Микроскопический ускоритель частиц заменит гигантские синхротроны

16.11.2025

Для получения интенсивного рентгеновского излучения требуются огромные ускорительные комплексы. Эти установки служат основой для исследований в медицине, материаловедении и биологии, но их масштаб и стоимость делают доступ к ним ограниченным. Однако недавнее исследование подсказывает, что в ближайшем будущем представление о рентгеновских источниках может кардинально измениться: устройства, сравнимые по мощности с гигантскими синхротронными установками, окажутся достаточно малы, чтобы поместиться на обычный рабочий стол.

До сих пор даже компактные синхротроны занимали площади размером с футбольный стадион и требовали сложной инфраструктуры. На этом фоне впечатляет возможность создания ускорителя шириной всего несколько микрометров - значительно меньше толщины человеческого волоса. Тем не менее расчеты показывают, что такие миниатюрные конструкции способны генерировать высокоэнергетическое рентгеновское излучение, сопоставимое по мощности с установками массой в миллиарды килограммов.

Исходной точкой для появления этой идеи стало понимание того, что углеродные нанотрубки обладают уникальными свойствами, которые позволяют им выдерживать электрические поля, превышающие возможности обычных ускорителей в сотни раз. Эти цилиндрические структуры, сформированные из атомов углерода, выстроенных в шестиугольную решетку, создают идеальную среду для взаимодействия лазерного света и электронов. Именно благодаря нанотрубкам новое устройство может функционировать как микроскопический аналог синхротронов.

Ключевым механизмом работы миниатюрного ускорителя стали поверхностные плазмонные поляритоны - волны, возникающие тогда, когда когерентный лазерный свет прилипает к поверхности материала. В ходе моделирования ученые направляли поляризованный лазерный импульс через полую нанотрубку. Этот импульс имел закрученную структуру, подобно вращающейся спирали, и именно он создавал внутри трубки вихревое поле, заставляющее электроны двигаться по спирали.

По мере того как электроны синхронно ускорялись внутри нанотрубки, они начинали испускать интенсивное рентгеновское излучение. В этом процессе просматривается прямая аналогия с принципами работы крупных синхротронов: и там, и здесь ключевую роль играют траектории ускоряемых электронов и их взаимодействие с электромагнитным полем. Разница заключается лишь в масштабе - гигантские кольца из металла и магнитов, подобные 27-километровому Большому адронному коллайдеру в Швейцарии, заменяются структурой микрометрового размера.

Моделирование показало возможность создания электрических полей напряженностью до нескольких триллионов вольт на метр, что заметно превосходит параметры традиционных ускорительных установок. Такой скачок в плотности энергии делает разработку особенно перспективной для тех областей, где требуется компактность оборудования при сохранении высокой мощности, включая медицину, исследования новых материалов и диагностику биологических тканей.

Хотя устройство пока существует лишь в виде концепции, его потенциальное влияние сложно переоценить. Если идея воплотится на практике, настольные ускорители смогут обеспечить доступ к интенсивному рентгеновскому излучению практически в любой лаборатории мира, минуя необходимость строить дорогостоящие сооружения площадью со стадион.

<< Назад: Искусственные мембранные каналы для добычи редкоземельных элементов 16.11.2025

>> Вперед: Робокухня Circus CA-1 15.11.2025

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Ферроэлектрики научились выдерживать более 10 миллиардов циклов перезаписи 11.10.2026

Энергонезависимая память должна не только быстро записывать и сохранять информацию без постоянного питания, но и выдерживать огромное количество циклов перезаписи. Одним из перспективных вариантов такой технологии считаются ферроэлектрические материалы, однако их практическое применение долгое время ограничивалось сравнительно быстрым разрушением. Исследователям удалось установить механизм этого процесса на атомном уровне и предложить способ, который значительно увеличивает срок службы таких материалов. Работу выполнила группа ученых из Университета электронной науки и техники Сианя (Xidian University) совместно с коллегами из Гонконгского университета и Фуданского университета. Особый интерес специалистов вызвали ферроэлектрики со структурой вюрцита, в частности нитрид алюминия-скандия (AlScN). Эти материалы способны сохранять информацию благодаря изменению направления электрической поляризации на атомном уровне и хорошо совместимы с современными технологиями производства микросхем ...>>

Электромобиль VENTRA с системой очистки воздуха 11.10.2026

Даже автомобили без двигателя внутреннего сгорания не являются полностью безвредными для окружающей среды. При движении любой автомобиль изнашивает шины и тормозные элементы, в результате чего в воздух и на дорожное покрытие попадают мельчайшие частицы. Студенты Эйндховенского технологического университета решили обратить внимание именно на этот мало заметный источник загрязнения и создали концептуальный электромобиль VENTRA, способный собирать часть таких загрязняющих веществ непосредственно во время движения. Проект разработала команда TU/ecomotive, которая оснастила VENTRA специальной системой улавливания частиц, образующихся при износе шин и торможении. Авторы концепта считают, что переход на электрическую тягу сам по себе не решает проблему автомобильных выбросов. Более тяжелые электромобили дополнительно нагружают шины, а их электродвигатели способны обеспечивать очень быстрое ускорение, что также может способствовать повышенному износу резины. Собранные около колес частицы си ...>>

