Stanford Üniversitesi ve SLAC National Accelerator Laboratory (Uluslar Hızlandırıcı Laboratuvarı), 3,2 km uzunluğundaki dev hızlandırıcıda çalışıyorlar. Stanford Üniversitesi ve SLAC’ten bilim insanları, ilk kez kızılötesi lazerler kullanarak elektronları hızlandırabilen silikon yonga geliştirdiler.
Elektrik mühendisi olan Jelena Vuckovic’in önderliğindeki ekip, Science dergisinde yazdıkları makalede nano ölçekteki kanalları nasıl oyduklarını, vakumun içerisine mühürlediklerini ve elektronları gönderdiklerini açıkladı.
Yongadaki hızlandırıcı, sadece bir prototip olsa da Vuckovic, tasarımın ve üretim tekniklerinin büyütülebileceğini ve farklı disiplinlerdeki çalışmalarda da kullanılabileceğini söyledi. Vuckovic, büyük hızlandırıcıların, güçlü teleskoplara benzediğini ve onlardan sadece birkaç tane olduğunu söyledi ve “Hızlandırıcı teknolojisini daha erişilebilir bir araştırma aracı yapmak için küçültmek istiyoruz” dedi.
Araştırmanın ortak yazarlarından bir tanesi olan fizikçi Robert Byer, yongadaki hızlandırıcı teknolojisinin yeni kanser radyasyon tedavilerine de öncülük edebileceğini ifade etti. Byer, bu araştırmayla birlikte sağlıklı dokuya hiçbir zarar vermeden elektron ışın radyasyonlarının direkt olarak tümöre nasıl gönderilebileceğini gösterdiklerini söyledi.
Tersine tasarım
Vuckovic ve öğrencisi Neil Sapra, kızılötesi ışık darbelerini doğru zamanda doğru açıyla ateşledikleri yongayı nasıl oluşturduklarını anlattı. Ekip, bunu başarabilmek için tasarım sürecini tersine çevirdi. Ekip, mikrodalgalar yerine insan saç telinin onda biri genişliğinde olan kızılötesi ışınları kullandı.
Vuckovic’in ekibi, onun laboratuvarında tasarlanan tersine tasarım algoritmasını kullanarak bu sorunun üstesinden gelmeyi başardı. Bu algoritmalar, araştırmacıların tersine çalışmasına izin verdi. Araştırmanın yazarlarından R. Joel England, “Bazen tersine tasarımlar insan mühendislerin düşünemeyeceği çözümler üretebilirler” ifadelerini kullandı.
Araştırmacılar, elektronları ışık hızının %94’üne kadar hızlandırmak istiyorlar ya da bir başka deyişle 1 milyon elektron volta (1MeV) kadar. Bu prototip yonga, hızlanmanın sadece tek bir aşamasını sağlayabiliyor ve 1MeV’e ulaşmak için elektron akışının bu aşamadan 1.000 kez geçmesi gerekiyor.
Ancak Vuckovic, bunu o kadar da zor bir görev olarak görmüyor. Vuckovic, yongadaki prototip hızlandırıcının, devreye tamamen entegre olduğunu ve gerekli olan tüm kritik fonksiyonların yonganın içerisinde bulunduğunu dile getiriyor. Araştırmacılar 2020 yılının sonlarına doğru 1MeV hedeflerine ulaşmayı planlıyorlar.
Tabii bu çok büyük bir başarı olsa da SLAC’taki hızlandırıcının 1MeV’den 30 bin kat daha fazla enerji üretebileceğini de söylemek lazım. Ancak Byer, bir gün ışık temelli cihazların mikrodalgalı hızlandırıcıların yerini alabileceğine inanıyor. Ayrıca araştırmanın yazarlarından olan elektrik mühendisi Olav Solgaard da muhtemel bir kanserle savaşma uygulaması üzerinde çalışmaya başladı.