Forscher bauen Teilchenbeschleuniger kleiner als eine 1-Cent-Münze
Wer an Teilchenbeschleuniger denkt, hat wohl zuerst den berühmten "Large Hadron Collider" im Sinn. Wie der Name bereits sagt, ist er mit seinem 27 Kilometer langen Tunnel enorm groß. Doch das ist ein außergewöhnliches Beispiel. Häufig werden Teilchenbeschleuniger in der Medizin eingesetzt. Dort sind sie mehrere Meter lang.
Das ist aber trotzdem sperrig und teuer, weshalb an neuartigen Beschleunigungsverfahren geforscht wird, die eine kleinere Bauweise zulassen. Nun erreichte das Team der Friedrich-Alexander-Universität (FAU) Erlangen-Nürnberg in Deutschland einen Durchbruch. Sie konnten Elektronen in einer nur wenige Nanometer großen Struktur messbar beschleunigen.
Energiegewinn von 43 Prozent
Die Struktur ist dabei nur 0,5 Millimeter lang und 225 Nanometer breit (ein Nanometer entspricht 0,0000001 Millimetern). Damit passt sie auf eine 1-Cent-Münze. Ultrakurze Laserpulse beschleunigen die Teilchen. Ziel ist es, Teilchenbeschleunigung auf einem Computerchip zu schaffen. Sie steigerten durch die Beschleunigung die Energie um 12 Kiloelektronenvolt, von 23,4 auf 40,7 keV. Das sei ein Energiegewinn von 43 Prozent, so die Forschenden. Die Studie erschien im Fachmagazin Nature.
So klein ist der Teilchenbeschleuniger im Vergleich zu einem Cent-Stück
© FAU/Joshua McNeur
Einsatz in der Strahlentherapie
„Die Traumanwendung wäre, einen Teilchenbeschleuniger auf einem Endoskop zu platzieren, um eine Strahlentherapie direkt an der betroffenen Stelle im Körper durchführen zu können“, erklärt Studienautor Tomáš Chlouba in einem Statement. Solche Therapien kommen etwa beim Bekämpfen von Krebszellen zum Einsatz.
Dafür müsste die Energie allerdings um den Faktor 100 gesteigert werden. daran arbeiten die Forscher*innen jetzt. Das kann entweder durch das Verbessern des Kanals oder das nebeneinanderlegen mehrere Kanäle erreicht werden.
Neben den Wissenschaftler*innen der FAU schaffte zeitgleich auch ein Team an der Stanford University in den USA einen Durchbruch. Die Ergebnisse werden aktuell geprüft. Die beiden Universitäten arbeiten seit 2015 gemeinsam an der Realisierung eines Teilchenbeschleunigers auf einem Computerchip.