斯坦福设计硅芯片加速器 可将电子加速到光速的94%以上

据外媒报道,美国的研究人员正在设计一种硅芯片,该芯片可以将电子加速到光速的94%以上。

  据外媒报道,美国的研究人员正在设计一种硅芯片,该芯片可以将电子加速到光速的94%以上。

  斯坦福大学和SLAC粒子加速器团队在英特尔创始人之一建立的戈登和贝蒂摩尔基金会(Gordon and Betty Moore Foundation)以及欧盟的地平线2020研究与创新计划(Horizon 2020 Research and Innovation Program)的支持下,利用红外激光和纳米级硅通道构建加速器。红外脉冲被同步以提高电子的能量。

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  今天,《科学》杂志上发布了原型芯片上的加速器的详细信息。斯坦福大学的Jelena Vuckovic教授说,关键是设计和制造技术可以扩大规模,以提供足够加速的粒子束,从而进行化学、材料科学和生物发现领域进行尖端实验的粒子束,而这些实验不需要大规模加速器的功率。

  Jelena Vuckovic教授说:“最大的加速器就像强大的望远镜。世界上只有少数几个,科学家必须到SLAC这样的地方来使用它们。我们希望将加速器技术小型化,使其成为一种更容易获得的研究工具。”

  芯片国际项目(ACHIP)加速器负责人罗伯特·拜尔(Robert Byer)说,“在这篇论文中,我们开始展示如何将电子束辐射直接传递到肿瘤上,使健康组织不受影响。”

  在传统的加速器中,例如SLAC的加速器,工程师通常会草拟基本设计,然后模拟运行以物理方式安排微波脉冲串,以提供最大可能的加速度。对于芯片加速器,Vuckovic的团队使用她的实验室开发的逆设计算法解决了该问题。这些算法允许研究人员进行反向工作,方法是指定他们希望芯片传递多少光能,并对软件进行任务分配,并建议如何构建使光子与电子流正确接触所需的正确纳米级结构。

  英国SLAC的职员科学家和科学论文的合著者,R. Joel说:“有时候,逆向设计可以提供人类工程师可能不会想到的解决方案。”该设计算法提出了一种纳米级台面的芯片布局,由硅蚀刻而成的通道隔开。在重要位置刺穿通道壁的硅线将激光脉冲引导到一组电子设备上。

  研究人员希望将电子加速到光速的94%,即100万电子伏特(1兆电子伏),以产生足够强大的粒子流,用于研究或医疗目的。原型芯片提供一个单一的加速阶段,而电子流必须通过其中的1000个阶段才能达到1兆电子伏。Vuckovic说,这可以在单个芯片上实现。

  研究人员正在设计一种具有1000个阶段的芯片,以在2020年底之前达到1MeV的目标。

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