Лазерное переключение магнитов 10.10.2026

Технологии хранения данных постоянно стремятся уменьшить размеры элементов памяти и одновременно увеличить скорость записи информации. Один из возможных путей связан с использованием света, который способен переносить энергию с огромной скоростью и воздействовать на очень небольшие области материала. Инженеры Университета Калифорнии в Сан-Диего (UC San Diego) продемонстрировали необычный способ управления магнитным состоянием вещества, при котором внешнее магнитное поле вообще не требуется. В обычных жестких дисках информация записывается в виде последовательности крошечных магнитных областей, соответствующих значениям 1 и 0. Для изменения их состояния обычно необходимо внешнее магнитное поле, однако такой способ требует значительных энергетических затрат и ограничивает скорость записи. Исследователи UC San Diego предложили альтернативу - так называемое оптическое переключение, при котором магнитное состояние изменяется под воздействием лазерного излучения. По оценкам специалистов, ...>>

Наушники Neurable One с мониторингом концентрации и усталости мозга 10.10.2026

Современные наушники постепенно превращаются из обычного аудиоустройства в персональный электронный помощник. Они уже умеют подавлять окружающий шум, анализировать качество звука и отслеживать некоторые параметры физического состояния человека. Американская компания Neurable пошла еще дальше и предложила использовать наушники для оценки активности мозга, чтобы определить, насколько человек сосредоточен, испытывает умственное напряжение или начинает уставать. Новая модель получила название Neurable One и оснащена 12 датчиками, способными регистрировать электрическую активность мозга. В основе технологии лежит электроэнцефалография, или EEG, применяемая для фиксации электрических сигналов, возникающих при работе нервной системы. Датчики размещены во внутренних накладках наушников и начинают получать информацию сразу после того, как пользователь надевает устройство. Затем специальное приложение анализирует полученные данные и оценивает текущее состояние человека. Разработчики предус ...>>

Климатический кризис меняет питание детей и влияет на их здоровье 09.10.2026

Когда говорят о влиянии климатических изменений на здоровье человека, чаще всего вспоминают экстремальную жару, наводнения, засухи или лесные пожары. Однако последствия глобального потепления могут проявляться гораздо менее заметно. Один из таких механизмов связан с продовольствием: изменения климата способны влиять на урожайность, стоимость продуктов и их доступность, а через это - на качество питания детей. Особое значение эта проблема приобретает в первые годы жизни. Дети в возрасте до пяти лет особенно чувствительны к недостатку необходимых питательных веществ, поскольку именно в этот период питание и окружающая среда тесно связаны с ростом организма, развитием и формированием иммунной системы. Если полноценная пища становится менее доступной, последствия могут проявляться не сразу, но отражаться на здоровье ребенка в дальнейшем. Бразильские исследователи попытались определить, где подобные проблемы могут пересекаться с климатическими факторами. Для этого специалисты разработ ...>>

Случайная новость из Архива Мозг мальчиков и девочек по-разному реагирует на стресс 18.11.2016 Доктор Виктор Кэррион (Victor Carrion) из Стэндфордского университета и его коллеги установили, что стресс по-разному влияет на мозг мальчиков и девочек. Значимые различия были обнаружены в зоне, называемой островок Рейля, отвечающей за восприятие сигналов тела, а также за эмоции и сопереживание. Часть молодежи, подвергшейся воздействию стресса, впоследствии погружается в состояние, называемое посттравматическое стрессовое расстройство (ПТСР), в то время как другая часть не сталкивается с такой проблемой. Людей с таким расстройством могут преследовать болезненные воспоминания - они стараются избегать контакта с людьми, местами, вещами, ассоциирующимися со стрессовой ситуацией. У них могут возникнуть проблемы с общением, сном и концентрацией внимания. Предыдущие исследования показали, что девочки в среднем более подвержены риску развития ПТСР, по сравнению с мальчиками, но ученые не смогли определить, почему. Авторы нового исследования провели МРТ-сканирование мозга 59 добровольцев в возрасте 9-17 лет. Тридцать девочек и мальчиков в возрасте о 14 до 16 лет имели эпизоды психологической травмы, а двадцать девять других составили контрольную группу. Все участники эксперимента имели сходный возраст и IQ. Среди травмированных участников пятеро пережили одно стрессовое событие, в то время как остальные двадцать пять испытали два или более эпизода или были подвержены хроническому стрессу. Исследователи не нашли никаких различий в структуре мозга между мальчиками и девочками в контрольной группе. Тем не менее, среди травмированных мальчиков и девочек, они увидели различия в части островка Рейля, называемой передняя круговая бороздка. Эта область мозга имела больший объем и площадь поверхности у мальчиков с травмой. В то же время объем этого же региона были меньше у девочек с травмой, чем у девочек из контрольной группы. "Очень важно, чтобы люди, которые работают с молодежью, имеющей психологические травмы, учитывали половые различия. Наши результаты показывают, что это возможно, что мальчики и девочки могли иметь различные симптомы травмы и что им могут оказаться полезны разные методы терапии", - сказала Меган Клабунде (Megan Klabunde), один из авторов исследования. Островок Рейля обычно изменяется в детском и подростковом возрасте. Уменьшение объема этой зоны, как правило, считается признаком взросления. Таким образом, полученные данные означают, что травматический стресс может приводить к преждевременному половому развитию девочек.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2026