Високоенергетичні електронні промені мають багато застосувань у науці, техніці, медицині. Для створення таких променів використовують прискорювачі. Класичні прискорювачі розганяють заряджені частинки (зокрема, електрони) у вакуумі електричним полем, яке рухається синхронного з частинками. Такі прискорювачі - це великі споруди зі складним обладнанням. Розігнати заряджені частинки можна також у плазмі за допомогою спеціально згенерованої в ній плазмової хвилі лазером (laser-driven wakefield acceleration, LWFA) або зовнішнім джерелом заряджених частинок (particle-driven wakefield acceleration, PWFA). Ідея плазмових прискорювачів була запропонована в 1979 році й отримала потужний розвиток з винайденням підсилення чирпованих імпульсів (chirped pulse amplification, CPA — Нобелівська премія з фізики за 2018 рік) у середині 1980-х і створенням завдяки CPA потужних фемтосекундних лазерів. Плазмові прискорювачі працюють завдяки пондеромоторній силі. Вони значно менші за класичні прискорювачі, але все ж потребують великих (до метрів) об’ємів з плазмою і відповідного вакуумного обладнання.

    У новій роботі канадських вчених [1] представлено простий метод генерації високоенергетичних електронних пучків за допомогою жорсткого фокусування інфрачервоного випромінювання фемтосекундного лазера в повітрі. Експериментально продемонстровано, що електрони можуть досягати енергії до 1,4 МеВ за потужності дози опромінення 0,15 Гр/с, забезпечуючи достатню потужність дози для використання їх у променевій терапії. Ключовими факторами, які дозволили досягнути таких енергетичних значень, є вибір довжини хвилі лазерного випромінювання (1,8 мкм), коротка тривалість лазерних імпульсів (12 фс) і їхня висока енергія (порядку мДж). Зроблене вченими моделювання підтверджує, що механізм прискорення електронів базується на пондеромоторній силі.

    У роботі обговорюється масштабованість запропонованого методу для розвитку потужних фемтосекундних лазерів для застосувань у променевій FLASH-терапії. Променева FLASH терапія (FLASH-RT) — це новий метод лікування, заснований на опроміненні цілі (ракової тканини) короткими потужними імпульсами, який зменшує спричинену радіацією токсичність у здорових тканинах без зниження ефективності протиракової дії порівняно зі звичайною променевою терапією [2].

    Вчені також звертають увагу на небезпеку опромінення при роботі з такими лазерними джерелами і сподіваються на зміни в правилах лазерної безпеки завдяки цій роботі.

1. S. Vallières, J. Powell, T. Connell, M. Evans, M. Lytova, F. Fillion-Gourdeau, S. Fourmaux, S. Payeur, P. Lassonde, S. MacLean, F. Légaré, High Dose-Rate MeV Electron Beam from a Tightly-Focused Femtosecond IR Laser in Ambient Air. Laser Photonics Rev 2023, 2300078. https://doi.org/10.1002/lpor.202300078 (open access)
2. Matuszak N, Suchorska WM, Milecki P, Kruszyna-Mochalska M, Misiarz A, Pracz J, Malicki J. FLASH radiotherapy: an emerging approach in radiation therapy. Rep Pract Oncol Radiother. 2022, 27(2), 344-351. http://doi: 10.5603/RPOR.a2022.0038 (open access)