Részecskegyorsító egy chipen - és a rákbetegség elleni küzdelemben

2020 / 01 / 08 / Justin Viktor
Részecskegyorsító egy chipen - és a rákbetegség elleni küzdelemben
A részecskegyorsítók általában nagyok. Például a nagy hadron ütköztető kerülete 27 kilométer. Most azonban a Stanfordban dolgozó tudósok egy olyan szilícium chipet hoztak létre, amely részecskegyorsítóként működhet - és csak 30 mikrométer hosszú, ami nagyjából az emberi hajszál vastagsága.

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: )


Ismerd meg a ROADSTER magazint!
AUTÓK - DESIGN - GASZTRO - KULT - UTAZÁS - TECH // Ha szereted a minőséget az életed minden területén, páratlan élmény lesz!
Autót vennél mostanában? Nézz bele a PLAYER AUTÓTESZT ROVATÁBA!
Minden friss és izgalmas autót kipróbálunk, amit csak tudunk, legyen az dízel vagy elektromos, olcsó vagy luxus, kétszemélyes vagy kisbusz!
Világhírű román sportolóról mintázott humanoidot képeznek ki
Világhírű román sportolóról mintázott humanoidot képeznek ki
A robot első látásra nem sok hasonlóságot mutat Nadia Comănecivel, de okkal kapta róla a nevét.
Tévé után már hűtőt és mosógépet is vehetünk a Hisense-től
Tévé után már hűtőt és mosógépet is vehetünk a Hisense-től
A világ negyedik legnagyobb tévégyártója Magyarországon is elkezdi forgalmazni az intelligens nagy háztartási gépeit, köztük egy olyan hűtőszekrényt is, amelyet 21 colos táblagéppel szereltek fel.
HELLO, EZ ITT A
RAKÉTA
Kövess minket a Facebookon!
A jövő legizgalmasabb cikkeit találod nálunk!
Hírlevél feliratkozás

Ne maradj le a jövőről! Iratkozz fel a hírlevelünkre, és minden héten elküldjük neked a legfrissebb és legérdekesebb híreket a technológia és a tudomány világából.



This site is protected by reCAPTCHA and the Google Privacy Policy and Terms of Service apply.