Створено наноприскорювач рентгену розміром із стіл

Традиційно потужне рентгенівське випромінювання отримують за допомогою синхротронів — гігантських установок розміром із футбольне поле.

Однак дослідження, представлене на конференції NanoAc 2025, демонструє можливість створення “настільного прискорювача” на основі нанотехнологій. Основним інноваційним компонентом є вуглецеві нанотрубки — циліндричні структури з атомів вуглецю, здатні витримувати надвисокі електричні поля. Як пояснює автор дослідження, “ми створили мікроскопічний синхротрон, де ті самі фізичні принципи, що керують великими установками, відтворені на нано-рівні”.

Принцип роботи нового пристрою базується на використанні круговополяризованого лазера — світла, що закручується подібно до штопора. Це випромінювання породжує на поверхні нанотрубок так звані поверхневі плазмон-поляритони — хвилі, що виникають на межі світла та речовини. За словами дослідників, “світло й електрони взаємодіють, як ключ і замок, в межах структури нанотрубки”. Це дозволяє прискорити електрони до величезних швидкостей, спричиняючи когерентне випромінювання рентгенівських променів з інтенсивністю, співмірною з великими синхротронами.

Комп’ютерне моделювання показало, що така система може досягати електричних полів у кілька теравольт на метр — на порядки вищих, ніж у традиційних прискорювачах. Це відкриває перспективу створення недорогих і компактних джерел випромінювання для університетів, лікарень та промислових лабораторій. “Це змінює правила гри: не потрібно чекати місяцями доступу до національних синхротронів”, — підкреслює керівник команди Біфенг Лей.

Практичне застосування технології може охопити медицину (зокрема, покращену мамографію), розробку ліків (структурний аналіз білків у реальному часі) та тестування напівпровідників без руйнування їхньої структури. Наступним етапом стане експериментальне підтвердження теоретичних результатів, оскільки всі необхідні компоненти — лазери та нанотрубки — вже доступні в сучасних лабораторіях.

Таким чином, нова технологія відкриває шлях до демократизації доступу до передових наукових інструментів. “Майбутнє прискорювальної фізики — це не лише гігантські колайдери, а й розумні, компактні пристрої, що працюють поруч з нами”, — резюмує автор.