Разработан самый маленький ускоритель-на-чипе, разгоняющий электроны до 1 миллиона электрон-вольт

19.08.2020 | Новости Процессоры, кристаллы, чипы ● a-contract.ru

Как правило, ускорители частиц, которые могут разгонять частицы до высокой энергии - это громоздкие комплексные и дорогие системы (их можно применять, к примеру, при лечении онкозаболеваний). Так, в ускорителе SLAC 3,2 км. длины, а в наибольшем ускорителе с максимальной мощностью – Большом Адронном Коллайдере – целых 27 км. кольцевого туннеля, по которому движутся протоны.

И тем не менее, исследователи из Стэнфордского университета сумели разработать технологию ускорения частиц, благодаря которой ускоритель сможет быть реализован на кристалле полупроводникового чипа. По мнению учёных, данная технология поможет существенно увеличить сферы использования подобных устройств в ближайшем будущем.

Принцип работы обычных ускорителей основан на подаче частиц в вакуумные каналы, где частицы могут быть разогнаны до сверхвысоких скоростей. В SLAC для этой цели используются микроволновые излучатели, а в коллайдере - большие электромагниты со сверхпроводящими обмотками.

Разработки, связанные с уменьшением ускорителя частиц, ведутся уже долгое время. Успехов добились специалисты из Европейской организации ядерных исследований CERN, которые сумели изготовить работоспособный образец ускорителя длиной около 2 м. А кремниевый полупроводниковый чип, на котором учёные из Стэнфордского университета разместили свой ускоритель, стал очередным шагом на этом пути.

В таком ускорителе-на-чипе излучение электронов направлено внутрь вакуумного канала длиной всего лишь в 30 микрометров. Ускорение частиц происходит в нём благодаря инфракрасному свету, который проходит через кремниевые каналы и световоды. Инфракрасный лазер выдает импульсы с частотой в 100 тысяч раз в секунду, фотоны света ударяют в электроны под прямым углом, что заставляет их ускориться в нужном направлении.

На данный момент ускоритель-на-чипе еще не может быть использован на практике, но своим существованием он подтверждает принципиальную возможность работоспособности устройств подобного типа.

Пока что ускоритель может выдавать поток электронов с энергией 0.915 кэВ (килоэлектрон-вольт). Это гораздо меньше, чем требуется в современных исследованиях и в медицине. Однако Стэнфордские ученые планируют достигнуть показателей в 1 МэВ (мегаээлектрон-вольт). По их мнению, сделать это не так сложно: достаточно увеличить длину разгонного канала в 1000раз – и цель будет достигнута. И несмотря на то, что такое удлинение канала повлечёт за собой увеличение размеров чипа, ускоритель всё так же будет помещаться на чипе длиной 2,5 см.

Разработчики прогнозируют высокую востребованность ускорителей-на-чипе в медицинской сфере. Такие приборы станут незаменимыми инструментами в борьбе с онкологическими заболеваниями, поскольку смогут убивать раковые клетки, не затрагивая близлежащие здоровые участки тканей.

Источник: dailytechinfo.org