Ένα «ολόκληρο CERN» στις εγκαταστάσεις του Ινστιτούτου στα Τρία Μοναστήρια
Μια παγκόσμια επιστημονική καινοτομία με εφαρμογές στην ιατρική αλλά και σε κλάδους της φυσικής και της τεχνολογίας
Μια παγκόσμια επιστημονική καινοτομία επιτεύχθηκε στο Ρέθυμνο και συγκεκριμένα από την ομάδα του Ινστιτούτου Φυσικής Πλάσματος και Λέιζερ του Ελληνικού Μεσογειακού Πανεπιστημίου. Οι επιστήμονες του Ινστιτούτου έπειτα από προσπάθειες και κόπο οκτώ και πλέον χρόνων κατάφεραν να αναπτύξουν με την τεχνογνωσία που κατέχουν αλλά και τη βοήθεια του πανίσχυρου Λέιζερ που έχουν στα «χέρια» τους (τον «Δία»), τον πρώτο επαναλαμβανόμενο επιταχυντή ιόντων με λέιζερ. Τι ακριβώς σημαίνει αυτό; Ότι κατάφεραν να χωρέσουν στο εργαστήριό τους την τεχνολογία που κάνει τη δουλειά του μεγαλύτερου και ισχυρότερου επιταχυντή στον κόσμο, του περίφημου LHC του CERN. Και ποια είναι αυτή; Το επιστημονικό αντικείμενο του Ινστιτούτου μεταξύ άλλων επικεντρώνεται στο να «χτυπάει» στόχους δηλαδή σωματίδια με μεγάλη ταχύτητα και ενέργεια, με τη χρήση των λέιζερ, ώστε από τη αλληλεπίδραση αυτή, τα παραγόμενα σωματίδια να χρησιμοποιούνται σε σημαντικές εφαρμογές στην καθημερινότητα. Το θέμα είναι ότι μέχρι πρότινος οι επιστήμονες «βαρούσαν» σωματίδια τα οποία ήταν αποκλειστικά στερεοί στόχοι – «λεπτά φύλλα μετάλλου» όπως εξηγούν οι ερευνητές του Ινστιτούτου – οι οποίοι καταστρέφονταν αμέσως μετά από κάθε «ακτινοβολία», οπότε οι επιστήμονες έπρεπε να σταματήσουν το πείραμα, να αντικαταστήσουν τον στόχο και πάει λέγοντας, πράγμα που συνεπάγεται χρόνο, κόπο και κόστος (κοστίζουν οι στόχοι!). Τώρα λοιπόν οι επιστήμονες στο Ρέθυμνο σκέφτηκαν κάτι πολύ έξυπνο το οποίο εξοικονομεί όλα αυτά τα πολύτιμα (χρόνο, κόπο, χρήμα) και ανοίγει τον δρόμο για πρακτικές που μέχρι σήμερα ήταν μόνο θεωρία: Αντί για στερεά ύλη έφτιαξαν έναν στόχο – αέριο. Αυτό σημαίνει ότι το λέιζερ τώρα μπορεί να χτυπάει επαναλαμβανόμενα, στοχευμένα και μάλιστα παλμικά με τεράστιες ταχύτητες και ενέργεια, ξανά και ξανά, το αέριο – στόχο χωρίς αυτό να καταστρέφεται με την πρώτη αλλά να «αντέχει» τόσο ώστε να μπορούν οι επιστήμονες να αξιοποιούν τα αποτελέσματα της αλληλεπίδρασης αυτής.
Μπορεί όλα αυτά να ακούγονται πολύ επιστημονικά και ακαδημαϊκά ωστόσο όπως ανέφερε σε δηλώσεις του ο διευθυντής του Ινστιτούτου και καθηγητής στο τμήμα Ηλεκτρονικών Μηχανικών της Σχολής Μηχανικών του ΕΛΜΕΠΑ, Μιχάλης Ταταράκης, πρόκειται για ένα επίτευγμα παγκόσμιας εμβέλειας, που δεν έχει γίνει πουθενά αλλού στον κόσμο, και που ανοίγει προοπτικές για εφαρμογές που στο μέλλον ενδέχεται να αλλάξουν πολλά: Από θεραπείες σοβαρών νοσημάτων μέχρι και την παραγωγή καθαρής ενέργειας. Μάλιστα τα αποτελέσματα αυτής της δουλειάς δημοσιεύθηκαν στο κορυφαίο διεθνές επιστημονικό περιοδικό Physical Review Research. «Ανακοινώνουμε ένα πολύ μεγάλο επιστημονικό επίτευγμα παγκοσμίως, τον πρώτο επιταχυντή ιόντων με χρήση laser που επιταχύνει ιόντα φορτισμένα δηλαδή σωματίδια σε ενέργειες που αντιστοιχούν σε θερμοκρασίες πολλών εκατομμυρίων ηλεκτρονίων wolt. Είναι ένα σημαντικό επίτευγμα με πάρα πολλές εφαρμογές, τόσο στην ιατρική, όσο και σε άλλους κλάδους της φυσικής και της τεχνολογίας. Ήδη συνεργαζόμαστε με συναδέλφους από την Ιατρική Σχολή του Πανεπιστημίου Κρήτης και κάνουμε πειράματα βιοϊατρικής. Είναι μια ομαδική δουλειά, ξεκίνησε στο Ινστιτούτο μας πριν από περίπου οκτώ χρόνια, εμπλέκει διδακτορικούς φοιτητές κυρίως το διδακτορικό του φοιτητή μας, Γιάννη Ταζέ. Εμπλέκει τη θεωρητική ομάδα, την ομάδα των simulations, την πειραματική ομάδα. Είναι μια ομαδική δουλειά του Ινστιτούτου, το δουλεύουμε αρκετά χρόνια και πλέον είμαστε πολύ χαρούμενοι γιατί μπορούμε να ανακοινώσουμε ένα παγκόσμιο επίτευγμα με πάρα πολύ σημαντικές εφαρμογές».
