Изследователи от Станфордския университет са проектирали и построили миниатюрен ускорител на електрони, който може да бъде побран в кутия за обувки.

Един ден те ще заменят мегаскъпите ускорители за най-съвременните изследвания в областта на физиката и ще направят революция в медицинските грижи, промишлеността и дори в ежедневието.

Изследователите показаха, че силициевият диелектричен лазерен ускорител (DLA) може едновременно да ускорява и насочва електроните. Това предлага създаването на фокусиран сноп от високоенергийни електрони.

„Ако електроните бяха микроскопични автомобили, това щеше да е като да седнеш зад волана и да натиснеш газта за първи път.“

обяснява Пейтън Броуддъс, 23-годишен кандидат за доктор по електроинженерство и водещ автор на статията, публикувана на 23 февруари с подробна информация за пробива във Physical Review Letters

Съвременните ускорители на частици не се отличават със своята компактност. От размерите на приличен настолен компютър до Големия адронен колайдер с пръстен, дълъг почти 27 километра. Това са скъпи научни инструменти, които могат да се използват пълноценно предимно от академичните учени. Създаването на компактни и сравнително евтини или съвсем не евтини ускорители ще даде възможност за използването им в медицината за детайлно изобразяване на вътрешните тъкани на човешките органи и за лечение на тумори. Ускорителите ще спомогнат за анализа на материали, вещества и за безпрецедентен контрол на качеството.

Ще се появят устройства, които наистина ще могат да показват нитратния и дори молекулярния състав на плодовете и зеленчуците.

Преди около 10 години изследователи от Станфорд започват да експериментират с наноразмерни структури, изработени от силиций и стъкло, които могат да издържат на по-големи температурни разлики от металните части на ускорителите, без да се деформират. През 2013 година е създаден прототип на малък стъклен ускорител, базиран на импулсни инфрачервени лазери, който успешно ускорява електрони. За тази разработка фондация „Гордън и Бети Мур“, като част от международното сътрудничество „Ускорител на Ачип“ (ACHIP) осигури финансиране за изграждането на този ускорител на електрони с размерите на кутия за обувки.

Изследванията доведоха до разработването на микроструктура, която се оказа способна да фокусира сноп електрони в две равнини. Да ги ускорява и насочва по хоризонтална равнина. Електроните се инжектират от едната страна на субмилиметровото трасе, а импулсното осветяване с лазери се осъществява в двата края.

Предложеното решение дава възможност да се придаде на електроните допълнителни 25 % енергия – ускоряването им до 23,7 keV. Това ускорение е сравнимо с възможностите на класическите настолни ускорители, но е реализирано в „кутия за обувки“.

По-нататъшното усъвършенстване на схемата ще позволи да се повиши енергията на ускорението до планираното ниво от 1 MeV. Каскада от такива ускорители или първоначалното използване на други схеми, като тази, създадена от учени от Университета „Фридрих-Александър“ в Ерланген и Нюрнберг (FAU), ще даде възможност за производство на компактни ускорители на електрони до подсветлинни скорости. Но това е работа за далечното бъдеще. Сега са направени само първите стъпки в тази посока, макар и успешни.