Un acelerador de pared dieléctrica ( DWA ) es un concepto de acelerador lineal de partículas compacto diseñado y patentado [1] a fines de la década de 1990, que funciona induciendo una onda electromagnética que viaja en un tubo que está construido principalmente de un material dieléctrico . La principal diferencia conceptual con un sistema de acelerador lineal con carga de disco convencional está dada por la pared dieléctrica adicional y la construcción del acoplador. [ Aclaración necesaria ]
Los posibles usos de este concepto incluyen su aplicación en radioterapia de haz externo (EBRT) utilizando protones o iones .
Una fuente de alimentación de corriente alterna externa proporciona una onda electromagnética que se transmite al tubo acelerador mediante una guía de ondas . La fuente de alimentación se activa durante un tiempo muy breve (funcionamiento por impulsos). [2]
La inducción electromagnética crea un campo eléctrico que se desplaza y acelera las partículas cargadas. La onda que se desplaza se superpone con la posición de las partículas cargadas, lo que provoca su aceleración en el interior a medida que pasan por el canal de vacío del tubo. [2] El campo dentro del tubo es negativo justo delante del protón y positivo justo detrás del protón. Como los protones tienen carga positiva, se aceleran hacia el negativo y se alejan del positivo. La fuente de alimentación cambia la polaridad de las secciones, de modo que permanezcan sincronizadas con el protón que pasa.
El tubo acelerador está hecho de láminas de sílice fundida , de sólo 250 μm de espesor. Después de pulirlas, las láminas se recubren con 0,5 μm de cromo y 2,5 μm de oro. Se apilan unas 80 capas de láminas y luego se calientan en un horno de soldadura fuerte, donde se fusionan. El conjunto apilado se mecaniza luego en un cilindro hueco. La sílice fundida es vidrio de cuarzo transparente puro, un dieléctrico, por lo que la máquina se llama "acelerador de pared dieléctrica".
En el boceto de la patente se muestra un boceto de uno de los módulos ensamblados del acelerador. El módulo tiene unos 3 cm de largo y el haz viaja hacia arriba. La pared dieléctrica se ve como el elemento número 81. Está rodeada por un dispositivo formador de pulsos llamado Blumlein . En la figura 8A, la fuente de alimentación carga el Blumlein. En la figura 8B, los interruptores de carburo de silicio que rodean al Blumlein se cierran, provocando un cortocircuito en el borde del Blumlein. La energía almacenada en el Blumlein se dirige hacia la pared dieléctrica en forma de pulso de alto voltaje.
Los aceleradores de pared dieléctrica tienen el potencial de reemplazar a los aceleradores de protones utilizados actualmente en radioterapia, debido a su menor tamaño, ventajas de costo y menores requisitos de protección.
El DWA [3] aborda los principales problemas de los sistemas actuales de terapia de protones : costo y tamaño. Dependiendo de la energía final del haz deseada , las soluciones de aceleradores médicos convencionales ( ciclotrones y pequeños sincrotrones ) pueden tener grandes factores de costo y requisitos de espacio, que podrían evitarse con DWA. El costo estimado para un DWA es de aproximadamente 20 millones de dólares estadounidenses .
Se espera que los DWA alcancen gradientes de aceleración de alrededor de 100 MV/m. [2]
El sistema es un derivado de un dispositivo DOE para inspeccionar armas nucleares. Este sistema requiere varios avances nuevos debido a las altas energías, por ejemplo, aislantes de alto gradiente. [4] Se necesita un interruptor fotoconductor de banda ancha , de aproximadamente 4000. Un Blumlein simétrico , con un ancho típico de 1 mm.