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  技术动态    
德国达姆施塔特大学使用新的聚焦方法实现芯片加速器的设计
作者:cmh        来源:科学网 
日期:2018-12-02    阅读次数:42
副标题:

       据 李茜楠 报道,物理学组织网站2018年11月26日讯,德国达姆施塔特工业大学加速器物理小组的电气工程师们开发设计了一种激光驱动电子加速器,这种电子加速器小到可以在硅片上生产,它价格便宜并且具有多个应用程序。 该设计已经发表在《Physical Review Letters》 上,现在作为国际合作的一部分正在实现。    
       加速器通常又大又贵,但如果研究人员能够如愿以偿,这种情况很快就会改变。AChIP加速器项目由美国的戈登和贝蒂·摩尔基金会资助,该项目力求在硅片上创造一个电子加速器。最基本的想法是用玻璃或硅来代替由金属制成的加速器部件,用激光代替微波发生器作为能源。由于玻璃具有较高的电场载荷能力,可以提高加速度,从而在较短的空间内将等量的能量传递给粒子,使加速器比传递相同能量的传统加速器短约10倍。    
       设计的挑战之一是芯片上电子的真空通道必须非常小,这就要求电子束必须非常集中。传统加速器中使用的磁聚焦通道太弱了。这意味着,如果芯片上的加速器要成为现实,就必须开发一种全新的聚焦方法。    
       青年科学家 Uwe Niedermayer 博士领导的加速器物理学AChIP小组(达姆施塔特大学电气工程和信息技术学院)作为达姆施塔特物质和辐射科学领域的一部分,最近提出了一个决定性的解决方案,要求利用激光场把电子集中在一个只有 420nm 宽的通道上。这一概念是基于电子相对于激光相位的突变,导致在芯片表面平面上的两个方向上交替聚焦和反聚焦,这在两个方向上都创造了稳定性。这个概念可以比作马鞍上的球——不管马鞍朝哪个方向倾斜,球都会掉下来。然而,不断转动马鞍意味着球将保持稳定在马鞍上。芯片上通道中的电子也是如此。    
       芯片表面的垂直方向可以使用芯片的四极磁铁来实现较弱的聚焦,这与传统的线性加速器相似。然而对于芯片上的加速器,电力动力学已经被改变为二维设计,可以用半导体工业的光刻技术来实现。    
       Niedermayer 目前是斯坦福大学的访问科学家,美国的大学和德国的埃尔兰根大学共同领导了 AChIP 项目。在斯坦福大学,他与其他的AChIP科学家合作,目的是在一个较小的实验室内创建一个芯片加速器。一种商业上可用的系统, 采用复杂的非线性光学,被用作激光源。到 2020 年为止仍有资金支持的 AChIP 项目,目标是利用芯片产生的1兆电子伏能量生产电子。这大约等于一百万块电池的电压。另外一个目标是创造超短 (<10-15秒) 的电子脉冲,这是达姆施塔特开发的芯片上可伸缩加速器的设计要求。    
       工业和医学上的应用    
       芯片加速器可能应用于工业和医学。一个重要的长期目标是为材料的特性创建一个紧凑的相干X射线源。医学应用的一个例子是加速器-内窥镜,它可以用电子照射身体深处的肿瘤。    
       这种新型加速器技术最大的优点是可以以较低的成本大批量生产, 这意味着人们可以买得起加速器,而每所大学都可以负担得起自己的加速器实验室。更多的机会将包括在半导体工业的光刻工艺中使用廉价的相干X射线光源, 这将使计算机处理器中晶体管尺寸的缩小成为可能,同时还将提高集成密度。
   

    
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