Um Tumore in sensiblen Körperregionen zu behandeln, etwa dem Gehirn oder den Augen, kommt in der Medizin die Protonentherapie zum Einsatz. Dabei werden die positiv geladenen Atomkernbausteine extrem beschleunigt und zielgenau in das Tumorgewebe gelenkt, das dabei zerstört wird. Bisher jedoch benötigt man für dieses effiziente und für das gesunde Gewebe schonende Behandlungsverfahren große Beschleunigeranlagen, weshalb die Methode nur in speziellen Zentren verfügbar ist.
Doch Wissenschaftler arbeiten schon länger daran, Protonenstrahlen auch mit kleineren Lasersystemen zu produzieren. Dafür wird ein hochintensiver Laserpuls auf eine dünne Metallfolie geschossen und erzeugt auf ihrer Vorderseite ein Plasma. Auf der Rückseite der Folie entsteht dadurch ein starkes elektrisches Feld, durch das Protonen von der Folienoberfläche weggeschleudert und stark beschleunigt werden – es entsteht ein Protonenstrahl.
Das Problem jedoch: “Die mittels Laser-Plasma-Wechselwirkung erzeugte Protonenstrahlung ist bisher einfach nicht energiereich genug, und das obwohl die bisherigen theoretischen Modelle voraussagen, dass die Voraussetzungen dafür eigentlich erfüllt wären“, erklärt Malte Kaluza von der Friedrich-Schiller-Universität Jena. Während für die Strahlentherapie Energien von über 200 Megaelektronenvolt notwendig wären, kommen laserbeschleunigte Protonen bisher nicht die Hälfte dieser Energie hinaus.
Um dies zu ändern, haben Kaluza und seine Kollegen in monatelangen Experimenten am POLARIS-Laser des Instituts für Optik und Quantenelektronik untersucht, welche Parameter bei der laser-induzierten Protonenbeschleunigung eine Rolle spielen. Daraus konnten sie eine Reihe von Bedingungen ableiten, durch die sich die Energieausbeute für den Protonenstrahl maximieren lässt. Diese Erkenntnisse könnten nun den Weg ebnen zu neuen, kompakteren Protonenstrahl-Generatoren für die Medizin.
