近期，據德國亥姆霍茲德累斯頓羅森多夫研究中心（Helmholtz-Zentrum Dresden- Rossendorf，HZDR)報道，該中心的研究小組首次成功測試了激光加速產生的質子束對動物腫瘤的照射，用於癌症研究的超短強激光脈衝成為質子輻照的一個裏程碑。參與(yu) 此項研究的還有來自德國德累斯頓工業(ye) 大學（Technische Universität Dresden, Germany）、德國癌症研究協會(hui) （German Cancer Consortium）以及德國國家腫瘤中心（National Center for Tumor Diseases）的研究人員。相關(guan) 研究已於(yu) 2022年3月14日發表在Nature Physics上。放射治療是癌症的主要治療方法之一，通常利用強大的聚焦X射線光。還有一種方法是將質子（氫原子的原子核）加速到高能量，並聚焦成小的、可精確定位的質子束，它們可以深入組織，將大部分能量儲存在腫瘤中，摧毀癌症，同時保持周圍組織基本完好。與X射線相比，用快質子照射是一種更有效且侵入性更小的癌症治療方法。HZDR研究員Elke Beyreuther說：“該方法特別適用於照射顱底、大腦和中樞神經係統的腫瘤。也可以用於兒科癌症患者，以減少可能的長期影響。”然而，現代質子治療比X射線治療要複雜得多，它需要大型粒子加速器來產生快質子並將其傳導至治療室的患者。目前，研究人員正在考慮可替代加速器的裝置，例如可加速質子的激光係統。專家們希望把這種係統部署在臨床前研究中，為最佳放射治療鋪平道路，基於激光的質子加速器可以在這方麵做出決定性的貢獻。
定製激光脈衝(chong)
HZDR物理學家Florian Kroll表示，該方法基於(yu) 高功率激光器產(chan) 生極強且極短的光脈衝(chong) ，這些光脈衝(chong) 照射在薄塑料或金屬箔上，使大量電子從(cong) 箔中逸出，產(chan) 生強大的電場，進而將質子加速到高能量，產(chan) 生定向質子束。更具吸引力的是，這個(ge) 過程的加速距離僅(jin) 有幾微米長。
研究人員表示，他們(men) 已經在這個(ge) 項目上研究了15年，但到目前為(wei) 止，質子還沒有獲得足夠的能量來進行輻照。此外，激光脈衝(chong) 強度不穩定，無法確定是否傳(chuan) 導了準確的劑量。過去的幾年裏，科學家們(men) 終於(yu) 取得了重大進展，主要源於(yu) 更好地了解了超強激光脈衝(chong) 和薄靶之間的相互作用。研究員Kroll解釋道：“激光脈衝(chong) 形狀十分重要，我們(men) 現在可以控製它們(men) 以產(chan) 生具有足夠能量且足夠穩定的質子脈衝(chong) 。”
目前，各項參數已經得到優(you) 化，因此HZDR團隊才能夠啟動一係列的關(guan) 鍵實驗：有史以來第一次用激光加速質子對小鼠的腫瘤進行可控照射。這些實驗是與(yu) 德國國家腫瘤放射研究中心的德累斯頓大學醫院的專(zhuan) 家合作進行的，並以傳(chuan) 統質子治療設施的比較實驗為(wei) 基準。
激光加速質子束的另一個(ge) 特點是其超高的峰值強度。在傳(chuan) 統的質子治療中，輻射劑量是在幾分鍾內(nei) 完成的，而基於(yu) 激光加速的過程可能會(hui) 在百萬(wan) 分之一秒內(nei) 發生。研究人員指出，有跡象表明，如此快速的瞬態劑量給藥有助於(yu) 更好地保護周圍的健康組織。他們(men) 希望通過該實驗裝置進一步研究這一瞬態效應，並進行臨(lin) 床前的研究，以明確如何使用這種快速照射方法在癌症治療中獲得優(you) 勢。
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