Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
Sign in to follow this  
KopalniaWiedzy.pl

Powstał akcelerator cząstek w... układzie scalonym. Udoskonali radioterpię i badania naukowe

Recommended Posts

Naukowcy z Uniwersytetu Stanforda i SLAC National Accelerator Laboratory stworzyli pierwszy na świecie akcelerator cząstek na chipie. Za pomocą podczerwonego lasera na długości ułamka średnicy ludzkiego włosa można cząstkom nadać energię, którą  mikrofale nadają im na przestrzeni wielu metrów.

Akcelerator na chipie to prototyp, ale profesor Jelena Vuckovic, która kierowała zespołem badawczym, mówi, że zarówno projekt jak i techniki produkcyjne, można skalować tak, by uzyskać strumienie cząstek o energiach wystarczających do prowadzenia zaawansowanych eksperymentów chemicznych, biologicznych czy z nauk materiałowych. Akcelerator na chipie przyda się wszędzie tam, gdzie nie są wymagane najwyższe dostępne energie.

Największe akceleratory są jak potężne teleskopy. Na świecie jest ich tylko kilka i naukowcy muszą przyjeżdżać do takich miejsc jak SLAC by prowadzić eksperymenty. Chcemy zminiaturyzować technologię akceleratorów, by stała się ona bardziej dostępnym narzędziem naukowym, wyjaśnia.

Uczeni porównują swoje osiągnięcie do przejścia od potężnych mainframe'ów do posiadających mniejszą moc obliczeniową, ale wciąż użytecznych, pecetów. Fizyk Robert Byer mówi, że technologia accelerator-on-a-chip może doprowadzić do rozwoju nowych metod radioterapii nowotworów. Obecnie maszyny do radioterapii do wielkie urządzenia emitujące promieniowanie na tyle silne, że może ono szkodzić zdrowym tkankom. W naszym artykule stwierdzamy, że może być możliwe skierowanie strumienia cząstek precyzyjnie na guza, bez szkodzenia zdrowym tkankom, mówi uczony.

Za każdym razem, gdy laser emituje impuls – a robi to 100 000 razy na sekundę – fotony uderzają w elektrony i je przyspieszają. Wszystko to ma miejsce na przestrzeni krótszej niż średnica ludzkiego włosa.

Celem grupy Vukovic jest przyspieszenie elektronów do 94% prędkości światła, czyli nadanie im energii rzędu 1 MeV (milion elektronowoltów). W ten sposób otrzymamy przepływ cząstek o energii na tyle dużej, że będzie je można wykorzystać w medycynie czy badaniach naukowych.

Stworzony obecnie prototyp układu zawiera 1 kanał przyspieszający. Do nadania energii 1 MeV potrzebnych będzie tysiąc takich kanałów. I, wbrew pozorom, będzie to prostsze niż się wydaje. Jako, że mamy tutaj w pełni zintegrowany układ scalony, znajdują się już w nim wszystkie elementy potrzebne do wykonania zadania. Vukovic twierdzi że do końca bieżącego roku powstanie chip w którym elektrony zyskają energię 1 MeV. Będzie on miał długość około 2,5 centymetra.

Inżynier Olav Solgaard nie czeka na ukończenie prac nad chipem. Już teraz zastanawia się nad wykorzystaniem go w onkologii. Obecnie wysokoenergetyczne elektrony nie są używane w radioterapii, gdyż doprowadziłyby do oparzeń skóry. Dlatego też Solgaard pracuje rodzajem lampy elektronowej, którą wprowadzałoby się chirurgicznie w pobliże guza i traktowało chorą tkankę strumieniem elektronów generowanych przez akcelerator na chipie.

Warto w tym miejscu przypomnieć o rewolucyjnym laserze BELLA (Berkeley Lab Laser Accelerator), o którym informowaliśmy przed kilku laty. To najpotężniejszy kompaktowy akcelerator na świecie. Na przestrzeni 1 metra nadaje on cząstkom energie liczone w gigaelektronowoltach (GeV).


