Rákgyógyítás terahertzes impulzusok segítségével?
Mik is azok a terahertzes impulzusok, és mire használják őket?
– A terahertzes sugárzás a rádióhullámokkal, a látható fénnyel vagy éppen a röntgensugárzással megegyezően elektromágneses sugárzás. Az elektronikus úton mind ez idáig előállított legnagyobb frekvencia néhányszor 10 GHz. Negyed évszázada kezdődött el a gigahertznél még ezerszer nagyobb frekvenciájú, THz-es impulzusok ultrarövid lézerimpulzusok segítségével történő előállítása. Az így előállított THz-es impulzus az ábrán látható módon lényegében egy ciklusból áll.
A THz-es sugárzásnak számos lehetséges felhasználási területe van, ilyen például a biztonságtechnika. A THz-es sugárzás a legtöbb csomagolóanyagon áthalad, így multispektrális THz-es képalkotással a boríték felbontása nélkül is felfedhető a levélben elrejtett biológiai fegyver vagy kábítószer.
Hogyan kapcsolódtak be önök a terahertzes kutatásokba?
– 2000-ben a stuttgarti Max Planck Intézetben a félvezetőkben létrehozott fonon-polaritonok időbeli viselkedését tanulmányoztam. Ezek lézerimpulzusokkal történő létrehozására egy speciális elrendezést vezettem be. Később, idehaza a PTE Fizikai Intézetében rájöttünk arra, hogy ez az elrendezés megfelelő nemlineáris optikai anyagot, például lítium-niobát kristályt használva alkalmas nagy energiájú THz-es impulzusok előállítására. A módszer használhatóságát 2003-ban a stuttgarti intézetben demonstráltuk. A gerjesztésre nagyobb energiájú lézerimpulzusokat használva 2007-ben a Massachusetts Institute of Technologyn (MIT) már 10 mikrojoule energiájú és Emax = 1 MV/cm térerősségű THz-es impulzusokat állítottunk elő, és felhasználtuk ezeket az első THz-es pumpa-próba mérésekben, amelyekkel félvezetőkben tudtuk nyomon követni az elektroneloszlás ultragyors változását. Ekkor figyeltek fel széles körben a módszerünkre, amelyet azóta számos amerikai, japán és európai kutatócsoport átvett.
Milyen új alkalmazási területei lehetnek ezeknek a nagy energiájú terahertzes impulzusoknak?
– Először is az olyan „régi” alkalmazási területen, mint a THz-es képalkotás a nagyobb THz-es impulzusenergia lehetővé teszi, hogy a spektrálisan bontott kép gyorsabban készüljön el, így a gyakorlatban is széleskörűen elterjedhet ez a vizsgálati módszer. A nagy energiájú THz-es impulzusok nagy Emax térerősségével orientálni lehet makromolekulákat szerkezetvizsgálat céljára.
Lát-e lehetőséget a térerősség további növelésére?
– Az utóbbi években részt tudtunk venni olyan, a PTE-n szerencsésen egyidejűleg futó projektekben, amelyek K+F, illetve innovációs tevékenységeket támogattak. Ezek keretében megmutattuk, hogy a korábban alkalmazottnál hosszabb pumpáló lézerimpulzusokat használva a THz-es impulzusok előállításának hatásfokát meg tudjuk százszorozni, és akár 10 millijoule energiájú THz-es impulzusokat tudunk majd előállítani. Ezeket lefókuszálva pedig 100 MV/cm térerősség is elérhető lesz. Ilyen nagy térerősségekkel már hatékonyan lehet töltött részecskéket manipulálni, s ezek az alkalmazások elvezethetnek a jelenleginél tízszer rövidebb, és ezért sokkal olcsóbb röntgen szabadelektron lézerek, illetve iongyorsítók megépítéséhez. Az utóbbit a hadronterápiában, azaz rákos szövetek nagy energiájú ionnyalábbal történő roncsolásában lehet felhasználni. Az extrém nagy térerősségű THz-es impulzusok ilyen típusú alkalmazására beadtunk egy szabadalmi kérelmet, másik kettőnek most folyik az előkészítése.•