Magazinunk folyamatosan beszámol a szegedi Nemzeti Lézeres Transzmutációs Laboratóriumban folyó kísérletekről. 2022 januárjában közöltük, hogy egy lézeres kísérlet részeként legalább 1500 fúziós, azaz több megaelektronvolt energiájú neutront állítottak elő. (A lézerrel gyorsított deutériumok a céltárgyba csapódva deuteronnal fuzionálnak, ami neutronképződéssel jár.) 2022 júniusában sikerült először a folyamatos neutronkeltés – a folyamatosságon azt kell érteni, hogy míg korábban naponta legfeljebb száz lézeres lövésre volt lehetőség, az akkori első kísérleti napon ezer, a harmadikon már 1500 belövést értek el.

Az előbb említett munkákkal párhuzamosan fejlesztettek ki egy ultravékony folyadékhártya céltárgy­rendszert. A levelecske formájú, közel 1,5 milliméter magas, 0,5 milliméter széles hártya két, 10 mikrométer körüli átmérőjű folyadéksugár egymásra irányításával jön létre – a folyadéksugarak síkjára merőleges síkban. Az egymásra lőtt folyadéksugarak találkozásakor keletkező folyadékréteg legkisebb vastagsága mindössze 200 nanométer. A szegedi ELI ALPS lézerközpontban épített eszközrendszerrel létrehozott levelecskének az a hatalmas jelentősége, hogy azt lézerrel folyamatosan lőhetik, azaz elvileg állandó ion- és ezzel neutronforrásként szolgálhat. Az elmúlt hónapok fejlesztéseinek köszönhetően a folyadékból álló céltárgyat már vákuumban tudják folyamatosan használni.

A folyadékhártya szemből. A második mikro-jet az első takarásában.

A legutóbbi kísérletben a célkereket a nehézvízből létrehozott folyadéksugár céltárgy váltotta fel. A folyadéksugarat az előző kísérletben használt lézerrel, de nem egy, hanem 10 hertzes ismét­lési frekvenciával célozták meg. A jól si­került beállításnak köszönhetően több mint négy órán keresztül keltették a neutronokat. A korábbi kísérletnél egy nap alatt 1500 lövésre volt lehetőség, legutóbb 150 ezerre, azaz, az előző száz­szorosára. Még egy lenyűgöző adat: míg korábban másodpercenként 2 ezer gyors neutront állítottak elő, mostanra ezt az értéket közel százszorosára, másodpercenként 150 ezer neutronra emelték.

A folyadékhártya céltárgyrendszer. A két mikro-jet által létrehozott folyadékhártyán fénylő pont a gyengített lézer által keltett fehér fény.

A neutronkeltéssel párhuzamosan radiobiológiai kísérletekre is sor került – ezt a munkát Hideghéty Katalin orvos-biológus csoportjával közösen koordinálja Osvay Károly. A Szegedi Tudományegyetem Onkoterápiás Klinika egyetemi tanárának csoportjával zebradánió halembriókat, illetve sejtkultúrákat sugároztak be neutronokkal. A neutronkeltés e kezdeti szakaszában ahhoz, hogy a biológiai minták megfelelő dózisban kapják a neutronokat, nagyon közel kell tenni azokat a forráshoz. Ez úgy lehetséges, ha a neutronforrással együtt a minták is a vákuumban vannak. Mind a sejtek, mind a halembriók esetében ezt úgy oldották meg, hogy az azokat tartalmazó Falcon, illetve Eppendorf csöveket egy hermetikusan záródó hengerbe tették be, s így kerültek a vákuumtérbe. A besugárzás néhány órán keresztül tartott, 30-100 milligray dózist eredményezve, majd a mintákat kivéve következett annak elemzése, hogy a neutronbesugárzás milyen hatással volt a sejtekre, embriókra. A 24 órás korukban besugárzott embriók fejlődési rendellenességeit, kikelésük arányát értékelik, valamint a farokuszonyukban számolják a sugárzás által kiváltott aktív sejtpusztulást. A neutronnal kezelt embrióknál olyan számszerűsíthető végpontokat keresnek, amelyek már e kezdeti alacsony dózisoknál is egyértelmű különbséget mutatnak a kezeletlen kontrollcsoporthoz képest. A kutatás részeként az ELI ALPS Orvosbiológiai Alkalmazások Csoportja Hideghéty Katalin vezetésével az ATOMKI ciklotronalapú hagyományos neutronforrásánál is megnézte, hogy azonos dózis mellett mi történik a sejtekkel és a zebradánió-embriókkal. Ezzel a kísérletsorozattal egy újabb gyógyító eljárás alapjait szeretnék lefektetni.

A kísérleti kamrában. A fénylő folt a neutronforrás, az előtte lévő hengerben vannak a besugárzandó zebrahalembriók. Az előtérben a számozott hengerekben a neutronsugárzás dózismérői.

A daganatgyógyászatban külön­féle sugárkezelési eljárások ismertek. Az egyik legújabb módszer részeként protonokat alkalmaznak a rákos sejtek elpusztításánál. A protonok elő­­állí­tá­sához azonban részecskegyorsí­tók kel­lenek, azaz, viszonylag bo­­nyo­lult rend­szerrel hozhatók létre a gyó­gyító hatású töltött részecskék.

„A töltött részecskék, így a protonok az emberi szervezetben lefékeződnek, ugyanakkor különleges tulajdonságuk, hogy útjuk végén hirtelen adják le energiájukat. Azaz, a megfelelő sebességet beállítva pontosan kiszámítható a megállás, vagyis az energialeadás helye. Ezzel a módszerrel a daganatos szövetek hatékonyan pusztíthatók el, miközben minimalizálható az egészséges szövetek károsodása” – tájékoztatott Osvay Károly.

Az utóbbi évtized technikai fejlesztésének köszönhetően a protonok és elektronok extrém dózisteljesítményével a másodperc tört része alatt nagy dózisokat lehet leadni (villanó sugárkezelés). Egyes kísérleti eredmények arra utalnak, hogy az ilyen ultranagy dózisteljesítményű nyalábbal kezelt betegek ép szövetei jobban megkímélődnek, növekszik a terápiás hatás. A szegedi kutatók ezt továbbgondolva arra keresnek választ, hogy neutronimpulzusok miként hathatnak a daganatos szövetekre. A sejtekkel és zebrahalembriókkal folytatott kísérletek is ezt a célt szolgálják.

A kísérlet előkészítve, jöhet a lézer.

A 2023 végén, 2024 elején indult újabb kísérletsorozat lényege, hogy nem 10, hanem 1000 hertzre növelték a lézeres berendezés ismétlési frekvenciáját. A munka során szembesültek azzal a problémával, hogy a folyadéksugár nem maradt kellően stabil, idővel szétesett. A lehetséges magyarázat erre az, hogy a deutérium gyorsításakor keletkező plazma töltésvándorlást idéz elő. Ez a jelenség megzavarja a berendezés működését, ezért ezen a frekvencián mindössze hat percen keresztül működött az eszköz. Ennyi idő alatt ugyanakkor annyi lövést adtak le, amennyit 10 hertzen négy és fél óra alatt.

Az idei év egyik kihívása a folyadék­sugár-rendszer átépítése úgy, hogy egy kilohertzen ugyancsak folyamatosan mű­ködtethető legyen a berendezés. Ebben az esetben fél óra alatt már a ko­rábbi 10-100-szoros dózisával, több gray dózisnyi neutronnal lehet a biológiai mintákat besugarazni.•

Címlapkép: SZTE NLTL