【據(jù)PHYS.ORG網(wǎng)站2018年11月26日報道】

達(dá)姆施塔特工業(yè)大學(xué)加速器物理小組的電氣工程師開發(fā)出一種由激光驅(qū)動的電子加速器，它可以在硅片上進(jìn)行生產(chǎn)，價格低廉且具有多種應(yīng)用。

粒子加速器通常很大且成本很高。由美國Gordon和Betty Moore基金會資助的加速器芯片國際計劃（AChIP）旨在在硅芯片上創(chuàng)建電子加速器。其基本思想是用玻璃或硅代替金屬制成的加速器部件，并使用激光作為能源代替微波發(fā)生器。由于玻璃具有更高的電場負(fù)載能力，因此可以提高加速率，從而可以在更短的空間內(nèi)將相同的能量傳遞到顆粒。這里的挑戰(zhàn)之一是芯片上的電子真空通道必須非常小，這要求電子束的聚焦性很強(qiáng)。而傳統(tǒng)加速器中使用的磁聚焦通道對此來說太弱了。這意味著要使芯片上的加速器成為現(xiàn)實(shí)，必須開發(fā)一種全新的電子聚焦方法。

作為達(dá)姆施塔特大學(xué)物質(zhì)和輻射科學(xué)概況領(lǐng)域的一部分，由Uwe Niedermayer博士領(lǐng)導(dǎo)的AChIP加速器物理小組最近提出了一個決定性的解決方案，該方案使用激光場的影響將電子聚焦在僅420納米寬的通道中。該概念基于電子相對于激光相位的突然變化，導(dǎo)致其在芯片表面平面中的兩個方向上交替聚焦和散焦，從而在兩個方向上產(chǎn)生穩(wěn)定性。這個概念可以與平板上的球相比 - 無論平板傾斜的方向如何，球都會掉落，而連續(xù)轉(zhuǎn)動平板則意味著球?qū)⒃谏厦姹３址€(wěn)定。芯片上通道中的電子也是如此。而對于芯片上加速器的二維設(shè)計，可以使用
來自半導(dǎo)體工業(yè)的光刻技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。

AChIP計劃的目標(biāo)在于從芯片產(chǎn)生具有1兆電子伏特的能量，而其另一個目標(biāo)在于根據(jù)達(dá)姆施塔特開發(fā)的芯片上可擴(kuò)展加速器的設(shè)計要求，創(chuàng)建超短（<10^-15s）電子脈沖。

諸如此類的加速器的可能應(yīng)用在工業(yè)和醫(yī)學(xué)中。 一個重要的長期目標(biāo)是創(chuàng)建一個用于表征材料的緊湊相干X射線束源。其醫(yī)學(xué)應(yīng)用的一個例子是加速器-內(nèi)窺鏡，可用電子照射體內(nèi)深處的腫瘤。這種新加速器技術(shù)的一個特殊優(yōu)點(diǎn)是芯片可以廉價地大量生產(chǎn)，并且每個大學(xué)都可以買得起自己的加速器實(shí)驗室。 同時這種加速器的出現(xiàn)可以使得在半導(dǎo)體工業(yè)的光刻工藝中使用廉價的相干X射線束源，這將使計算機(jī)處理器中晶體管尺寸的減小成為可能，同時具有更大程度的集成密度。

相關(guān)研究論文《Alternating-Phase Focusing for Dielectric-Laser Acceleration》發(fā)表在Physical Review Letters期刊上。