Исследователи запустили в работу самый компактный ускоритель частиц – нанофотонный ускоритель электронов (NEA), размером с монетку. Это открывает возможности для разных применений, включая миниатюрные ускорители в медицине.
Миниатюрный ускоритель частиц
Ускорители частиц — установки, разгоняющие элементарные частицы, например электроны, до скоростей, близких к скорости света. Это позволяет глубже понять структуру вещества и исследовать различные научные области. Примеры таких установок: Теватрон в Фермилабе (США), протонный синхротрон в Японии (J-PARC) и Большой адронный коллайдер (БАК) в Швейцарии. БАК известен открытием бозона Хиггса в 2012 году, а недавно — загадочных «частиц X».
Нанофотонный ускоритель электронов (NEA) — это электронный чип с вакуумной трубкой из тысяч столбиков. Ускорение электронов достигается путём направления на эти столбы лазерных лучей. Основная трубка NEA имеет длину всего 0,5 мм, что в 54 миллиона раз меньше, чем у Большого адронного коллайдера.
Внутренний проход крошечного туннеля шириной всего в 225 нанометров настолько мал, что для сравнения толщина человеческого волоса составляет от 80 000 до 100 000 нанометров.
Многообещающие результаты
Учёные из Университета Фридриха-Александра в Эрлангене-Нюрнберге (FAU) в Германии с помощью мини-установки ускорили электроны до уровня 40,7 кэВ, увеличив их энергию на 43% по сравнению с начальным уровнем в 28,4 килоэлектронвольт. Это первый успешный запуск нанофотонного ускорителя электронов, предложенного в 2015 году.
Несмотря на то что энергия электронов, ускоряемых NEA, меньше энергии в крупных коллайдерах, например БАК, исследователи стремятся улучшить его конструкцию: используя другие материалы или располагая несколько трубок рядом.
Миниатюрные ускорители созданы для использования энергии ускоренных электронов в целевой медицинской терапии, заменив более разрушительный вид радиотерапии при лечении раковых клеток. Предполагается интегрировать ускорители частиц в эндоскопы для проведения радиотерапии непосредственно на пораженном участке тела. Несмотря на перспективность этого подхода, практическое воплощение требует значительных усовершенствований.
Подробности исследования опубликованы в журнале .