« powrót do artykułu

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this  

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      W październiku ubiegłego roku informowaliśmy, że Dziewiąta Planeta, hipotetyczny nieznany dotychczas obiekt wchodzący w skład Układu Słonecznego, może nie być planetą. Astronomowie Jakub Scholtz z Durham University i James Unwin z University of Illinois at Chicago zaproponowali hipotezę mówiącą, że to... pierwotna czarna dziura. Teraz Edward Witten z Princeton University zauważa, że takiego obiektu nie można by wykryć za pomocą teleskopów, jednak stwierdza, że można by go zauważyć wysyłając w kierunku jego domniemanego położenia setki lub tysiące niewielkich sond.
      Propozycja Wittena to modyfikacja projektu Breakthrough Starshot. Jak pisaliśmy, autorzy tego projektu proponują wysłanie do Alfa Centauri pojazdu napędzanego żaglem słonecznym. Pojazd taki zostałyby rozpędzony za pomocą światła lasera do prędkości 20% prędkości światła i dotarłby do Alfa Centauri w ciągu 20 lat. Witten oblicza zaś, że wykorzystując podobny system można by wysłać w podróż większy pojazd – o wadze około 100 gramów – dzięki czemu nie byłaby potrzebna tak wielka miniaturyzacja jak w Breakthrough Starshot. Pojazd taki, poruszając się z prędkością 0,001 (300 km/s) c mógłby w ciągu 10 lat przebyć odległość 500 jednostek astronomicznych.
      Wysyłając całą flotę w stronę, gdzie powinna znajdować się hipotetyczna czarna dziura krążąca w Układzie Słonecznym może zdarzyć się tak, że kilka z tych sond przeleci w odległości nie większej niż kilkadziesiąt jednostek astronomicznych. Oddziaływanie dziury spowodowałoby, że sondy by przyspieszyły. Jeśli wysyłałyby one regularne sygnały na Ziemię, oddziaływanie grawitacyjne czarnej dziury spowodowałyby wydłużenie interwału pomiędzy impulsami.
      Witten oblicza, że do wykrycia w ten sposób czarnej dziury potrzeba by było sygnałów, których opóźnienie lub przyspieszenie byłoby mniejsze niż 10-5 sekundy na rok. Taką dokładność można bez przeszkód uzyskać za pomocą współczesnych zegarów atomowych. Jednak trudno wyobrazić sobie umieszczenie zegara atomowego w pojeździe ważącym zaledwie 100 gramów. Witten przyznaje, że jego propozycja jest bardziej teoretyczna niż praktyczna. Nie wiem, ani czy taki pomysł da się zrealizować, ani czy – gdyby było to możliwe to realizacji – jest to najlepszy sposób.
      Na artykuł Wittena zareagowali Scott Lawrence i Zeeve Rogoszinski z University of Maryland, którzy zaproponowali rozwiązanie bez potrzeby używania zegarów atomowych. Ich zdaniem obecność czarnaj dziury można by stwierdzić wykrywając zaburzenia trajektorii ruchu sond wywołane przez jej oddziaływanie grawitacyjne. W przeciwieństwie do pomysłu Wittena, gdzie różnice w sygnałach są powodowane przyspieszeniem próbników w pobliżu czarnej dziury, pomysł Lawrence'a i Rogoszinskiego ma i tę zaletę, że zaburzenia orbity próbników kumulowałyby się przez wiele lat.
      Co po latach sondy zboczyłyby z toru lotu o 1000 kilometrów. Co prawda znajdowałyby się wówczas w odległości 500 j.a. od Ziemi, jednak – jak wyliczają naukowcy – zaburzenia trajektorii można by wykryć za pomocą interferometrii bazowej wykorzystującej wysokie częstotliwości radiowe. Tutaj jednak pojawiaj się inny problem techniczny. Sondy musiałyby albo emitować taki sygnał, albo przynajmniej go odbijać.
      Jednak być może obie propozycje należy wyrzucić do kosza. Jak bowiem zauważają w swojej pracy Theim Haong z Koreańskiego Instytutu Astronomii i Badań Kosmosu oraz Abraham Loez z Uniwersytetu Harvarda, autorzy dwóch wspomnianych pomysłów potraktowali sondy jako obiekty podlegające jedynie grawitacji. Tymczasem opory i oddziaływania elektromagnetyczne w nierównomiernie rozłożonej materii międzygwiezdnej również wpływałyby na trajektorię i prędkość sond, przykrywając wszelki wpływ czarnej dziury.
      Mike Brown z Caltechu, który wraz z Konstantinem Batyginem wysunęli hipotezę o istnieniu Dziewiątej Planety mówi, że podobają mu się te propozycje. Jednak uważam, że nie ma żadnych podstaw, by sądzić, że Dziewiąta Planeta jest w rzeczywistości czarną dziurą. Wciąż jej szukamy. Jeśli nie znajdziemy jej za pomocą obecnie dostępnych narzędzi, co myślę, że szybko zostanie ona zauważona dzięki Vera C Rubin Observatory. Nie wiem jednak, kiedy to nastąpi.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      US Air Force zapowiedziały kolejną misję tajemniczego mini wahadłowca X-37B. Pojazd wystartuje 16 maja. Będzie to już jego szósty pobyt w przestrzeni kosmicznej. O wcześniejszych misjach nie wiemy praktycznie niczego, poza tym, że przeprowadzano podczas nich tajne testy. Tym razem Amerykanie uchylili jednak rąbka tajemnicy.