Όπως εξηγεί ο ίδιος οι προσπάθειες και οι έρευνες των επιστημόνων του Ινστιτούτου δεν σταματάνε εδώ. Αντιθέτως, τώρα πραγματοποιούν σειρά πειραμάτων σε συνεργασία με την Ιατρική Σχολή του Πανεπιστημίου Κρήτης ώστε να διερευνήσουν τις δυνατότητες που προσφέρει αυτή η πραγματικά καινοτόμος ανακάλυψή τους. «Η συνέχεια είναι να προσπαθήσουμε να αυξήσουμε την επαναληψιμότητα από τα 10 Hz σε μεγαλύτερα νούμερα. Στα πειράματα που κάνουμε σε συνεργασία με την Ιατρική Σχολή θα πάμε στα επόμενα βήματα σιγά-σιγά. Αυτή τη στιγμή ακτινοβολούμε κύτταρα με την ομάδα του κ. Δετοράκη σταδιακά και ανάλογα και με τα αποτελέσματα των πειραμάτων θέλουμε να προχωρήσουμε την έρευνα αυτή με απώτερο στόχο αν είναι δυνατόν να μπορέσουμε να την εφαρμόσουμε και σε ανθρώπους. Αυτά όμως θα γίνουν σταδιακά», περιγράφει ο κ. Ταταράκης.
Από την πλευρά του ο Βασίλης Δημητρίου, καθηγητής του ΕΛΜΕΠΑ, εξηγεί ότι αυτή η τεχνολογική καινοτομία αποτελεί βασικό άξονα του διδακτορικού του φοιτητή του Ινστιτούτου, Γιάννη Ταζέ, ωστόσο είναι ταυτόχρονα και μια ομαδική δουλειά των επιστημόνων του Ινστιτούτου. Όπως περιέγραψε στις δηλώσεις του, χάρη σε αυτό το επίτευγμα των επιστημόνων του Ρεθύμνου, δίνεται η δυνατότητα σε μικρά εργαστήρια ερευνητικά προς τα παρόν (στο μέλλον και διαγνωστικά ενδεχομένως) όπως αυτό του Ινστιτούτου Φυσικής Πλάσματος και Λέιζερ, να «βαράνε» στόχους χωρίς να απαιτούνται εγκαταστάσεις και μηχανήματα της εμβέλειας του CERN. «Ήμουν μαζί με τον Μιχάλη Ταταράκη, τον επιβλέποντα της διδακτορικής διατριβής του Γιάννη Ταζέ και τον Νεκτάριο Παπαδογιάννη στην τριμελή επιτροπή Διδακτορικού του Γ. Ταζέ. Και δουλέψαμε με μια αρκετά μεγάλη ομάδα, σχεδόν όλα τα μέλη του Ινστιτούτου για να φτιάξουμε το αποτέλεσμα αυτό. Ξεκινήσαμε πριν πολλά χρόνια κάνοντας προσομοιώσεις στο κομμάτι της παραγωγής στόχων, ικανών να δώσουν τις πυκνότητες που χρειάζεται για να πάρεις το αποτέλεσμα που θες: Να επιταχύνεις δηλαδή σωματίδια σε υψηλές ταχύτητες, παλμικά με μεγάλη ενέργεια και κατευθυντικότητα. Αποδείξαμε ότι μπορεί να συμβεί υπολογιστικά και ταυτόχρονα το IPPL με τα λέιζερ και τις υποδομές που διαθέτει έδωσε τις δυνατότητα στην πειραματική ομάδα να το πραγματοποιήσει με αποτέλεσμα στο διδακτορικό του Γιάννη Ταζέ να φτιαχτούν επαναλήψιμοι στόχοι από αέρια χωρίς να χρειάζεται η αντικατάσταση ενός στόχου, πράγμα που απαιτεί κόστος, χρήμα αλλά και τον κόπο της επανάληψης της τοποθέτησης των στόχων. Και αυτό που καταφέραμε στην ουσία είναι να κρατήσουμε αυτόν τον στόχο να ζήσει πολύ μεγάλο χρόνο, χωρίς κόστος, δίνοντας τη δυνατότητα σε πολύ ισχυρά λέιζερ όπως το Zeus που έχουμε στο εργαστήριο να στοχεύσει, να επαναλάβει πάρα πολλές φορές και να παράξει μεγάλες ποσότητες σωματιδίων, κυρίως