江蘇鐳射聯盟導讀：
人類對抗癌症的話題經久不衰，在醫學界，科學家們對此的研究也是不斷加深。本文綜述了英國Queen'sUniversity Belfast大學最新研究成果。
中央鐳射裝置，STFC。來源: Queen's University Belfast
人類對抗癌症是一個長期的話題，國內外科學家們對此的研究也是層出不窮。為對抗癌症，整個人類都在努力。最近，英國Queen's University Belfast的研究人員發現了一種新的工具，將有助於研究更有效的癌症治療方式。專家們利用高功率鐳射器產生了一束具有獨特性質的碳離子“純束”。
這種明亮的超短粒子源可用於研究生物樣品在極端條件下對輻射的反應。他們說，這可能為先進和更有效的放射治療方法鋪平道路。
(i) 6 MV光子，(ii) 60-110 MeV和(iii) 135-147 MeV質子(SOBP)， 158 MeV電子束以(iv) f/11.2和(v) f/12.3 (vi) 201 MeV聚焦於水平面，f/18.2和(vii) 200 MeV對稱聚焦於f/1.2。f數是聚焦強度的量度，定義為f/D，其中D是聚焦光學上的光束直徑，f是透鏡的焦距，如光學中所示。劑量歸一化為每個個體深度劑量剖面的峰值劑量。
來自Queen's University Belfast數學與物理學院的MarcoBorghesi教授領導了該專案，並與來自斯特拉斯克萊德大學、倫敦帝國理工學院和科學技術設施委員會(STFC)中央鐳射設施(CLF)的專家密切合作。
Borghesi教授解釋說：“目前，放射治療被用於治療多種癌症，而這通常是使用x射線，更先進和更昂貴的治療形式是使用粒子束。特別是碳離子，在治療對其他形式輻射有抵抗力的腫瘤方面非常有效。
放射治療的一個最新的、有希望的發展是“閃光”方法，即放射以短時間、強烈的爆發方式進行。這將減少副作用，並可能帶來更有效的治療。
因此，研究健康和癌變的人類細胞在暴露於超快離子輻照後的反應是非常有興趣的。透過我們的研究，我們已經產生了一種超短碳束，它可以以納秒級或更短的速度儲存能量。這對於推進癌症治療背後的科學是非常創新和重要的。現在，我們與Patrick G.Johnston Centre for Cancer Research的同事合作，已經開始使用這種光束進行細胞輻照實驗。”
CLEAR加速器，光束和實驗裝置的原理圖
Queen's University Belfast研究員、這項研究的主要作者AodhanMcIlvenny博士解釋說：“當我們在一個非常薄的物體上照射一束短的光——鐳射時，我們可以以非常高的速度推動它前進。通常，鐳射傳遞的能量被我們不想要的粒子帶走，我們無法使用它。
“然而，我們現在發現，透過極快地加熱物體，我們可以在用強鐳射脈衝擊中物體之前去除這些不需要的粒子。
“這意味著我們可以產生我們感興趣的粒子型別的幾乎純的光束，在這個例子中，它是碳離子。這使我們能夠選擇一種特定型別的輻射，並將其用於我們尚未探索的新領域的定向輻射實驗。”
基於測量到的輻射束分佈，利用EBT3膠片進行劑量分佈的三維重建。一個158 MeV (f/11.2)，一個158 MeV (f/12.3)，一個201 MeV (f/18.2)聚焦束，將選定的EBT3薄膜樣品置於水深3.1、6.1、9.1、12.1、14.1 cm的水中。
來自Queen's University Belfast Patrick G. Johnston癌症研究中心的凱文·普里斯教授說：“這是我們為未來放射治療應用測試新光束能力的一個重大進步，它使我們現在能夠探索潛在的新生物學，這將有助於探索推進癌症治療的方法。”
實驗裝置(a)和EBT3堆疊在定製持有人(b),(1)聚焦磁鐵(2)真空視窗中,鐳射光束對準,(3)(4)準直儀,它是不習慣在輻照,(5)ICT電荷測量,(6)PMMA, (7) OTR螢幕,(8)電動翻譯階段橫向位移的PMMA坦克,(9) CCD相機，(10)光束轉儲。
EPSRC研究基地主任Jane Nicholson說：“這一創新的新方法證明了尖端物理科學研究在改善醫療技術方面的影響，例如更有效的癌症放射治療。
“在EPSRC的支援下，英國研究人員的創新、發現導向的工作將在推動知識前沿和應對醫療領域的挑戰以提供更好的生活質量方面發揮關鍵作用。”
來源：A. McIlvenny et al, Selective Ion Acceleration by Intense RadiationPressure, Physical Review Letters (2021). DOI: 10.1103/PhysRevLett.127.194801
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