超快激光技术的研究通过实现电子加速到兆电子伏水平，释放了癌症治疗的新潜力，有望在FLASH放射治疗方面取得更有效的进展，但由于辐射暴露风险增加，也需要更安全的实验室实践。
超快激光技术不断带来意想不到的进步。乍一看，这一领域的研究可能显得有些抽象，但它们往往会产生实际应用。这在医疗保健领域尤其明显，该技术被用于治疗特定的癌症。
这个应用程序是由研究小组发现先进的激光光源实验室(呼叫)国家研究研究所(inr),最近的工作后由教授和主任科特布斯Materiaux电信研究中心(EMT中心),弗朗索瓦Legare。这项工作是与麦吉尔大学健康中心(MUHC)的医学物理学家合作的成果。该团队的研究发表在《激光与光子学评论》杂志上，其惊人的研究结果对科学界普遍存在的关于高功率激光脉冲的某些知识提出了质疑。
“我们首次证明，在一定条件下，激光束紧密聚焦在环境空气中，可以加速电子达到MeV(兆电子伏特)范围的能量，这与癌症放射治疗中使用的一些辐照器的能量相同，”INRS EMT中心主任franois lsamargar说。
从左至右:Steve MacLean(无限潜力实验室的首席技术官)，Sylvain Fourmaux (INRS的研究助理)，franois filion - gourdeau(无限潜力实验室的研究助理)，st stephane Payeur (INRS的研究官员)，Simon valli res (INRS的博士后研究员)和franois lsamargar (EMT中心主任)。信贷:印度卢比
在周围空气中聚焦足够高强度的激光脉冲会在焦点处产生等离子体，这是公认的。这种等离子体作为电子的来源，最多可以加速到几千电子伏(keV)的能量。直到最近，由于物理限制，在周围空气中达到更高的能量是不可能的。
研究小组能够证明，在环境空气中加速的电子可以达到MeV(兆电子伏特)范围内的能量，或者比以前不可逾越的极限高出约1000倍。
更好的癌症治疗
INRS EMT中心团队的突破为医学物理学的重大进步打开了大门。一个典型的例子是FLASH放射治疗，这是一种治疗对传统放射治疗有抗药性的肿瘤的新方法。这种技术可以在极短的时间内(微秒而不是分钟)释放高剂量的辐射。这样可以更好地保护肿瘤周围的健康组织。这种闪光效应在研究中仍然知之甚少，但似乎涉及健康组织的快速脱氧，降低其对辐射的敏感性。
实验设置。一个超短的红外激光脉冲在周围空气中紧密聚焦，产生高电离辐射剂量。资料来源:西蒙·瓦里
(INRS)
“没有研究能够解释闪电效应的本质。然而，FLASH放射治疗中使用的电子源与我们通过将激光强烈聚焦在环境空气中产生的电子源具有相似的特征。一旦辐射源得到更好的控制，进一步的研究将使我们能够调查导致闪光效应的原因，并最终为癌症患者提供更好的放射治疗，”博士后研究员、该研究的第一作者Simon valli
说。
安全处理
这一发现具有具体意义。首先，在处理在周围空气中紧密聚焦的激光束时需要格外小心。
“观察到的电子能量(MeV)允许它们在空气中移动超过3米，或者在皮肤下移动几毫米。这给激光光源的使用者带来了辐射暴露风险，”Simon valli解释说。
此外，通过在放射源附近进行测量，研究小组观察到电子的高辐射剂量率——比传统放射治疗中使用的高三到四倍。
“发现这种辐射危害是在实验室实施更安全做法的一个机会，”Simon valli说。这位年轻的研究人员指出，在环境空气中处理高度聚焦的激光束必须小心，科学家们需要避免暴露在高剂量的辐射下，因为它们对你的健康有害。
参考文献:“高剂量率MeV电子束从一个密切聚焦的飞秒红外激光器在环境空气中”，作者:Simon valli
， Jeffrey Powell, Tanner Connell, Michael Evans, Marianna Lytova, franois filion - gourdeau, Sylvain Fourmaux, stane Payeur, Philippe Lassonde, Steve MacLean和franois l, 2023年11月16日，激光与光子学评论。DOI: 10.1002 / lpor.202300078
该研究由加拿大自然科学与工程研究委员会、自然与技术研究基金会、加拿大数字研究联盟、加拿大创新基金会、加拿大创新部économie和加拿大创新与技术部énergie (MEIE)资助。
