Texas Company skaper bittesmå partikkelakseleratorer som folk kan kjøpe

En ny plasmaakselerator størrelsen på noen få fraktcontainere i stedet for en by er utviklet av et privat Texas-basert selskap.

TAU Systems, med base i Austin, har utviklet en prototype miniatyr plasmaakselerator som kan tillate partikkelakseleratorteknologi å være tilgjengelig for enhver institusjon som trenger det. Ifølge TAU vil dette tillate å lage spesialtilpassede medisiner, bryte ned mikroplast og til og med eliminere atomavfall.

“Det har potensialet til å revolusjonere måten vi gjør, for eksempel biomolekylær kjemi,” sa Bjørn Manuel Hegelich, grunnlegger og administrerende direktør i TAU. Newsweek. “Fra vaksinernye medisiner, nye avlinger, søppel, plastspisende bakterier, [this technology has] alle typer applikasjoner.”

Partikkelakseleratorer brukes vanligvis elektromagnetiske felt å drive ladede partikler til svært høye hastigheter og energier for bruk i forskning. Den største akseleratoren som for tiden er i drift er Large Hadron Collider (LHC) i Sveits, operert av CERN, som akselererer to stråler av protoner og kolliderer dem front mot front.

Denne kompakte akseleratoren genererer kraftige røntgenstråler ved å bruke intense lasere for å akselerere elementærpartikler til nær lysets hastighet, men i stedet for rundt i en sirkel som sett ved LHCdenne kompakte maskinen gjør det i en rett linje.

“Vi tar i utgangspunktet en vanlig partikkelakselerator, som er på størrelse med en campus, ikke sant, men nå med teknologien vår kan vi passe den inn i et rom,” sa Hegelich.

“Jeg mener, det kommer fortsatt til å være en stor maskin når det gjelder maskiner. Men det kommer til å være titalls meter i stedet for kilometer, og det kommer til å bli titalls millioner dollar i stedet for milliarder. Så det blir mye mer tilgjengelig for et mye bredere spekter av institusjoner og selskaper. På den måten kan vi få mange flere mennesker tilgang til disse eller andre utrolige verktøy og hjelpe dem å bruke dem.”

LHC måler rundt 17 miles i omkrets. TAUs akseleratorer forventes derimot ikke å måle lenger enn noen få skipscontainere.

“CERN akselererer protoner og antiprotoner, mens maskinene som vi ser på, i det minste til å begynne med, kommer til å bli konsentrere seg om elektroner“, sa Hegelich.

“Det som begrenser deg i en konvensjonell partikkelakselerator er at du må bygge den ut av noe: du bygger den akselererende strukturen av metall, og så legger du et elektrisk felt på den metallstrukturen og det elektriske feltet er det som akselererer partiklene. Nå kan du bare gjør det feltet så sterkt: på et visst tidspunkt vil den være så sterk at den nå begynner å skade akseleratorstrukturen din og vil begynne å skade metallet. Vi bruker plasma.

“Et plasma er når du river alle elektronene av atomene: når du først har gjort det, er det egentlig ikke noe annet du kan gjøre for å skade det mer enn det. Så laseren genererer et enormt sterkt elektrisk felt. Og det betyr at vi kan gjør avstanden som vi akselererer mye mindre.”

Disse røntgenstrålene lar forskere se på systemer på et molekylært nivå, noe som muliggjør analyse av proteiner og nye medisiner.

“Du kan treffe proteinet ditt med veldig lyse røntgenstråler, og røntgenstrålene vil faktisk ødelegge proteinet. Før det ødelegger proteinet, får du all informasjon om strukturen, og du kan måle det,” sa Hegelich. “Med en røntgenfri elektronlaser kan du nå legge inn proteiner som du vanligvis ikke kan måle.”

TAU håper at denne kompakte akseleratoren vil gjøre denne typen analyser mer tilgjengelig for det vitenskapelige miljøet.

Akseleratorene kan for øyeblikket bare akselerere elektroner til den typen hastigheter som trengs for denne applikasjonen. Imidlertid håper TAU etter hvert å kunne akselerere protoner, noe som krever mer kraft, men som kan gjøre det mulig å bruke dem til å kvitte seg med atomavfall.

For tiden blir de tunge elementene som produseres av kjernefysiske fisjonsreaksjoner i kjernekraftverk deponert ved å plasseres i beholdere som deretter plasseres i tunneler og forsegles med steiner og leire. Dette atomavfallet består hovedsakelig av uran, men også andre radioaktive elementer som langlivede isotoper av teknetium, neptunium og plutonium.

Ved å bombardere disse tunge atomene med protoner, kan du endre ett grunnstoff til et annet.

“Du kan omdanne den til et annet element, slik at du kan ta en langlivet atomavfallisotop og omdanne den, endre den til en kortvarig,” sa Hegelich.

“Fysikken i det er ganske tydelig. Vi har gjort dette i flere tiår ved en akselerator, det er bare ingen tvil om at det kan gjøres, dette blir gjort i kjernefysiske eksperimenter hele tiden.”

Dette ville imidlertid bare vært levedyktig dersom mengden energi som ble brukt til å kvitte seg med avfallet var mindre enn det som ble generert ved produksjon av avfallet, via kjernefysisk fisjonsreaksjon.

Disse maskinene er foreløpig bare på prototypestadiet, men TAU håper at deres første fullt operative akselerator i løpet av de neste årene vil være tilgjengelig for forskerne å låne.

“Vi har en haug med prototyper: vi har laboratorieprototypene i universitetslaboratoriene mine, og så andre akademiske institusjoner som vi samarbeider med. Så det er der vi gjør jobben akkurat nå. Og det var der vi demonstrerte de grunnleggende prinsippene,” Hegelich sa.

“Og så har vi vår første firmaprototype, i utgangspunktet under konstruksjon nå, og som vil ta noen år eller tre år av kontrakten, konstruere maskinen og så håper vi å ha en første fullverdig maskin med bildebehandling og så videre, kanskje fem år.

Hegelich forventer at hver akselerator vil koste rundt $10 millioner til $20 millioner hver, og til slutt blir billigere med tid og utvikling.

“Den første vil sannsynligvis være som alle prototyper, først er de dyrere. Men når du først har begynt å lage mange av dem, tror jeg på en måte som er lavt på $10 til $20 millioner, avhengig av størrelsen. Og der vil vi kanskje til og med være under 10 millioner dollar rekkevidde. Så noen få millioner dollar for bare røntgenbilder av for eksempel 3D-printede deler, metalldeler og så videre.”

Foreløpig sier TAU at deres største utfordring er å finne kvalifiserte folk til å jobbe i dette gryende feltet.

“Det er fortsatt et relativt nytt felt, og vi konkurrerer om folk med de største og mest anerkjente akademiske institusjonene i verden.”