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    Los investigadores del Instituto de Tecnologías de Láser y Plasma de la Universidad Nacional de Investigaciones Nucleares de Rusia (MEPhI), junto con sus colegas de Alemania y Chequia, propusieron un nuevo método para generar campos eléctricos ultrafuertes cuasiestáticos, que hacen que los iones se aceleren en el plasma láser.

    Los resultados del trabajo tienen un gran significado para la medicina, en particular la terapia con protones, un nuevo método para tratar las enfermedades oncológicas. El artículo científico está publicado en la prestigiosa revista Scientific Reports.

    Actualmente se conocen tres métodos principales de tratamiento del cáncer: intervención quirúrgica, quimioterapia y radioterapia. Esta última consiste en aplicar radiación ionizante. Esto establece restricciones para la potencia del haz de los rayos gamma usados en radioterapia.

    En este sentido, los protones son mucho más eficaces. Gracias a su masa comparativamente mayor, la dispersión transversal de los protones en el tejido es muy reducida, mientras sus trayectorias son muy cortas. Por eso, el haz de los protones puede ser enfocado con mucha precisión en el tumor sin dañar los tejidos sanos.

    Una cámara de vacío para experimentos en el campo del plasma láser
    © Foto : ELI Beamlines
    Una cámara de vacío para experimentos en el campo del plasma láser

    Para obtener los haces de protones hace falta un acelerador de partículas cargadas. Es un aparato muy caro y pesado. Por ejemplo, el sincrociclotrón del centro terapéutico en Orsay (Francia) pesa 900 toneladas. Es por eso que muchas universidades del mundo trabajan para desarrollar métodos alternativos que generen haces de partículas cargadas ultrarrápidas. Uno de ellos se basa en el empleo del acelerador por láser.

    Los aceleradores por láser de las partículas cargadas son considerablemente más compactos y baratos que los ciclotrones y sincrotrones convencionales, pero la calidad de los haces que generan aún es insuficiente para un uso práctico, a raíz de la gran diferencia entre las energías de los protones y la poca potencia. Hoy en día asistimos a una auténtica carrera para conseguir nuevos métodos de aceleración por láser: la posibilidad de generar un haz de protones de 100-200MeV y la variación de potencia que no supere unos porcentajes daría inicio a una nueva era en la medicina láser.

    Según los científicos de la MEPhI, la teoría desarrollada por ellos ayudará a diseñar los nuevos métodos de aceleración por láser.

    "En el estudio predijimos de forma teórica y pusimos de manifiesto mediante la modelación numérica un efecto bastante paradójico a primera vista: la fuerza de fricción radiactiva que actúa sobre las partículas cargadas que irradian las ondas electromagnéticas, puede aumentar su velocidad", explicó el investigador del departamento de Física Teórica Nuclear y del Instituto Extreme Light Infrastructure Beamlines (Chequia), Evgueni Guelfer.

    En los sistemas mecánicos convencionales las fuerzas de fricción siempre conducen a las pérdidas de energía cinética y la extinción del movimiento ordenado. La fuerza de fricción radiactiva tiene propiedades específicas, ya que aparece cuando la energía del campo externo (en este caso, de láser) se traslada a la energía cuántica de muy alta frecuencia.

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    El cuerpo que realiza el traslado de un recipiente a otro es el electrón que, durante el proceso, puede tanto acelerarse como ralentizarse.

    "Hemos estudiado la difusión del impulso ultrafuerte de láser en el plasma. En los campos electromagnéticos de unos petavatios o más (1PW=1 015 W, para la comparación, la potencia de una de las mayores centrales eléctricas del mundo es de 22.500 MW, es decir unas 50.000 veces menor) los electrones irradian con tanta intensidad que su movimiento viene determinado no solo por la fuerza de Lorentz, sino también por la de fricción radiactiva que surge a consecuencia de traslado de energía por irradiación", explicó Evgueni Guelfer.

    "Es más, esta última puede superar el valor de la fuerza de Lorentz. Pudimos demostrar que la ralentización de los electrones por fricción radiactiva en el plano perpendicular a la dirección del rayo de láser conduce a su aceleración hacia delante", comentó.

    "El efecto ayuda a separar con más eficacia las cargas en el plasma y aumentar la fuerza del campo transversal que se genera. Es este campo el que produce la aceleración de los iones, por lo tanto el resultado obtenido contribuirá a conseguir los haces de iones de una calidad superior", concluyó. 

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    Etiquetas:
    terapia, cáncer, ciencia, tecnología, MEPhI (universidad), Rusia
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