      Wiemy, że USA posiadają dwa mini-wahadłowce tego typu. Długość każdego z nich to 8,8 metra, a rozpiętość skrzydeł wynosi 4,6 metra. Duże wahadłowce miały długość 37 metrów, przy rozpiętości skrzydeł 24 metrów. Pierwszy start X-37B odbył się w kwietniu 2010 roku, a pojazd wrócił na Ziemię po 224 dniach. Kolejne misje były coraz dłuższe. Ostatnia, najdłuższa, odbyła się pomiędzy 7 września 2017 a 27 października 2019 roku. Trwała więc 779 dni. W czasie pierwszych czterech pojazd był wynoszony przez rakietę Atlas V, podczas ostatniej wykorzystano Falcona 9.
      Najbliższa misja, OTV-6, wystartuje na pokładzie Atlasa V. W ramach tej ważnej misji przeprowadzili więcej badań niż podczas którejkolwiek z wcześniejszych. Znajdą się wśród nich dwa eksperymenty NASA, poinformowała sekretarz US Air Force, Barbara Barrett. Wyjaśniła, że jeden z eksperymentów dla NASA będzie badał wpływ promieniowania kosmicznego na nasiona, a podczas drugiego zostanie sprawdzone zachowanie się różnych materiałów w przestrzeni kosmicznej.
      Znacznie bardziej interesująco wygląda inny eksperyment, który zostanie przeprowadzony na zlecenie U.S. Naval Research Laboratory. W jego ramach badana będzie technologia zamiany energii słonecznej na energię mikrofalową i jej transfer na Ziemię.
      Nie zdradzono przy tym żadnych szczegółów, jednak z wcześniejszych informacji napływających z Naval Research Laboratory wiemy, że z technologią taką wiązane są duże nadzieje,  Dzięki niej Amerykanie mogliby stworzyć drony pozostające w powietrzu przez bardzo długi czas, może nawet bezterminowo, gdyż otrzymywałyby energię z satelitów. Ponadto satelity byłyby zdolne do przekazywania energii w dowolne miejsce na Ziemi, ewentualnie do pojazdów kosmicznych czy innych satelitów.
      Dzięki takiej technologii jednostki wojskowe czy zespoły naukowe działające w odległych miejscach globu nie musiałyby polegać na mało wydajnej technologii fotowoltaicznej czy na ciężkich, hałaśliwych zużywających sporo paliwa generatorach. Wystarczyłoby urządzenie z anteną odbierającą mikrofale. Ta sama technologia przydałaby się w regionach katastrof, gdzie zapewniłaby energię na długo zanim możliwe byłoby odbudowanie infrastruktury.
      Przypomnijmy, że po powrocie (maj 2017) X-37B z misji OTV-4 przyznano, że w czasie misji testowano zaawansowane systemy nawigacyjne, kontrolne, napędowe, ochrony termicznej oraz systemy lotu autonomicznego, lądowania i wejścia w atmosferę. Zauważono też wówczas, że X-37B latał niezwykle nisko. Pojawiły się sugestie, że USA testują technologie pozwalające satelitom szpiegowskim na latanie nisko nad Ziemią. To pozwoliłoby na wykonywanie bardziej dokładnych zdjęć, ale wymagałoby znacznie więcej paliwa.
      Wiemy też, że w ramach OTV-6 z pokładu mini wahadłowca zostanie wypuszczony niewielki satelita FalconSat-8, który przeprowadzi pięć eksperymentów na potrzeby U.S. Air Force Academy.
      Nie wiemy za to, jak długo potrwa misja OTV-6.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Po raz pierwszy udało się zmierzyć prędkość wiatrów wiejących na powierzchni brązowego karła. Dokonali tego astronomowie, którzy wykorzystali Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) oraz Teleskop Kosmiczny Spitzera.
      Opierając się na tym, co wiemy o wielkich planetach, takich jak Jowisz czy Saturn, naukowcy pod kierunkiem Katelyn Allers z Bucknell University zdali sobie sprawę z faktu, że prawdopodobnie uda się zmierzyć prędkość wiatru na powierzchni brązowego karła, wykorzystując w tym celu VLA i Spitzera. Gdy doszliśmy do takiego wniosku, zdziwiliśmy się, że nikt dotychczas nie przeprowadził takich badań, mówi Allers.
      Naukowcy wzięli na cel brązowego karła 2MASS J10475385+2124234. Ma on średnicę mniej więcej Jowisza, ale jest 40-krotnie bardziej masywny. Obiekt znajduje się w odległości około 34 lat świetlnych od Ziemi.
