1

Türk Hızlandırıcı Merkezi Türk Hızlandırıcı Merkezi Serbest Elektron Lazeri Serbest Elektron Lazeri

Medikal Uygulama PotansiyeliMedikal Uygulama Potansiyeli

Dr. Bayram DEMİR

İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ

MEDİKAL FİZİK KONGRESİ 14-17 Kasım 2007Antalya, TÜRKİYE

2

TC

DEVLET PLANLAMA TEŞKİLATI

YAYGINLAŞTIRILMIŞ ULUSAL VE

ULUSLARARASI PROJELER

(YUUP)

Türk Hızlandırıcı Merkezi (THM)

Turkish Accelerator Center (TAC)

3

DPT-YUUP-TAC Katılımcı Üniversiteler ve Proje Ekibi

1. Koordinatör: Ankara Üniversitesi Prof. Dr. Ömer YAVAŞ (YUUP Yürütücüsü) 2. İstanbul Üniversitesi Prof. Dr. Baki AKKUŞ 3. Gazi Üniversitesi Prof. Dr. Saleh SULTANSOY4. Boğaziçi Üniversitesi Prof. Dr. Engin ARIK5. Doğuş ÜniversitesiProf. Dr. F. Şenel BOYDAĞ

6. Uludağ ÜniversitesiDoç. Dr. İlhan TAPAN7. Dumlupınar ÜniversitesiY. Doç. Dr. Hatice Duran YILDIZ)8. Erciyes ÜniversitesiDoç. Dr. İsmail BOZTOSUN 9. Niğde Üniversitesi Dr. Hüsnü AKSAKAL 10. S. Demirel Üniversitesi Doç.Dr.Suat ÖZKORUCUKLU

Toplam 86 Araştırmacı

4

Hızlandırıcıların Kullanım Alanları

Parçacık Fiziği Nükleer Fizik İkincil Demetler Nötron Kaynağı Sinkrotron Işınımı Serbest Elektron Lazeri İyon İmplantasyonu Radyoterapi, Nükleer

Tıp, Radyodiagnostik Malzeme Bilimi

Yarı İletkenler Gıda da Mühendisliği Kimya Biyoloji Jeoloji Arkeoloji Savunma sanayi Maden Sanayi Enerji Üretimi .... ~250 Alt Alan

5

Sinkrotron Işınımı ve Serbest elektron Lazerin Parlaklığı

4. Nesil (SEL)

3.Nesil (SI)

6

Türk Hızlandırıcı Merkezi (THM) Turkish Accelerator Center (TAC)

THM Serbest Elektron Lazeri (SEL) ve Siklotron Işınımı (SI) demet hatlarının şematik görünümü

Bremssrahlung Deneyİstasyonu

Sinkrotronçevresi254 metre

7

Dünyadaki Sinkrotron Işınımı (SI) Kaynakları

8

Osilator IR SEL

9

Türk Hızlandırıcı Merkezi Kızılötesi Serbest Elektron Merkezi (TAC IR FEL)

10

SI ve SEL Radyasyonları Dalga Boyları

10-3 m-–λ-- 10-8 m

11

Türk Hızlandırıcı Merkezi Kızılötesi Serbest Elektron Lazeri

Dalga Boyu (1-100 µm)

TAC IR FELTAC IR SEL

12

TAC FEL Laboratuar Planı ELBE FEL örneği

Şekilde elektron demetini optik kavite öncesi, istenilen enerjiye ulaştırmak ve gerekli uzaysal enine kesitlere odaklamak için donatılmış hızlandırma koridoru görülmektedir. Buradan elde edilen demet optik kaviteye alınarak ışınım elde edilir. Işınım aynalar arasında gidip gelmesi sırasında doyum gücüne ulaştığında kaviteden çıkarak kullanıcı laboratuarlarına demet hatları yardımıyla gönderilmektedir.

13

Geleneksel Lazerlere GöreIR- SEL’ in Avantajları

Ayarlanabilir Dalgaboyu

Geniş dalgaboyu aralığı: yakın IR’ den uzak IR

bölgesine kadar

Tekrarlanabilir kısa atmalar: ps mertebesinde

Ortalama parlaklığı: 10 16

Yüksek pik gücü: MW mertebesinde

Ortalama güç: ~W

14

Lazer ile Göz Uygulamaları

20 yıl önce araştırıcılar excimer laserin 0,25 mikron kadar ablasyon (doku kaldırma) yapabildiğini keşfettiler. Bu konudaki ilerlemeler excimer laserin kırma kusurlarını düzeltmekte son derece tutarlı, kontrollü ve güvenilir hale gelmesini sağladı.

