Yeni nesil parçacık hızlandırıcı kanser tedavisinde devrim yaratabilir

Elektron ve proton gibi yüklerle yüklenen temel parçacık demetlerinin, belirlenen bir enerjiye ulaşıncaya kadar hızlandırılmasını sağlayan parçacık hızlandırıcılar; fiziksel araştırmalardan malzeme teknolojilerine, verimli yakıt araştırmalarından bakterilerle mücadeleye kadar pek çok alanda kullanılıyor. Dünya genelinde yaklaşık 30.000 adet olduğu tahmin edilen parçacık hızlandırıcıların en sık kullanıldığı alan ise radyoterapi. Dünyanın en uzun doğrusal parçacık hızlandırıcısına(yaklaşık 3.2 km uzunluğunda) ev sahipliği yapan Stanford Üniversitesi SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı ise parçacık hızlandırıcıların tıp dünyasında daha etkin kullanılması için çalışmalar yürütüyor. 

İlk olarak 1966 yılında kapılarını açan laboratuvar, günümüzde bir uluslararası araştırma organizasyonu ile birlikte tarafından kullanılıyor. Laboratuvardaki araştırmacıların hedefi ise yeni bir parçacık hızlandırıcısı üretmek. Üretilmesi planlanan yeni parçacık hızlandırıcının büyük bir potansiyele sahip olacağını belirten araştırmacılar ayrıca yeni parçacık hızlandırıcının son derece küçük olacağını vurguluyor. 

Parçacık Hızlandırıcı Nasıl Çalışır? 

Geliştirilen yeni parçacık hızlandırıcının çalışma prensibine geçmeden önce SLAC'in mevcut 3.2 kilometre uzunluğunda olan doğrusal parçacık hızlandırıcısının nasıl çalıştığına bakmakta yarar var. Kısaca LINAC olarak adlandırılan cihazda, hattın bir ucunda üretilen elektronlar 3.2 km uzunluğundaki cihazda ilerlerken 15 GeV ek enerjiye maruz kalıyor. Böylece ışık hızının yüzde  99.99999'una kadar hızlanan elektronlar, istenilen amaç için kullanılmaya hazır hale geliyor. Tabi bu sistemin kurulmasının yanı sıra işletmek de son derece pahalı. Bu nedenle dünya genelindeki doğrusal parçacık hızlandırıcılar uzun süreler boyunca aralıksız çalışamıyor ve sık sık bakıma alınması gerekiyor. Bu da doğrusal parçacık hızlandırıcıların geniş kullanım alanlarına ulaşamamasına ve işleten kurumların mali olarak zor duruma düşmesine neden oluyor.

Ayrıca Bkz.İnsan için ''en mükemmel'' sıcaklığı ayarlayan kıyafet teknolojisi

Maliyet ve erişilebilirlik sorununu aşmak isteyen araştırmacılar ise parçacık hızlandırıcıları çok daha küçük boyutlara getirmek istiyor. SLAC fizikçilerinden Joel England 2013 yılında ''Mikroçip endüstrisinin bilgisayarlar için yaptığını, parçacık hızlandırıcıları için yapabilir miyiz?'' diyerek 5 yıllık çalışmanın başladığını duyurmuştu. Parçacık hızlandırıcıları çok daha küçük ve ucuz hale getirmenin, milyonlarca insanın bu cihazlara erişmesi anlamına geldiğini belirten John England, insanların bu teknolojiyi çok farklı yaratıcı uygulamalarla kullanabileceğini düşünüyor.

Çipteki Hızlandırıcı  

Ekibin ''çipteki hızlandırıcı'' adını verdiği küçük boyutlardaki doğrusal parçacık hızlandırıcının çalışması ise iki adıma dayanıyor. İlk olarak geleneksel bir parçacık hızlandırıcıda ışık hızına yakın bir hıza ulaşan elektronlar, daha sonra yarım milimetre uzunluğundaki silis çipinin içine yerleştirilmiş olan kanallara püskürtülüyor. Saç telinden 200 kat daha ince olan kanallarda ilerleyen elektronun enerjisinin artırılması için lazer enerjisini kullanan ekip, elektronu hızlandıracak olumlu bir elektrik kuvveti meydana getirmek için kanalın üst ve alt kısmında nanometrik boşluklar oluşturdu. 2014'teki ilk deneyde 500'den fazla nanometrik boşluk oluşturarak elektronların hızlanma eğiliminin SLAC'in doğrusal parçacık hızlandırıcısından 10 kat daha fazla olduğu gözlemlendi.

 

Kanser Tedavisinde Çığır Açabilir 

Öte yandan minik bir parçacık hızlandırıcısı ile radyo terapide(ışın tedavisinde) kullanılan milyonlarca dolar değerindeki tıbbi cihazların yerine tümörleri hızlıca yok eden ve anesteziye ihtiyaç duyulmayan bir yöntemle kanserle mücadele edilebilir. Yeni nesil parçacık hızlandırıcısının özellikle kanserle mücadelede son derece faydalı olacağını belirten Joel England, ışın tedavisi sürecinde insan vücuduna yaklaşık 20 milyon elektron voltluk parçacıkların gönderildiğini vurguluyor. England'a göre yeni nesil parçacık hızlandırıcısı ile doktorlar 20 milyon elektron voltluk parçacıkları kolayca taşıyabilir ve tedaviye ulaşma noktasında sıkıntı yaşayan kişilere ulaştırabilir. 

Henüz teknolojiyi gerçek dünya koşullarında uygulamak için birtakım problemleri aşmaları gerektiklerini belirten Joel England, yine de teknolojinin gelecekte yüksek enerjili parçacık çarpışmalarının boyutunu ve maliyetini önemli ölçüde azaltacağını dile getiriyor. Tabi parçacık hızlandırıcılar, hedeflenen teknoloji günlük hayatımıza girerse, yaygın olarak kullanılabilecek ancak England yine de SLAC'in doğrusal parçacık hızlandırıcısı kadar olmasa da küçük parçacık hızlandırıcılarının da ciddi miktarda radyasyon yayabileceği konusunda uyarıyor ve bu teknolojinin ''ev aletlerinde uygulanmasına'' pek ihtimal vermiyor.