ιόντων, που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για ιατρικές εφαρμογές, παραδείγματος χάριν. Γιατί πρόκειται για έναν παλμικό επιταχυντή που συνέχεια παράγει χωρίς τον περιορισμό αλλαγής στόχου γιατί τον έχεις συμπυκνωμένο σε ένα λέιζερ, σε ένα εργαστήριο και τον στόχο σου τον παράγεις στον αέρα, πράγμα πολύ σημαντικό. Αυτό μπορεί να δώσει τη δυνατότητα σε οποιοδήποτε εργαστήριο χρειάζεται επιταχυντικά με σωματίδια, με μεγάλες ταχύτητες, να τα χρησιμοποιήσει οπουδήποτε, κυρίως σε ιατρικές εφαρμογές, χωρίς να χρειάζονται χιλιόμετρα ταξιδιού για τα σωματίδια για να πιάσουν την ενέργεια και την ταχύτητα που θέλουν».
Οι εφαρμογές
Ο κύριος λόγος που αυτή η καινοτομία αποτελεί ένα τόσο σπουδαίο επίτευγμα είναι οι προοπτικές που ανοίγει στην έρευνα των επιστημόνων όπου αν με τη χρήση αυτής της νέας τεχνολογίας καταφέρουν τα αποτελέσματά της να βρουν εφαρμογή στην καθημερινότητά μας, τότε ενδέχεται και να την αλλάξουν σημαντικά.
Με άλλα λόγια, όπως περιγράφει στις δηλώσεις του ο Γιάννης Ταζές, μεταδιδακτορικός ερευνητής στο Ινστιτούτο Φυσικής Πλάσματος και Λέιζερ και ο άνθρωπος που ενασχολήθηκε βαθύτερα με το κομμάτι του επαναλαμβανόμενου επιταχυντή ιόντων με λέιζερ μιας και αποτέλεσε αντικείμενο του διδακτορικού του, η καινοτομία αυτή μπορεί στο μέλλον να βρει εφαρμογή σε ασφαλέστερες, πιο στοχευμένες ακόμη και φθηνότερες θεραπείες σοβαρών νοσημάτων, ενώ σε μια πιο extravaganza, όπως τη χαρακτηρίζει, εφαρμογή, θα μπορούσαμε ίσως να παράξουμε καθαρή ενέργεια χωρίς επικίνδυνα ραδιενεργά απόβλητα. «Το διδακτορικό μου με τον καθηγητή μου, Μιχάλη Ταταράκη, το τελείωσα πριν λίγους μήνες και ήταν στην επιτάχυνση ιόντων από αέριους στόχους για επιταχυντές υψηλής επαναληψιμότητας», αναφέρει ο Γιάννης Ταζές.
Όπως εξηγεί ο ίδιος χάρη στην ιδιότητα της παλμικότητας του επιταχυντή, στο μέλλον μπορούν να εφαρμόζονται θεραπείες όπως η ακτινοβολία που όμως θα βρίσκουν τον στόχο τους τόσο γρήγορα και στοχευμένα που δεν θα κάνουν ζημιά και στους γύρω υγιείς ιστούς του ανθρώπινου σώματος όπως συμβαίνει με τις σημερινές θεραπείες. «Οι πιθανές εφαρμογές ιόντων υψηλής ενέργειας και κατευθυντικότητας είναι πρώτα από όλα στην ιατρική γιατί τα ιόντα ακτινοβολούν και αφήνουν ενέργεια βαθιά μέσα στον ιστό ή μέσα στην ύλη μειώνοντας τις παράπλευρες ζημιές και απώλειες που άλλες πολύ καλές μεθόδους έως τώρα έχουνε σαν επιπλέον ζημιά. Τι θα πει αυτό: όταν έχεις πλέον μια πηγή ιόντων, παλμική – γιατί οι συνεχόμενες πηγές εκτός του ότι κάνουν ζημιά στο σημείο που θες να στοχεύσεις, δημιουργούν και θερμικές βλάβες τριγύρω – πάρα πολύ σύντομη, της τάξης των εκατοντάδων φεμπτοδευτερολέπτων, δηλαδή μια ακτινοβολία όπου θα κάνει τη ζημιά εκεί που πρέπει χωρίς να αφήνει θερμική ζημιά τριγύρω», περιγράφει ο ερευνητής.