15

Lazer ile Göz Uygulamaları

Excimer Laser, arf (argon florür) gazı kullanılarak 193 nm dalga boyunda ultraviole ışık üreten ve korneada yapılması gereken düzeltmeye göre ışını kontrol eden, içinde gelişmiş bir bilgisayar bulunan lazer cihazıdır.

16

Lazer ile Cilt Tedavileri

Prensip olarak bütün cilt hastalıkları lazer ile tedavi edilebilir. Günümüzde en çok aşağıdaki rahatsızlıklarda uygulanmaktadır;

Kapiller Hemanjiom, Telenjektaziler Kahverengi, siyah ve mor benler Pigment değişiklikleri Güneş lekeleri, yaşlılık lekeleri Siğiller Kıllanmalar (Lazer Epilasyon ile) Yaşlanma ile ilgili kırışıklıklar Dövmelerin silinmesi

17

Lazer ile Cilt Tedavileri

Lazerle cilt yenileme uygun lazer cihazı ile bilgisayar kontrolünde kırışıklıkları gidermek ve cildi tazelemek prensibine dayanır. Bu amaçla karbondioksit (CO2) lazer kullanılmaktadır. Lazerle cilt yenilemede en üstten çok ince bir tabaka kaldırılarak cildin düzleştirilmesi ve aynı zamanda özel bir teknikle kollagen dokunun gerginleştirilmesi sağlanarak kırışıklıklar yok edilir.

18

Dişçilik

        Lazerin avantaj ve dezavantajları Dolguda: Uyuşturucu iğneye ihtiyaç duyulmuyor, ancak

gırgır makinesinden daha yavaş çalışıyor. Hassas dişlerde: Tedavi daha çabuk yapılıyor, ancak her

hastaya uygulanamıyor. Dişetlerine şekil vermede: Kanama olmuyor, ancak

dişetleri daha yavaş iyileşiyor. Kanal tedavisinde: Laser bakterileri öldürüyor, ancak

kanal tedavisinin tamamı lazerle yapılamıyor. Dişlerin beyazlatılmasında: Laser evde kullanılan

yöntemlerden daha iyi sonuç veriyor.        

19

Dişçilik

o Diş minesinin yeniden mineralize edilmesi

veya dişin taç bölgesinin açığa çıkarılması (10

µm),

o Diş üzerinde seçilen bölgeden fosforik asid

iyonlarının temizlenmesi (9,4 µm)

20

Koroner Arter Hastalığı (KAH) Tedavisi

KAH koroner arter duvarlarında kolesterol ve diğer yağ moleküllerinin plaklar halinde birikmesi ile damarlarda oluşan daralmalardır (ateroskleroz).

Koroner Arter Hastalığı (KAH) Dünyada ölümlerin başta gelen sebebidir.

Sadece Amerika’da 13 milyon kalp hastası vardır.

21

ELCA (Excimer Laser Coronary Angioplasty)

308 nm dalga boylu Xenon Chloride (XeCl) excimer laser ve balon anjiyoplasti ile tedavi edilmiş bir Koroner arter

22

ELCA (Excimer Laser Coronary Angioplasty)

308 nm dalga boyluxenon chloride (XeCl) excimer laser iletedavi edilmiş bir Koroner arter.

23

KAH Tedavisi İçin Neden Geleneksel Lazer yerine IR FEL ?

Geleneksel lazerler (CO2 gibi) bir çok tıbbi uygulamada etkin şekilde kullanılmalarına rağmen lazerlerin dalga boyları uygulama sırasında hedefin yanı sıra sağlıklı dokuya da zarar verebilmektedir.

Araştırmalar 575, 915, 1210 ve 1720 nm dalga boylarında yağların suya göre çok daha fazla ısındığı ve böylece vücuttaki her hangi bir yağlı tabaka hedef alındığında sağlıklı dokunun daha fazla korunabildiğini göstermiştir.

Bu nedenle IR SEL’in tıbbi uygulamalarında hedef yağlardır.

24

Biyoteknoloji ve Biyomedikal

Foto-termal etkilerle dokuların kesilmesi, foto-

mekanik etkilerle sert dokuların kaldırılması

(6.45 µm)

(a)FEL ışınlaması öncesi (b) Işınlama sonrası elde edilen tümör

25

Biyoteknoloji ve Biyomedikal

o Sinir Cerrahi

araştırmaları (6.45 µm)

o Örneğin göz siniri zarı tedavisi

26

Vanderbilt Üniversitesinde

FEL ile Göz Ameliyatı

27

Vanderbilt Üniversitesinde FEL ile Göz Ameliyatı

28

Vanderbilt Üniversitesinde FEL ile Göz Ameliyatı

29

Molekül Analizleri

o “Matrix-Assisted Laser Desorption- İonization Mass

Spectroscopy” (MALDI-MS) tekniği ile büyük

moleküllerin karakterizasyonu (protein molekülleri,

2,94 µm, IR-MALDI),

o Biyolojik örneklerdeki ışınlama etkilerinin

çalışılması (3-16 µm),

30

Genetik Araştırmalar

o İnsan DNA’sının yapısını ortaya çıkaran GENOM

projesinin hızlandırıcılardan elde edilen sinkrotron

ışınımı ile çözümlenmesi.

