科學(xué)家研制出一款長(zhǎng)度僅為0.2毫米的粒子加速器
來(lái)自美國(guó)和德國(guó)的科學(xué)家研制出了一款長(zhǎng)度僅為0.2毫米的粒子加速器,這是迄今制造出的同類(lèi)設(shè)備中最小的,也是首臺(tái)可產(chǎn)生聚焦良好的快速電子束的微型加速器,能用激光將電子加速到十萬(wàn)公里/秒的速度,有望在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域找到用武之地。 微型粒子加速器的側(cè)視圖 如大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)或治療癌癥的設(shè)施中的較大的粒子加速器,利用電場(chǎng)和磁場(chǎng)加速電子等粒子,這些電場(chǎng)通常由長(zhǎng)度以米或厘米為單位的無(wú)線電波產(chǎn)生。在最新研究中,來(lái)自埃爾蘭根-紐倫堡大學(xué)的彼得·霍梅爾霍夫等人利用光來(lái)加速粒子,光這種電磁波的波長(zhǎng)以百納米計(jì),這使科學(xué)家能將加速器的尺寸從幾公里寬縮小到不足一毫米。 為制造出這款粒子加速器,研究團(tuán)隊(duì)使用了數(shù)千根2微米高的硅柱,這些硅柱排列成兩條平行線,每條平行線長(zhǎng)0.2毫米。為讓加速器運(yùn)行,研究團(tuán)隊(duì)從上方將激光照射在這條柱狀的“跑道”上,同時(shí)從側(cè)面向其注入電子。來(lái)自激光的光波與硅柱相互作用,產(chǎn)生電磁場(chǎng),使電子聚在一起形成窄束,并以超過(guò)十萬(wàn)公里/秒的速度加速穿過(guò)整個(gè)結(jié)構(gòu)。 隨后,研究團(tuán)隊(duì)在“跑道”上增加更多支柱,得到了0.5毫米長(zhǎng)的粒子加速器,其可讓電子“跑得更快”,攜帶的能量增加43%,表明這種加速器可擴(kuò)展并集成在芯片上、甚至直接集成在光纖的端口上。 以前科學(xué)家們建造了一些微型加速器,但新加速器不僅能加速電子,還可將電子限制在相對(duì)較窄的光束中以用于科學(xué)實(shí)驗(yàn)。 |