Παράλληλα, μια άλλη χαρακτηριστική εφαρμογή είναι στη δημιουργία ισότοπων η οποία απαιτείται σε εξειδικευμένες εξετάσεις όπως αυτή του λεγόμενου PET scan. Όπως τονίζει, χάρη σε αυτή την καινοτομία ενδεχομένως κάποια στιγμή στο μέλλον αυτά τα ισότοπα ενώ τώρα είναι πολύ εύθραυστα και χρειάζεται να φτιαχτούν μακριά από το νοσοκομείο, κάποια στιγμή θα φτιάχνονται επιτόπου εντός των νοσηλευτικών ιδρυμάτων, τη στιγμή που ο ασθενής τα χρειάζεται. «Μια άλλη εφαρμογή είναι στη δημιουργία ισοτόπων τα οποία μπορούν να χρησιμοποιηθούν πάλι στην ιατρική. Ένα χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι ότι ισότοπα χρησιμοποιούνται σε positron electron tomography, τη γνωστή PET scan όπου δίνουν στον ασθενή ισότοπα τα οποία μπορούν να εντοπίσουν που μπορεί να υπάρχει ένα μόρφωμα στο σώμα ή κάτι αντίστοιχο. Αυτά τώρα τα ισότοπα ζουν πολύ λίγο χρονικό διάστημα και συνήθως δημιουργούνται μακριά από το νοσοκομείο και μεταφέρονται εκεί. Με την εγκατάσταση ενός λέιζερ που είναι ίσως στον όγκο ενός δωματίου – και μεγαλύτερο – μπορείς να δημιουργείς τη στιγμή που χρειάζεσαι αυτά τα ισότοπα και να δίνονται κατευθείαν στον ασθενή».
Το Ρέθυμνο που καινοτομεί
Η πραγματικά σημαντική αυτή επιστημονική καινοτομία του πρώτου επαναλαμβανόμενου επιταχυντή ιόντων με λέιζερ που ανακοίνωσε το Ινστιτούτο Φυσικής Πλάσματος και Λέιζερ η οποία αλλάζει και τον τρόπο που οι επιστήμονες ερευνούν, εξοικονομώντας τους χρήμα, κόπο και χρόνο αλλά και που ανοίγει παράθυρα για πραγματικά σπουδαίες εφαρμογές στην καθημερινότητά μας, είναι η απόδειξη ότι δεν χρειάζεται να είσαι επιστήμονας στο CERN, ή στην Αμερική για να πρωτοστατήσεις και να φέρεις ρηξικέλευθες αλλαγές στην έρευνα. Όπως εξηγεί ο κ. Ταταράκης, η χρηματοδότηση των ερευνητικών κέντρων διαδραματίζει πρωταγωνιστικό ρόλο στο να προχωράει η δουλειά των επιστημόνων, ωστόσο η θέληση των ερευνητών και η προσπάθεια που κάνουν είναι εξίσου σημαντική. Έτσι το Ρέθυμνο καταφέρνει για άλλη μια φορά να βρίσκεται στο επίκεντρο σπουδαίων επιτευγμάτων. «Τα πάντα είναι εξάρτηση της δουλειάς που κάνεις, της θέλησης να δημιουργήσεις νέα γνώση και τεχνολογία και είναι σε συνάρτηση προφανώς της χρηματοδότησης που έρχεται για την έρευνα. Είναι ένας διαρκής αγώνας. Κάνουμε αγώνα για να έχουμε χρηματοδότηση τόσο από ευρωπαϊκά προγράμματα, όσο κι από εθνικά. Προφανώς η διεθνοποίηση είναι κάτι πολύ σημαντικό, έχουμε πάρα πολλούς συνεργάτες σε πολλά πανεπιστήμια και ερευνητικά κέντρα του κόσμου. Είμαστε σε διαρκή κίνηση, ανταλλάσσουμε επισκέψεις, κάνουμε κοινά πειράματα στο Ινστιτούτο μας και στο εξωτερικό. Θέλω να ευχαριστήσω όλη την ομάδα, τους τεχνικούς, τους προπτυχιακούς και μεταπτυχιακούς φοιτητές, τους διδακτορικούς φοιτητές, τους ακαδημαϊκούς και όλους τους συνεργάτες που έχουν δουλέψει για να μπορούμε να ανακοινώνουμε σήμερα αυτό το πραγματικά καινοτόμο επιστημονικό επίτευγμα παγκοσμίως», επεσήμανε καταλήγοντας ο διευθυντής του Ινστιτούτου Φυσικής Πλάσματος και Λέιζερ.