31

Görüntüleme Çalışmaları

o İyonize olmayan radyasyon ve yumuşak

x-ışınları ile görüntüleme çalışmaları.

32

Dünyadaki IR-FEL Laboratuar ÇalışmalarıiFEL (Japonya) Örneği

2004 yılına kadar üniversitelere, ulusal

laboratuarlara ve özel şirketlere ait araştırma

grupları ile işbirliği içerisinde 40 uygulama

çalışması gerçekleştirilmiştir. Araştırma

alanlarında makine çalışma süresi;

Biyomedikal uygulamalar 60%

Yarıiletken araştırmaları 24%

Fotokimya 8%

33

TÜRK FİZİK DERNEĞİNİN KATKILARI ile

ULUSAL PARÇACIK HIZLANDIRICILARI ve UYGULAMALARI KONGRELERİ

UPHUK-I, 2001, AnkaraUPHUK-II, 2004, AnkaraUPHUK-III, 2007, Bodrum’da gerçekleştirildi.

34

YUUP-TAC projesi Kapsamında Ankara-Gölbaşında

Ankara ÜniversitesiAnkara Üniversitesi-Gölbaşı Yerleşkesinde

Hızlandırıcı Teknolojileri Enstitüsü (HTE)

Hızlandırıcı Teknolojileri ve Uygulamaları Ana Bilim Dalı

Hızlandırıcı Fiziği Bilim Dalı Işınım Kaynakları ve Uygulamaları Bilim Dalı Dedektör ve Veri İşleme Teknolojileri Bilim Dalları

kurulacaktır.

35

Hızlandırıcı Teknolojileri Enstitüsü (HTE)

Yüksek Lisans ve Doktora programlarından Yüksek Enerji Fiziği, Nükleer Fizik, Bioteknoloji, Sağlık gibi alanlarda ülkemiz ihtiyacı olan uzmanların yetiştirilmesi amaçlanmaktadır.

Ayrıca HTE, yaptıkları araştırmalarla ilgili olarak parçacık hızlandırıcılarını kullanmak durumunda olan Fakülteler, Fen Bilimleri, Sağlık Bilimleri, Biyoteknoloji, Nükleer Bilimler ve Teknolojileri Enstitülerinin ihtiyaç duyacakları disiplinler arası eğitim ve araştırma için önemli bir rol üstlenmiş olacaktır.

36

SONUÇ

TAC Projesi ile;Paracık Hızlandırıcıları konusunda A.B.D.nin 1930 larda, A.B. nin 1954 te (CERN), Almanyanın 1959 da (DESY), Japonyanın 1962 de (KEK) attığı ilk adımı, ülkemiz bu proje ile ~50 yıl sonra da olsa atmış olacaktır.

37

Kaynaklar

http://www.bilge.science.ankara.edu.tr

TÜRK HIZLANDIRICI MERKEZİ FİZİBİLİTE RAPORU,

“Sinkrotron Işınımı ve Serbest Elektron Lazeri Kullanımı İçin

Genel Tasarım, DPT2003K-1201906-5 No.lu Proje Sonucu

Raporu (http://bilge.science.ankara.edu.tr/)

KARSLI, Ö., 2006. Hızlandırıcılara Dayalı Kızıl Ötesi Serbest

Elektron Lazeri (IR-FEL) Optimizasyonu. Yüksek Lisans Tezi.

http://www.lure.u-psud.fr/clio.htm

http://www.fel.eng.osaka-u.ac.jp

http://www.lure.u-psud.fr/clio.htm

38

Kaynaklar

P. Shea et al., Free-Electron Lasers: Status and Applications.Science.

Vol.292:1853-1858, (2001).

S.Y.Suzuki et al., Proceedings of the FEL 2004 Conference, Trieste, 692-694

(2004).

G.S. Edwards et al., Applications of Free Electron Lasers in the Biological and

Material Science.

G.S. Edwards et al., Free Electron Laser based Biophysical and Biomedical

Instrumentation.

S. Krishnagopal et al., Free- Electron Lasers: Current Science, Vol. 87, No.8, 2004

Couprie, M.-E. et. al. 2000. Free-electron lasers sources for scientific

applications. Analusis, 28, 725-736.

S.Satoh et al., Proceedings of the FEL 2004 Conference, Trieste, 695-698 (2004).

39

Teşekkürler…