A Stanford Egyetem feletti domboldalon a SLAC Nemzeti Gyorsító Laboratórium egy közel két mérföld hosszú tudományos műszert működtet. Ebben az óriási részecskegyorsítóban elektronáram áramlik át egy vákuumcsövön, miközben a mikrohullámú sugárzás egyre gyorsítja a részecskéket, amíg a sebességük megközelíti a fény sebességet, így létrejön egy erős sugár, amelyet tudósok használnak a világ minden tájáról, szervetlen és biológiai anyagok atom- és molekuláris szerkezetének tanulmányozására.

A legalapvetőbb szinten a részecskegyorsítók olyan gépek, amelyek elektromágneses mezők segítségével felgyorsítják a töltött részecskék sugarait. Most a Stanford és a SLAC tudósai először hoztak létre egy olyan szilícium chipet, amely képes felgyorsítani az elektronokat - bár a hatalmas eszköz által nyújtott sebességnek pusztán a töredékére. Az új és apró Stanford-gyorsító lényegében egy vákuumban lezárt, szilíciumból készült nanoméretű csatorna, amely infravörös lézerimpulzus segítségével gyorsítja fel az elektronokat.

Accelerator on a Chip: How It Works

In an advance that could dramatically shrink particle accelerators for science and medicine, researchers used a laser to accelerate electrons at a rate 10 times higher than conventional technology in a nanostructured glass chip smaller than a grain of rice. For the full story, see: http://www6.slac.stanford.edu/news/2013-09-27-accelerator-on-a-chip.aspx Script: This animation shows how our accelerator-on-a-chip uses laser light to boost electron energy.

A részecskegyorsító-chip technológia új sugárterápiákhoz is vezethet a rákgyógyításban - mondta Robert Byer fizikus. Méret kérdése az egész. Manapság egy orvosi röntgengép kitölti a helyiséget és olyan sugárnyalábot hoz létre, melyet nehéz a daganatokra összpontosítani, és a betegeknek ólommal bélelt kötényt kell viselniük a mellékhatások minimalizálása érdekében.

"Ebben a tanulmányban bemutatjuk, hogyan lehet az elektronnyaláb-sugárzást közvetlenül a daganatokba juttatni, az egészséges szövetet érintetlenül hagyva."

- mondta Byer, aki a Részecskegyorsító-chip Nemzetközi Program vezetője (ACHIP), egy széles körű kutatási projekté, melynek jelen kutatás csak egy kis része.

Accelerator on a Chip International Program (ACHIP)

Accelerator On A Chip. The ACHIP International collaboration, supported by the Moore Foundation, is undertaking a nearly impossible task of designing, testing and implementing an accelerator on a chip. The combination of nanometer fabrication from the semiconductor industry with efficient ultrafast lasers allows an accelerator to fit into a shoe box.

Miközben az eszköz egyelőre csak prototípus, a csapat azt reméli, hogy az ehhez hasonló tervek sokkal kisebb részecskenyaláb-gyorsítók felépítését is lehetővé teszik a tudományos kísérletekben való felhasználás céljából, kiváltva az olyan hatalmas létesítmények megépítését, mint például a nagy hadronütköztető.

„A legnagyobb gyorsítók olyanok, mint az erős távcsövek” - nyilatkozta Jelena Vuckovic a csapat vezetője. „A világon csak kevés ilyen létezik, és a tudósoknak el kell utazniuk azokra a helyekre, - mint például a SLAC-hoz, - ahol használhatják őket. Szeretnénk miniatürizálni a gyorsító technológiát oly módon, hogy az sokkal hozzáférhetőbb kutatási eszköz legyen.”

Accelerator on a Chip

SLAC's Joel England explains how the same fabrication techniques used for silicon computer microchips allowed their team to create the new laser-driven particle accelerator chips. (SLAC Multimedia Communications) For more, visit: http://www6.slac.stanford.edu/news/2013-09-27-accelerator-on-a-chip.aspx

A kutatók a fénysebesség 94 százalékára, vagyis egymillió elektronvoltra (1MeV) akarják felgyorsítani az elektronokat, hogy kutatási vagy orvosi célokra is elég erős részecskeáramot hozzanak létre. Ez a prototípus-chip csak egy gyorsulási fokozatot biztosít, és az elektronáramnak ilyen szakaszból körülbelül ezren kell áthaladnia, hogy az 1MeV-t elérjék. De ez nem olyan nehéz mint amilyennek hangzik, mondta Vuckovic, mert ez a részecskegyorsító-chip teljesen integrált áramkör. Ez azt jelenti, hogy a gyorsítás létrehozásához szükséges összes kritikus funkció közvetlenül a chipbe van beépítve, és képességeinek növelése egyszerű feladat.

A kutatók azt tervezik, hogy 2020 végére nagyjából egy hüvelyk (2,54 cm) méretű chipfelületbe csomagolják a gyorsítás ezer szakaszát, hogy elérjék 1MeV-os céljukat.

Noha ez fontos mérföldkő lenne, egy ilyen eszköz teljesítménye továbbra is eltörpülne a SLAC kutatógyorsító képességei mellett, amely ennek az energiának a 30 ezerszeresét tudja előállítani. De Byer úgy véli, hogy ahogyan a tranzisztorok végül lecserélték a vákuumcsöveket, a fény-alapú eszközök egy nap leválthatják majd a mikrohullámú gyorsítókat.

$13.5M Moore Grant to Develop Working 'Accelerator on a Chip' Prototype

An international team of researchers has begun a 5-year effort to build a working particle accelerator the size of a shoebox based on an innovative technology known as "accelerator on a chip."

Az 1MeV gyorsító kifejlesztésére való felkészülés mellett, Olav Solgaard villamosmérnök, a közlemény szerzője, már megkezdte egy rák elleni küzdelemben használható eszköz kifejlesztését. Manapság a nagy energiájú elektronokat nem használják a sugárterápiában, mert megégetik a bőrt.

Solgaard azon dolgozik, hogy a nagy energiatartalmú elektronokat egy chip méretű gyorsítóból egy katéterszerű vákuumcsövön keresztül, a bőr alá, közvetlenül a daganat mellé vezethesse, hogy  a részecskenyaláb segítségével sebészetileg alkalmazhassa a sugárterápiát.

"A gyorsító technológia miniatürizálásával a kutatási alkalmazásokon túl orvosi előnyöket is szerezhetünk " - mondta Solgaard.

(Forrás: Futurism, Phys.org Képek: )