हाल ही में, क्यूबेक विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने कनाडा के राष्ट्रीय अनुसंधान परिषद (आईएनआरएस) में उन्नत लेजर लाइट सोर्स प्रयोगशाला में एक सफल प्रयोग किया, जिसमें कैंसर विकिरण चिकित्सा के लिए अल्ट्राफास्ट लेजर तकनीक के आशाजनक उपयोग का प्रदर्शन किया गया।
"हमने पहली बार प्रदर्शित किया है कि कुछ शर्तों के तहत, परिवेशी वायु पर कसकर केंद्रित एक लेजर बीम इलेक्ट्रॉनों को MeV (मेगा-इलेक्ट्रॉन वोल्ट) ऊर्जा सीमा तक बढ़ा सकता है, जो कि कैंसर विकिरण में उपयोग किए जाने वाले कुछ रेडिएटर्स के समान ऊर्जा है। थेरेपी।" आईएनआरएस प्रोफेसर और एडवांस्ड लाइट सोर्सेज लेबोरेटरी (एएलएस) के वैज्ञानिक नेता फ्रैनोइस लेगेरे ने कहा।
मिलिजूल (एमजे)-स्तर, फेमटोसेकंड (एफएस), इन्फ्रारेड (आईआर) लेजर के कई चक्रों पर ध्यान केंद्रित करके, शोधकर्ता परिवेशी वायु में सापेक्ष इलेक्ट्रॉन किरणें उत्पन्न करते हैं और 0 तक की उच्च खुराक दर प्राप्त करते हैं।15 ग्रे प्रति सेकंड (Gy/s). वायुमंडलीय दबाव पर, उनकी लेजर तीव्रता 1 × 1019 वाट प्रति वर्ग सेंटीमीटर (डब्ल्यू/सेमी-2) तक पहुंच गई। टीम ने परिणामी इलेक्ट्रॉन किरण को मापा और पाया कि इसकी अधिकतम ऊर्जा 1.4 MeV तक थी।
टीम ने दिखाया कि कैसे लेजर का सख्त फोकस, लंबी तरंग दैर्ध्य और छोटी-चक्र पल्स अवधि मिलकर केंद्रित लेजर बीम पर बी-एकीकरण के प्रभाव को सीमित करती है। आयनीकृत फोकल वॉल्यूम में वायु अणुओं का उच्च घनत्व महत्वपूर्ण घनत्व के करीब प्लाज्मा बनाने के लिए पर्याप्त है, जो लेजर से इलेक्ट्रॉनों में उच्च रूपांतरण दक्षता प्रदान करता है। त्रि-आयामी कण-इन-सेल सिमुलेशन के माध्यम से, शोधकर्ताओं ने पुष्टि की कि त्वरण तंत्र सापेक्षता पर आधारित है, इसमें द्रव्यमान-गति क्षमता है, और सैद्धांतिक रूप से मापा इलेक्ट्रॉन ऊर्जा और बिखराव के अनुरूप है।
प्रायोगिक सेटअप का योजनाबद्ध: अल्ट्राशॉर्ट इन्फ्रारेड लेजर प्रकाश की दालों को आसपास की हवा पर कसकर केंद्रित किया जाता है, जिससे आयनीकरण विकिरण की उच्च खुराक उत्पन्न होती है।
शोधकर्ताओं का मानना है कि इस लेजर-चालित इलेक्ट्रॉन स्रोत की ताकत इसकी सादगी से उत्पन्न होती है। आसपास की हवा में एक एकल केंद्रित ऑप्टिक एक इलेक्ट्रॉन किरण उत्पन्न कर सकता है जो एक मीटर दूर खड़े व्यक्ति को एक सेकंड से भी कम समय में एक वर्ष की विकिरण खुराक प्रदान करता है। किसी जटिल सेटअप या वैक्यूम चैंबर की आवश्यकता नहीं है, जिससे यह विधि अल्ट्राफास्ट एमईवी इलेक्ट्रॉन स्रोतों के उत्पादन की आवश्यकताओं को कम करके कई विकिरण अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त हो जाती है।
