6.12.2018 15:00 | Veda

Častičové urýchľovače mieria do nanorozmerov. Budú na čipoch

Miniatúrny urýchľovač častíc na čipe.
Miniatúrny urýchľovač častíc na čipe. Zdroj: Hagen Schmidt/Andrew Ceballos)

Endoskopy s nanourýchľovačmi budú môcť ničiť nádory priamo v tele.

Vedci z Darmstadtskej technickej univerzity v Nemecku navrhli tak malý urýchľovač častíc, ktorý by sa mohol vyrábať priamo na kremíkovom čipe.

Vďaka extrémnemu zmenšeniu až do nanorozmerov bude jeho výroba lacnejšia. Manipulácia so zariadeniami, postavenými na báze nového urýchľovača, bude jednoduchšia. Pomôže rozšíriť možnosti rôznych priemyselných aplikácií a medicínskych zariadení.

Štúdiu publikoval vedecký časopis Physical Review Letters.

Miniaturizácia urýchľovačov

V urýchľovačoch nadobúdajú častice veľmi vysoké rýchlosti. Urýchľované sú silným elektrickým poľom a v želanom smere ich udržiavajú magnetické polia. Pri zrážkach s inými časticami sa môžu rozpadnúť, pričom vzniknú nové častice, občas aj také, ktoré sme doteraz nepoznali a vo vesmíre neexistujú v stabilnej podobe.

Tieto vedecké zariadenia bývajú zvyčajne obrovské a drahé. Ešte donedávna boli rozšírené klasické televízory a CRT monitory, ktoré sa do určitej miery tiež dajú považovať za menšie urýchľovače.

Teraz prichádzajú na rad miniatúrne urýchľovače. Budú sa dať vytvoriť litografickými metódami priamo na kremíkovom čipe. Namiesto mikrovlnného generátora sa ako zdroj energie použije laser a všetky kovové časti, používané v existujúcich urýchľovačoch, nahradia diely z kremíka.

Pohľad do hlavného tunela urýchľovača LHC.
Čítajte aj Začala sa modernizácia Veľkého hadrónového urýchľovača

Nanorozmerný zväzok elektrónov

Keďže kremík môže byť zaťažený väčším elektrickým poľom, môže sa aj zrýchľovanie dramaticky zvýšiť v porovnaní s klasikou. Znamená to, že urýchľované elektróny získajú rovnaké množstvo energie na oveľa kratšej dráhe.

Pri tak malých rozmeroch má tunel pre elektróny šírku iba 420 nanometrov, preto musí byť ich tok extrémne zaostrený. Na to však konvenčné magnetické polia nestačia, preto sa na udržanie elektrónov v potrebnej formácii využijú komerčne dostupné lasery. 

Do roku 2020 by sa mali na základe tohto návrhu vyrábať miniatúrne urýchľovače, z ktorých budú prúdiť elektróny s energiou 1 megaelektrónvolt (1 MeV=106 eV). Pre porovnanie, veľký hadrónový urýchľovač (LHC) vo švajčiarskom Cerne nabíja častice na energiu rádovo TeV (1 TeV=1012 eV).

Presný ničiteľ nádorov

Miniatúrny urýchľovač sa môže využiť napríklad v medicíne v spojení s endoskopom. Pomocou neho by prúd elektrónov ožaroval nádory hlboko v organizme.

Prudkým zabrzdením urýchlených elektrónov, napríklad pri náraze do kovovej platničky, vzniká röntgenové žiarenie. Miniatúrny lacný zdroj súvislého röntgenové lúča sa uplatní napríklad pri fotolitografických procesoch v polovodičovom priemysle.

Nová technológia umožní lacnú hromadnú výrobu miniatúrnych časticových urýchľovačov. Tie by potom mohli byť naporúdzi takmer všade. Takýto stav by uvítali najmä univerzity, ktoré by si mohli vytvoriť vlastné urýchľovacie laboratóriá.

Diskusia 2 Príspevkov