Miniaturzyklotron

US-Forscher entwickeln Miniteilchenbeschleuniger

Wissenschaftler haben einen Miniteilchenbeschleuniger entwickelt: Er ist nur einen halben Zentimeter lang und passt auf einen Chip. In etwas größerer Ausfertigung könnte er für die Krebsbehandlung eingesetzt werden.

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Miniteilchenbeschleuniger (Bild: Cornell)
Miniteilchenbeschleuniger (Bild: Cornell)

Wissenschaftler der Cornell-Universität in Ithaca im US-Bundesstaat New York haben Teilchenbeschleuniger im Kleinformat entwickelt: Die Zyklotrone, die Argon-Ionen beschleunigen, passen auf einen Chip, berichtet das US-Wissenschaftsmagazin IEEE Spectrum.

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Drei Varianten des Beschleunigers hat Yue Shi konstruiert: Alle verfügen über eine fünf Millimeter lange, gerade Beschleunigungsstrecke und enden in einer 90-Grad-Kurve, wobei sich die drei Varianten im Radius unterscheiden. Die Teilchen werden von einem elektrischen Feld, das von parallel verlaufenden Elektroden erzeugt wird, gelenkt. Die Argon-Ionen werden mit einer Energie von 1,5 Kiloelektronenvolt (KeV) in das System eingespeist. Der Beschleuniger steigerte die Energie auf knapp 2 KeV.

Amit Lal, der das SonicMEMS Laboratory leitet, an dem Shi ihre Arbeiten durchgeführt hat, sieht für die Minibeschleuniger Einsatzmöglichkeiten unter anderem im Bereich der Medizin: Ärzte setzen in der Krebstherapie Teilchenstrahlen ein, mit denen sie das kranke Gewebe beschießen, um die Zellen abzutöten. Die Geräte dafür sind jedoch noch riesig. Mit Hilfe der Minibeschleuniger könnten kleinere Apparate für die Bestrahlung gebaut werden. Eine andere Anwendung könnte der Bau handlicherer Rasterelektronenmikroskope sein.

Dafür brauchen die Strahlen jedoch mehr Energie, als die aktuellen Modelle hergeben, die Shi kürzlich auf einer Konferenz vorgestellt hat. Damit habe sie jedoch erst einmal die Machbarkeit demonstrieren wollen, sagte sie dem IEEE Spectrum. Sie plane für die Zukunft den Bau größerer Beschleuniger. Sie glaube, dass ein System, das einige Quadratzentimeter groß ist, ausreicht, um Ionen auf eine Energie von mehreren hundert KeV zu beschleunigen. Ein System in Koffergröße solle noch mehrere hundert Megaelektronenvolt schaffen.

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