Yn ddiweddar, cynhaliodd ymchwilwyr o Brifysgol Quebec arbrawf llwyddiannus yn y Labordy Ffynhonnell Golau Laser Uwch yng Nghyngor Ymchwil Cenedlaethol Canada (INRS), gan ddangos y defnydd addawol o dechnoleg laser tra chyflym ar gyfer therapi ymbelydredd canser.
“Rydym wedi dangos am y tro cyntaf, o dan rai amodau, y gall pelydr laser sy’n canolbwyntio’n dynn ar aer amgylchynol gyflymu electronau i ystod egni MeV (mega-electron folt), sef yr un ynni â rhai o’r rheiddiaduron a ddefnyddir mewn ymbelydredd canser. therapi." meddai Franois Légaré, athro INRS ac arweinydd gwyddonol y Labordy Ffynonellau Golau Uwch (ALLS).
Trwy ganolbwyntio'n dynn ar sawl cylch o laser lefel milijoule (mJ), femtosecond (fs), isgoch (IR), mae'r ymchwilwyr yn cynhyrchu trawstiau electronau perthynol yn yr aer amgylchynol ac yn cyflawni cyfraddau dos uchel o hyd at 0.15 Gray yr eiliad (Gy/s). Ar bwysau atmosfferig, cyrhaeddodd dwyster eu laser 1 × 1019 wat fesul centimedr sgwâr (W/cm-2). Mesurodd y tîm y pelydr electron canlyniadol a chanfod bod ganddo uchafswm egni o hyd at 1.4 MeV.
Dangosodd y tîm sut mae ffocws tynn y laser, tonfedd hir, a hyd pwls cylch byr yn cyfuno i gyfyngu ar effaith integreiddio-b ar y pelydr laser â ffocws. Mae dwysedd uchel y moleciwlau aer yn y cyfaint ffocal ïonadwy yn ddigon i ffurfio plasma sy'n agos at y dwysedd critigol, sy'n darparu effeithlonrwydd trosi uchel o laserau i electronau. Trwy efelychiadau tri dimensiwn gronynnau-mewn-gell, cadarnhaodd yr ymchwilwyr fod y mecanwaith cyflymu wedi'i seilio ar berthnasedd, bod ganddo botensial mas-symud, a'i fod yn ddamcaniaethol yn gyson ag egni electronau a gwasgariad mesuredig.
Sgematig y gosodiad arbrofol: mae corbys o olau laser isgoch ultrashort yn canolbwyntio'n dynn ar yr aer amgylchynol, gan gynhyrchu dos uchel o ymbelydredd ïoneiddio.
Mae'r ymchwilwyr yn credu bod cryfder y ffynhonnell electron hon sy'n cael ei gyrru gan laser yn deillio o'i symlrwydd. Gall un opteg â ffocws yn yr aer amgylchynol gynhyrchu pelydr electron sy'n rhoi gwerth blwyddyn o ddos ymbelydredd i berson sy'n sefyll un metr i ffwrdd mewn llai nag eiliad. Nid oes angen setiau cymhleth na siambrau gwactod, sy'n golygu bod y dull hwn yn addas ar gyfer llawer o gymwysiadau arbelydru trwy leihau'r gofynion ar gyfer cynhyrchu ffynonellau electronau MeV tra chyflym.
Mae datblygiadau mewn technoleg laser wedi galluogi cyflymiad maes deffro laser - proses sy'n cyflymu electronau i egni uchel mewn cyfnod byr iawn trwy gynhyrchu plasma - i weithio yn yr isgoch canol gyda systemau dosbarth mJ i gynhyrchu fflwcsau gronynnau uchel o electronau MeV y gellir ei ddefnyddio mewn ymchwil radiobioleg. Fodd bynnag, mae'r ffynonellau electronau ynni uchel hyn sy'n cael eu gyrru gan laser yn gofyn am osodiadau cymhleth a swmpus mewn siambrau gwactod, sy'n cyfyngu ar fynediad i'r trawst.
Gallai ffynonellau electron MeV a yrrir gan laser ddarparu dulliau newydd o drin canser, megis therapi ymbelydredd FLASH, dull o drin tiwmorau sy'n gwrthsefyll therapi ymbelydredd confensiynol. Gyda therapi FLASH, gellir dosbarthu dosau uchel o ymbelydredd mewn microseconds yn lle munudau. Mae'r cyflymder cyflwyno hwn yn helpu i amddiffyn y meinwe iach o amgylch y tiwmor rhag effeithiau ymbelydredd. Er nad yw effeithiau FLASH yn cael eu deall yn llawn, mae gwyddonwyr yn credu y gall FLASH achosi dadocsigeneiddio cyflym o feinwe iach, gan leihau sensitifrwydd y meinwe i ymbelydredd.
Cyfradd dos ymbelydredd wedi'i fesur (graddfa logarithmig) fel swyddogaeth pellter o'r canolbwynt ar gyfer tri egni pwls laser gwahanol.
“Nid oes unrhyw astudiaeth eto wedi gallu esbonio natur yr effaith fflach,” meddai’r ymchwilydd Simon Vallières, “Fodd bynnag, mae gan y ffynhonnell electronau a ddefnyddir mewn therapi ymbelydredd FLASH nodweddion tebyg i’r un yr ydym yn ei gynhyrchu trwy ganolbwyntio’r laser yn ddwys ar aer amgylchynol. Unwaith y bydd y ffynonellau ymbelydredd wedi'u rheoli'n well, bydd astudiaethau pellach yn ein galluogi i ymchwilio i achosion yr effaith fflach ac yn y pen draw yn darparu gwell therapi ymbelydredd i gleifion canser."
Mae'r ymchwilwyr yn credu y bydd scalability eu dull yn cynyddu gyda datblygiad parhaus laserau pŵer cyfartalog uchel yn y dosbarth mJ. Gallai datblygiad cyflym ffynonellau laser, gan dargedu egni pwls cynyddol sydd ar gael a chyfraddau ailadrodd, ganiatáu i'r dechneg INRS gael ei hymestyn i egni electronau uwch a chyfraddau dos mwy.
Pwysleisiodd yr ymchwilwyr hefyd bwysigrwydd diogelwch wrth ddelio â thrawstiau laser sy'n canolbwyntio'n dynn ar yr aer o'i amgylch. Pan gymerwyd mesuriadau yng nghyffiniau'r ffynhonnell ymbelydredd, gwelodd y tîm gyfraddau dos ymbelydredd o electronau a oedd dair i bedair gwaith yn uwch na'r rhai a ddefnyddir mewn therapi ymbelydredd confensiynol.
"Mae egni a arsylwyd yr electronau (MeV) yn caniatáu iddynt symud mwy na 3 metr yn yr awyr neu ychydig filimetrau o dan y croen," meddai Vallières, "sy'n peri risg o amlygiad ymbelydredd i ddefnyddwyr y ffynhonnell golau laser. Darganfod mae'r perygl ymbelydredd hwn yn gyfle i roi arferion mwy diogel ar waith yn y labordy."