लेज़र तकनीक में प्रगति ने लेज़र वेक फ़ील्ड एक्सेलेरेशन को सक्षम किया है - एक ऐसी प्रक्रिया जो प्लाज्मा उत्पन्न करके बहुत कम समय में इलेक्ट्रॉनों को उच्च ऊर्जा में तेजी लाती है - एमजे-क्लास सिस्टम के साथ मध्य-अवरक्त में काम करने के लिए एमईवी इलेक्ट्रॉनों के उच्च कण प्रवाह का उत्पादन करने के लिए जिसका उपयोग रेडियोबायोलॉजी अनुसंधान में किया जा सकता है। हालाँकि, इन उच्च-ऊर्जा लेजर-चालित इलेक्ट्रॉन स्रोतों को वैक्यूम कक्षों में जटिल और भारी स्थापना की आवश्यकता होती है, जो बीम तक पहुंच को सीमित करती है।
लेजर-चालित MeV इलेक्ट्रॉन स्रोत कैंसर के उपचार के लिए नए दृष्टिकोण प्रदान कर सकते हैं, जैसे कि FLASH विकिरण थेरेपी, ट्यूमर के इलाज की एक विधि जो पारंपरिक विकिरण चिकित्सा के लिए प्रतिरोधी है। फ्लैश थेरेपी के साथ, विकिरण की उच्च खुराक मिनटों के बजाय माइक्रोसेकंड में पहुंचाई जा सकती है। प्रसव की यह गति ट्यूमर के आसपास के स्वस्थ ऊतकों को विकिरण के प्रभाव से बचाने में मदद करती है। हालाँकि FLASH के प्रभावों को पूरी तरह से समझा नहीं गया है, वैज्ञानिकों का मानना है कि FLASH स्वस्थ ऊतकों के तेजी से डीऑक्सीजनेशन का कारण बन सकता है, जिससे विकिरण के प्रति ऊतकों की संवेदनशीलता कम हो जाती है।
तीन अलग-अलग लेजर पल्स ऊर्जाओं के लिए केंद्र बिंदु से दूरी के एक फ़ंक्शन के रूप में विकिरण खुराक दर (लघुगणकीय पैमाने) को मापा गया।
शोधकर्ता साइमन वैलिएरेस ने कहा, "कोई भी अध्ययन अभी तक फ्लैश प्रभाव की प्रकृति की व्याख्या करने में सक्षम नहीं हुआ है," हालांकि, फ्लैश विकिरण थेरेपी में उपयोग किए जाने वाले इलेक्ट्रॉन स्रोत में परिवेशी वायु पर लेजर को तीव्रता से केंद्रित करके उत्पन्न होने वाली समान विशेषताएं हैं। एक बार जब विकिरण स्रोत बेहतर ढंग से नियंत्रित हो जाते हैं, तो आगे के अध्ययन से हमें फ्लैश प्रभाव के कारणों की जांच करने और अंततः कैंसर रोगियों के लिए बेहतर विकिरण चिकित्सा प्रदान करने की अनुमति मिलेगी।"
शोधकर्ताओं का मानना है कि एमजे वर्ग में उच्च औसत शक्ति वाले लेज़रों के निरंतर विकास के साथ उनके दृष्टिकोण की मापनीयता बढ़ेगी। लेजर स्रोतों का तेजी से विकास, उपलब्ध पल्स ऊर्जा और पुनरावृत्ति दरों को लक्षित करते हुए, आईएनआरएस तकनीक को उच्च इलेक्ट्रॉन ऊर्जा और बड़ी खुराक दरों तक विस्तारित करने की अनुमति दे सकता है।
शोधकर्ताओं ने आसपास की हवा पर केंद्रित लेजर किरणों से निपटने के दौरान सुरक्षा के महत्व पर भी जोर दिया। जब विकिरण स्रोत के आसपास माप लिया गया, तो टीम ने इलेक्ट्रॉनों से विकिरण खुराक दर देखी जो पारंपरिक विकिरण चिकित्सा में उपयोग की जाने वाली तुलना में तीन से चार गुना अधिक थी।
वल्लीएरेस ने कहा, "इलेक्ट्रॉनों की देखी गई ऊर्जा (एमईवी) उन्हें हवा में 3 मीटर से अधिक या त्वचा के नीचे कुछ मिलीमीटर तक जाने की अनुमति देती है, जिससे लेजर प्रकाश स्रोत के उपयोगकर्ताओं के लिए विकिरण जोखिम का खतरा पैदा होता है।" यह विकिरण खतरा प्रयोगशाला में सुरक्षित प्रथाओं को लागू करने का एक अवसर है।"
