impulsi si scontrano sulla lamina, i campi elettromagnetici risultanti riscaldano la pellicola in modo estremamente efficiente. La tecnica si traduce in protoni di energia più elevata utilizzando la stessa energia laser iniziale dell'approccio standard.

"Questo ha funzionato anche meglio di quanto osassimo sperare. L'obiettivo è raggiungere i livelli di energia che vengono effettivamente utilizzati oggi nella terapia protonica. In futuro potrebbe essere possibile costruire apparecchiature più compatte, solo un decimo della dimensione attuale, in modo che un normale ospedale possa offrire ai propri pazienti la terapia protonica, "dice Julien Ferri, un ricercatore presso il Dipartimento di Fisica di Chalmers, e uno degli scienziati dietro la scoperta.

Il vantaggio unico della terapia protonica è la sua precisione nel prendere di mira le cellule tumorali, ucciderli senza ferire cellule o organi sani nelle vicinanze. Il metodo è quindi fondamentale per il trattamento di tumori profondi, situato nel cervello o nella colonna vertebrale, Per esempio. Maggiore è l'energia del fascio di protoni, più nel corpo può penetrare per combattere le cellule tumorali.

Sebbene il risultato dei ricercatori nel raddoppiare l'energia dei fasci di protoni rappresenti un grande passo avanti, l'obiettivo finale è ancora lontano.

"Dobbiamo raggiungere fino a 10 volte i livelli di energia attuali per indirizzare davvero più in profondità nel corpo. Una delle mie ambizioni è aiutare più persone ad accedere alla terapia protonica. Forse questo si trova 30 anni nel futuro, ma ogni passo avanti è importante, " dice Tünde Fülöp, Professore presso il Dipartimento di Fisica di Chalmers.

I protoni accelerati non sono interessanti solo per il trattamento del cancro. Possono essere utilizzati per indagare e analizzare diversi materiali, e per rendere il materiale radioattivo meno dannoso. Sono importanti anche per l'industria spaziale. I protoni energetici costituiscono gran parte della radiazione cosmica, che danneggia i satelliti e altre apparecchiature spaziali. La produzione di protoni energetici in laboratorio consente ai ricercatori di studiare come si verifica tale danno, e per sviluppare nuovi materiali in grado di resistere meglio alle sollecitazioni dei viaggi nello spazio.

Insieme al collega di ricerca Evangelos Siminos dell'Università di Göteborg, I ricercatori di Chalmers Julian Ferri e Tünde Fülöp hanno utilizzato simulazioni numeriche per mostrare la fattibilità del metodo. Il loro prossimo passo è condurre esperimenti in collaborazione con l'Università di Lund.

"Stiamo ora esaminando diversi modi per aumentare ulteriormente il livello di energia nei fasci di protoni. Immagina di concentrare tutta la luce solare che colpisce la Terra in un dato momento su un singolo granello di sabbia, che sarebbe comunque inferiore all'intensità dei raggi laser. con cui stiamo lavorando. La sfida è fornire ancora più energia laser ai protoni". dice Tünde Fülöp.

I nuovi risultati scientifici sono stati pubblicati sulla rivista Fisica delle comunicazioni , parte di Natura famiglia.