      Zauważyliśmy, że okres obrotowy Jowisza obserwowany za pomocą radioteleskopów jest inny niż okres obrotowy obserwowany w świetle widzialnym i w podczerwieni, mówi Allers. Jak wyjaśnia uczona, dzieje się tak, gdyż fale radiowe wchodzą w interakcje z polem magnetycznym planety, natomiast emisja w podczerwieni pochodzi z górnych warstw atmosfery. Wnętrze planety, jej źródło pola magnetycznego, obraca się wolniej niż atmosfera. A różnica wynika z prędkości wiatrów.
      Stwierdziliśmy, że takie samo zjawisko powinniśmy zaobserwować w przypadku brązowych karłów. Postanowiliśmy więc przyjrzeć się okresowi obrotowemu czerwonego karła zarówno za pomocą radioteleskopu, jak i w podczerwieni, powiedziała Johanna Vos z Amerykańskiego Muzeum Historii Naturalnej.
      Obserwacje rzeczywiście wykazały, że atmosfera brązowego karła obrana się szybciej niż jego wnętrze. A różnica jest znacznie większa, niż w przypadku Jowisza. O ile bowiem prędkość wiatru wiejącego na Jowiszu wynosi około 370 km/h, to dla brązowego karła obliczono ją na około 2300 km/h. Obliczenia te zgodne są z teorią i symulacjami, przewidującymi wyższe prędkości wiatru na brązowych karłach, mówi Allers.
      Technika wykorzystana przez zespół Allers może zostać użyta do badania prędkości wiatrów na planetach pozasłonecznych.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Fizyk z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Riverside przeprowadził obliczenia, z których wynika, że bąble wypełnione gazem zawierającym pozytonium są stabilne w ciekłym helu. Obliczenia przybliżają nas do powstania lasera emitującego promieniowanie gamma, który może mieć zastosowanie w obrazowaniu medycznym, napędzie kosmicznym i leczeniu nowotworów.
      Pozytonium to układ złożony z elektronu (e-) i jego antycząstki pozytonu (e+) krążących wokół wspólnego środka masy. Jego średni czas życia wynosi około 142 ns, a następnie pozyton i elektron ulegają anihilacji, podczas której emitowane jest promieniowanie gamma.
      Do stworzenia lasera gamma potrzebujemy pozytonium w stanie zwanym kondensatem Bosego-Einsteina. Z moich obliczeń wynika, że zanurzone w ciekłym helu bąble składające się z milionów pozytonium miałyby gęstość sześciokrotnie większą od powietrza i tworzyłyby kondensat Bosego-Einsteina, mówi autor badań, Allen Mills z Wydziału Fizyki i Astronomii. Praca Millsa ukazał się właśnie w Physical Review A.
      Hel, drugi najbardziej rozpowszechniony pierwiastek we wszechświecie, przybiera formę ciekłą jedynie w bardzo niskich temperaturach. Hel ma ujemne powinowactwo do pozytonium, więc w ciekłym helu powstają bąble, gdyż hel odpycha pozytonium.
      Mills, który stoi na czele Positron Laboratory w UC Riverside poinformował, że jego laboratorium rozpoczęło konfigurację swoich urządzeń tak, by uzyskać stabilne bąble pozytonium w ciekłym helu. Mogą one służyć jako źródło zbudowanego z pozytonium kondensatu Bosego-Einsteina. Chcemy w najbliższym czasie przeprowadzić eksperymenty z tunelowaniem pozytonium przez grafenową membranę, która nie przepuszcza zwykłych atomów, w tym atomów helu, oraz stworzenie lasera działającego dzięki pozytonium. Laser taki mógłby znaleźć zastosowanie w informatyce kwantowej, mówi Mills.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Prawo Moore'a żyje i ma się dobrze, uważa Mark Liu, przewodniczący zarządu TSMC. Firma poinformowała właśnie o rozpoczęciu prac badawczo-rozwojowych nad 3-nanometrowym procesem technologicznym. Jak stwierdził Philip Wong, wiceprezes ds. badawczych, Prawo Moore'a będzie obowiązywało jeszcze przez dziesięciolecia i pozwoli na tworzenie układów scalonych w technologii 2 i 1 nanometra.
      Największym problemem dla przemysłu półprzewodnikowego, przynajmniej na Tajwanie, może być niedobór inżynierów. To brak specjalistów może zagrozić dalszemu rozwojowi TSMC. Problem z odpowiednią ilością wykształconych pracowników będzie się jeszcze pogarszał, gdyż firmy z Chin agresywnie rekrutują inżynierów w innych państwach. Chcą, wykorzystując ich dotychczasowe doświadczenie, w sposób skokowy nadrobić przepaść technologiczną, jaka dzieli je od zagranicznej konkurencji.
      Już w tej chwili Chińczycy agresywnie rekrutują na Tajwanie i w Korei Południowej, oferując tamtejszym inżynierom znacznie wyższe płace niż te, na jakie mogą liczyć u siebie.

      « powrót do artykułu
×
×
  • Create New...