Caracterización de protones acelerados por láser y estudio de aplicaciones médicas

Resum

El desarrollo de técnicas de amplificación láser durante las últimas décadas [1] ha derivado en una tecnología capaz de generar pulsos ultracortos, decenas de femtosegundo, y ultraintensos, en el orden del terawatio-petawatio. Estos pulsos pueden ser utilizados como vehículo para la aceleración de partículas hasta energías multi-MeV [2]. Esto ha generado un gran interés de la comunidad científica por la posibilidad de utilizar esta tecnología, que podría tener virtudes frente a los mecanismos de aceleración convencionales, además de ser un terreno inexplorado. El objetivo principal es el diseño de un experimento, detectores de partículas, y todos los periféricos necesarios para demostrar la capacidad de un sistema láser desarrollado en el marco de colaboración del proyecto por la empresa Proton Laser Applications S.L para acelerar protones, además de desarrollar los detectores de partículas necesarios para poder caracterizar correctamente a estos. Para la puesta en marcha del experimento, es necesaria una revisión bibliográfica del estado del arte para comprender las distintas propiedades de este tipo de experimentos. El experimento está compuesto de tres partes principales; por una lado el pulso láser, cuyos parámetros físicos tales como energía, duración y forma influirán en el proceso de aceleración [3]. Es necesario tener bajo control estos parámetros, y para ello hay que implementar las técnicas ópticas y los mecanismos de caracterización adecuados. Por otro lado la interacción del láser con la materia, cuyo fruto será la generación de un haz de protones. La interacción involucra la focalización del láser mediante dispositivos ópticos, además del microposicionamiento del blanco de interacción en la posición idónea. Un ambiente de vacío será necesario para la ejecución del experimente, su diseño e implementación serán tareas incluidas en el proyecto. Y por último la correcta caracterización del haz. Los protones acelerados tienen propiedades muy características. Para su correcta caracterización es necesario el uso de detectores específicos. Tipos de detectores ampliamente utilizados para este cometido engloban a detectores pasivos tipo CR-39, películas radiocrómicas [4], o bien detectores online basados en principios de funcionamiento como tiempo de vuelo [5] o espectrómetros de masas[6]. El proyecto involucra el diseño, calibración e implementación de este tipo de detectores en el experimento. Uno de los posibles campos de aplicación de los aceleradores láser es la física médica. Para poder dirigirnos en esa dirección, es necesario el desarrollo de estudios de viabilidad para aplicaciones concretas como la producción de radiofármacos [7] o bien la radioterapia con protones o iones pesados.