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Un acelerador de electrones tan pequeño que cabe en un chip

Los aceleradores de partículas son generalmente grandes y costosos, pero eso cambiará pronto si los investigadores se salen con la suya. El Programa Internacional Accelerator on a Chip (AChIP), financiado por la Fundación Gordon y Betty Moore en los EE. UU., tiene como objetivo crear un acelerador de electrones en un chip de silicio.

Enviado por: INNOVAticias.com / Red / Agencias, 30/11/2018, 18:55 h | (25) veces leída

Los ingenieros en la TU Darmstadt han desarrollado un diseño para un acelerador de electrones impulsado por láser tan pequeño que podría producirse en un chip de silicio. Sería barato y con múltiples aplicaciones. El diseño, que se ha publicado en Physical Review Letters, ahora se está ejecutando como parte de una colaboración internacional.

Los aceleradores de partículas son generalmente grandes y costosos, pero eso cambiará pronto si los investigadores se salen con la suya. El Programa Internacional Accelerator on a Chip (AChIP), financiado por la Fundación Gordon y Betty Moore en los EE. UU., tiene como objetivo crear un acelerador de electrones en un chip de silicio.

La idea fundamental es reemplazar las piezas del acelerador de metal con vidrio o silicio, y usar un láser en lugar de un generador de microondas como fuente de energía. Debido a la mayor capacidad de carga del campo eléctrico del vidrio, se puede aumentar la velocidad de aceleración y, por lo tanto, se puede transmitir la misma cantidad de energía a las partículas dentro de un espacio más corto, haciendo que el acelerador sea más corto en un factor de aproximadamente 10 que los aceleradores tradicionales que suministran la misma energía.

Uno de los desafíos aquí es que el canal de vacío para los electrones en un chip tiene que ser muy pequeño, lo que requiere que el haz de electrones esté extremadamente enfocado. Los canales de enfoque magnético utilizados en los aceleradores convencionales son demasiado débiles para esto. Esto significa que se debe desarrollar un método de enfoque completamente nuevo para que el acelerador a escala chip se convierta en realidad.

Como parte del perfil de TU Darmstadt Matter and Radiation Science, el grupo AChIP en física de aceleradores (Facultad de Ingeniería Eléctrica y Tecnología de la Información en TU Darmstadt), dirigido por Uwe Niedermayer, propuso recientemente una solución decisiva que requiere el uso de campos de láser para enfocar los electrones en un canal de solo 420 nanómetros de ancho, según explica un comunicado de la universidad alemana. El concepto se basa en cambios bruscos en la fase de los electrones en relación con el láser, lo que resulta en un enfoque y desenfoque alternos en las dos direcciones en el plano de la superficie del chip. Esto crea estabilidad en ambas direcciones.

El concepto puede compararse con una pelota en una silla: la bola caerá, independientemente de la dirección en que se incline la silla. Sin embargo, girar la silla continuamente significa que la pelota permanecerá estable en la silla. Los electrones en el canal en el chip hacen lo mismo.

Perpendicular a la superficie del chip, el enfoque más débil es suficiente, y se puede usar un solo imán cuadrupolo que abarque todo el chip. Este concepto es similar al de un acelerador lineal convencional. Sin embargo, para un acelerador en un chip, la dinámica de los electrones se ha cambiado para crear un diseño bidimensional que se puede realizar utilizando técnicas litográficas de la industria de los semiconductores.

Las posibles aplicaciones para un acelerador como este serían en la industria y la medicina. Un objetivo importante a largo plazo es crear una fuente de haz de rayos X compacta y coherente para la caracterización de los materiales. Un ejemplo de una aplicación médica sería un endoscopio acelerador que podría usarse para irradiar tumores en el interior del cuerpo con electrones.

Una ventaja particular de esta nueva tecnología del acelerador es que los chips podrían producirse de forma económica en grandes cantidades, lo que significaría que el acelerador estaría al alcance del hombre de la calle y cada universidad podría costear su propio laboratorio acelerador. Las oportunidades adicionales incluirían el uso de fuentes de haz de rayos X coherentes y económicas en procesos fotolitográficos en la industria de semiconductores, lo que haría posible una reducción en el tamaño del transistor en los procesadores de computadora, junto con un mayor grado de densidad de integración.





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