Laser beschleunigen Ionen

  • 13. September 2016

Kompakt, kostengünstig und leicht anwendbar – Ver­fahren könnte Zu­gang zu Krebs­be­hand­lungen er­leichtern.

Forscher der Chalmers Universität in Schweden haben eine neue Methode ent­wickelt, Laser zur Ionen­be­schleu­nigung ein­zu­setzen. Diese Techno­logie könnte mehr Menschen Zugang zu fort­schritt­lichen Krebs­be­hand­lungen ver­schaffen. Fort­schritt­liche Ionen­techno­logie lässt sich in manchen Fällen ein­setzen, um inope­rable Tumore zu be­handeln. Bei der Behand­lung zer­stört ein kon­zen­trierter Ionen­strahl die Krebs­zellen, ohne das um­lie­gende gesunde Gewebe zu schädigen. Bisher werden dazu Zyklo­tron-Beschleu­niger ein­ge­setzt. Aller­dings gibt es aktuell nur eine Hand­voll An­lagen welt­weit, die diese Art von Ionen­strahl­therapie er­mög­lichen.

Laser beschleunigt Ionen

Abb.: Ein Laserstrahl (rot-violett) fällt auf eine dünne Folie (im Hinter­grund), auf deren Rück­seite sich ein Spiegel be­findet. Der Strahl wird re­flek­tiert und bildet eine stehende Welle. Durch die kon­trol­lierte Ver­än­derung der Laser­wellen­länge be­wegen sich die Wellen­berge der ste­henden Welle. Diese Be­wegung zieht die Elek­tronen (grün) und in deren Folge die Ionen (rot), wo­durch die Ionen auf hohe Energien be­schleu­nigt werden. (Bild: F. Macken­roth, Chalmers U.)

„Bisher können nur sehr wenige Patienten diese Behandlung er­halten, da eine ent­spre­chende Anlage nicht ein­mal in jedem europä­ischen Land ver­füg­bar ist. Mit unserer Methode Ionen zu kon­trol­lieren kann die gleiche Techno­logie in Zukunft hoffent­lich in Geräten ein­ge­setzt werden, die kompakt, kosten­günstig und leicht anzu­wenden sind“, sagt Mattias Mark­lund von der Chalmers Uni­ver­sität.

In nur wenigen Monaten entwickelten er und seine Kollegen Felix Macken­roth und Arkady Gonoskov die „Chirped-Standing-Wave-Acce­le­ration“, die einen Para­digmen­wechsel in der Ionen­be­schleu­nigung mit Lasern be­deuten könnte. Die Arbeit der Forscher basiert auf einem Teilchen­be­schleu­niger, der Ionen mittels eines Lasers be­schleunigt, im Gegen­satz zu her­kömm­lichen Be­schleu­nigern, welche statische elek­trische Felder zur Be­schleu­nigung ein­setzen. „Wir wussten, dass ein Laser Elek­tronen ein­fangen kann, aber nicht, wie man diese Elek­tronen be­wegen kann, sodass sie die Ionen mit­ziehen. Wir haben eine ele­gante Lösung für dieses Problem ge­funden, indem wir dafür sorgen, dass sich die Wellen­länge des Lasers kon­tinu­ier­lich ver­ändert, sodass die Ionen be­schleu­nigt werden“, erklärt Gonoskov.

Bisher gab es nur einige wenige Methoden, um Ionen mit Lasern zu be­schleu­nigen, und keine davon konnte die Ionen ge­zielt und effi­zient kon­trol­lieren. „Es war bis­lang eher so, als würde man einen Vor­schlag­hammer be­nutzen“, ergänzt Macken­roth. „Mit unserer neuen Methode können wir hin­gegen große Mengen an Ionen mit großer Prä­zi­sion ein­fangen, stabi­li­sieren und orga­ni­sieren, ohne dass wir viel Laser­energie be­nö­tigen. Dies ist ein kleiner Schritt in Richtung des ulti­ma­tiven Ziels, Krebs­tumore zu be­handeln, was einen enormen gesell­schaft­lichen Gewinn be­deuten würde. Aber von diesem ulti­ma­tiven Ziel sind wir immer noch weit ent­fernt.“ Bis­her wurde die Methode nur mit­hilfe moderner Computer­simu­la­tionen ge­testet. Expe­ri­mente in Zu­sammen­arbeit mit der Uni­ver­sität Lund sind aber bereits in Planung.

Chalmers U. / RK

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