Urychlovače částic na čipu otevírají dveře do budoucnosti  
Zapomeňte na rozlehlé podzemní tunely, v nichž sviští urychlované částice. Nová generace urychlovačů se vejde na křemíkový čip. Těšíte se na chytrý telefon s urychlovačem elektronů?

 

Urychlovač částic na čipu. Kredit: Hagen Schmidt / Andrew Ceballos.
Urychlovač částic na čipu. Kredit: Hagen Schmidt / Andrew Ceballos.

Ještě před pár lety by to znělo šíleně. Urychlovače jsou přece obrovské a mocné stroje v kilometrových podzemních tunelech, které pohání veliké množství energie. Jenomže teď je rok 2018. Americký robotický geolog InSight právě přistál na Marsu, všechna čest, a urychlovače se smrskávají do naprosto neuvěřitelně miniaturních rozměrů.


Inženýři německé techniky TU Darmstadt vyvinuli design pro laserový urychlovač elektronů, který je tak maličký, že ho lze zabudovat do křemíkového čipu. Takový nanourychlovač by měl být levný a všestranně využitelný. Uwe Niedermayer a jeho kolegové svůj převratný design urychlovačů publikovali v časopisu Physical Review Letters.

Uwe Niedermayer. Kredit: TU Darmstadt.
Uwe Niedermayer. Kredit: TU Darmstadt.


Všichni známe urychlovače částic, které jsou veliké a velice drahé. Jak to ale vypadá, brzo by se to mohlo změnit. Záměrem programu AChIP (Accelerator on a Chip International Program), který financuje americká nadace Gordon and Betty Moore Foundation, je vyvinout urychlovač elektronů pro elektronické čipy. Hlavní myšlenka takového nápadu spočívá v tom, že miniaturní urychlovač nahrazuje kovové součástí sklem či křemíkem a jako zdroj energie nevyužívá generátor mikrovln ale laser. Skleněná konstrukce přináší technologické výhody, díky nimž je možné urychlovač podstatně zmenšit.


Jednou z velkých výzev konstrukce urychlovače na čipu bylo, že vakuový tunel pro elektrony je u takového urychlovače velice malý. Z toho plyne, že paprsek elektronů takového urychlovače musí být velmi přesně zacílen. Technologie používané klasickými urychlovači k zaostření paprsku elektronů částic nejsou pro urychlovače na čipu vhodné, takže bylo nutné vyvinout zcela nový postup. Niedermayer a spol. použili k zaostření paprsku elektronů lasery a s jejich pomocí dokázali soustředit paprsek elektronů do kanálku, jehož průměr činí pouhých 420 nanometrů. Jako zdroj laserových paprsků přitom využili komerčně dostupný laserový systém.

Technische Universität Darmstadt
Technische Universität Darmstadt


Cílem programu AChIP, financovaného do roku 2020, je postavit urychlovač na čipu, který bude vyrábět elektrony o energii 1 megaelektronvoltu. Dalším cílem programu je zvládnout ultrakrátké pulzy elektronů, které budou femtosekundové a kratší.


K čemu budou dobré urychlovače částic na čipu? Každodenní uplatnění by měly nalézt v medicíně nebo třeba v průmyslu. Čip s urychlovačem částic by se mohl stát součástí endoskopů, které budou mít vlastní zdroj rentgenového záření pro ozařování nádorů hluboko uvnitř lidského těla. Mohly by se také prosadit v polovodičovém průmyslu, při výrobě pokročilé elektroniky. Čipy s urychlovači částic by mělo být možné vyrábět levně a ve velkém. Časem by nějaký ten urychlovač částic mohl mít úplně každý. 

Literatura
Technische Universitat Darmstadt 26. 11. 2018, Physical Review Letters 121: 214801.

Datum: 26.11.2018
Tisk článku

Související články:

Kolik urychlovačů částic se vejde na špičku jehly?     Autor: Stanislav Mihulka (02.10.2013)
Mini antihmotové urychlovače otevřou dveře poznání záhad částic     Autor: Stanislav Mihulka (13.08.2018)
Miniaturní urychlovače přicházejí: AWAKE urychlil první elektrony!     Autor: Stanislav Mihulka (31.08.2018)



Diskuze:

K čemu to bude dobré mimo medicínu?

Václav Dvořák,2018-11-27 23:15:57

Takové PC nebo mobilní využití by mně celkem zajímalo... Nějaký citlivý analyzátor materiálů? Elektronový skener prostoru? ?

Odpovědět

Urychlovač částic pro každého?

Jiří Kocurek,2018-11-27 14:30:43

Poněkud humorné v době, kdy CRT televize/monitry již prakticky vymizely.

Odpovědět

1Mev

Jiri Bay,2018-11-27 10:27:37

"To zhruba odpovídá elektrickému napětí 1 milionu běžných baterií." A nebo taky přibližne 83 tisicům autobaterií ve Škodě Favorit, které by bylo možno zaparkovat na plochu 528 fotbalových hřišť... A to všechno kdyby nebyl eV jednotkou energie.

Odpovědět


Re: 1Mev

Roman Rodak,2018-11-27 14:09:59

amerických, alebo európskych hřišť?

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni












Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace