En pil som skjuter genom ett äpple, ger en spektakulär explosiv syn i slowmotion. Liknande, energiska joner som passerar genom flytande droppar framkallar chockvågor, som kan fragmentera dropparna.

I en studie publicerad i The European Physical Journal D , Eugene Surdutovich från Oakland University, Rochester, Michigan, USA med sina kollegor från MBN Research Center, Frankfurt, Tyskland har föreslagit en lösning för att observera de förutsagda joninducerade chockvågorna. De tror att dessa kan identifieras genom att observera hur inkommande joner fragmenterar flytande droppar till flera mindre droppar. Upptäckten av sådana chockvågor skulle förändra vår förståelse av arten av strålningsskador med joner till cancertumör. Detta är viktigt för optimering av jonstråle-cancerterapi, vilket kräver en grundlig förståelse av sambandet mellan den inkommande jonstrålens fysikaliska egenskaper och dess effekter på biologiska vävnader.

Inom kärnmedicin, jonstrålar - med protoner och koljoner - har använts kliniskt vid strålbehandling av cancertumörer sedan 1990 -talet. Till skillnad från röntgenstrålar, deras förmåga att tränga in i kroppen och släppa en energitopp som står i överensstämmelse med energin från de inkommande jonerna på en önskad plats gör dem idealiska för att rikta sig efter djupt sittande tumörer.

De förutspådda chockvågorna bidrar avsevärt till den termomekaniska skadan som avsiktligt orsakas tumörvävnad. Specifikt, det kollektiva flödet som är inneboende i chockvågorna hjälper till att sprida biologiskt skadliga reaktiva arter, såsom fria radikaler, härrörande från jonerna. Denna mekanism ökar volymen av tumörceller som exponeras för reaktiva arter.

I närvaro av chockvågor, författarna visar att inom 100 pikosekunder, en droppe som träffas av en jon blir fragmenterad till mycket mindre droppar om dess radie är någonstans mellan 30 och 1000 nanometer. Detta arbete föreslår ett sätt att direkt observera dessa chockvågor experimentellt.