L2A2

La aceleración laser-plasma es una tecnología prometedora que permitirá la construcción de aceleradores compactos de partículas para ciencia básica y aplicada. Pulsos de láser ultra intensos y ultra cortos focalizados en pocas micras cuadradas en una capa de material micrométrico generan campos eléctricos miles de veces más intensos que aquéllos producidos con cavidades de radio frecuencia, donde los electrones son acelerados a energías relativistas. La nube de electrones, abandonando el material objetivo, ioniza los átomos en la superficie y crea un intenso gradiente eléctrico donde los iones son acelerados, en particular los más ligeros, los protones.

Además de su interés intrínseco, los investigadores de IGFAE también identifican la aceleración láser-plasma como una oportunidad de transferir el conocimiento generado mediante su participación en experimentos internacionales de gran escala. Estas fueron las motivaciones de promover la construcción del L2A2 (las siglas de Laser Laboratory for Acceleration and Applications). Es una infraestructura de investigación en la Universidade de Santiago de Compostela que hospeda un sistema láser 50TW y un área radio-protegida para experimentos de aceleración de partículas por láser-plasma.

El programa de investigación dirigido por IGFAE en L2A2 se enfoca en aplicaciones médicas de partículas aceleradas por láser. En la actualidad, este programa se concentra en dos iniciativas: producción de radioisótopos por láser para imágenes PET (LaserPET) y nuevas fuentes de rayos X por láser y su aplicación en imágenes (LaseX).

LaserPet

El objetivo del proyecto es desarrollar la tecnología requerida para la producción competitiva de radioisótopos utilizados en la tomografía por emisión de positrones (PET) mediante el uso de aceleradores de partículas láser. El principal argumento es que las tecnologías actuales para la producción de isótopos de PET se basan en un esquema centralizado de producción y distribución debido al elevado coste de la infraestructura requerida. Los aceleradores de láser compactos podrían convertirse en la tecnología habilitadora para la producción bajo demanda de radioisótopos PET, lo que abre la posibilidad de utilizar isótopos de corta duración, como el 11C, 13N o 15O, de especial interés para el diagnóstico de enfermedades neurodegenerativas y cardiovasculares.

LaseX

Los pulsos de láser de baja energía producidos en L2A2 (1 mJ, 25 fs, 1kHz), enfocados de manera eficiente (~ 10 μm2) en diferentes materiales objetivo, generan un plasma donde los electrones se aceleran hasta algunas decenas de kiloelectronvoltios. La interacción de estos electrones con el mismo material objetivo genera rayos X dentro del mismo rango de energías. La ventaja de estas nuevas fuentes de rayos X, con respecto a las convencionales, es el tamaño micrométrico del foco. Bajo tales condiciones, se pueden producir imágenes de rayos X con mucha mejor calidad y dosis más bajas. Además, también se pueden producir imágenes no solo basadas en la técnica de absorción simple, sino también aprovechando la fase de los rayos X producidos, la llamada «imagen de contraste de fase». Esta tecnología proporciona una sensibilidad adicional a la densidad del objeto expuesto, lo cual es particularmente interesante para las muestras biológicas.