El acelerador digital KEK (KEK-DA) de la Organización de Investigación de Aceleradores de Alta Energía es una renovación del sincrotrón de protones de refuerzo KEK de 500 MeV , que se cerró en 2006. El LINAC de tubo de deriva de 40 MeV existente y las cavidades de RF han sido reemplazadas por una fuente de iones de resonancia ciclotrónica electrónica (ECR) integrada en una terminal de alto voltaje de 200 kV y celdas de aceleración por inducción, respectivamente.
En principio, un DA es capaz de acelerar cualquier especie de ion en todos los estados de carga posibles. El KEK-DA se caracteriza por componentes aceleradores específicos, como una fuente de iones ECR de banda X de imán permanente , una línea de transporte de baja energía, un acelerador de inyección electrostática, un imán de septum de extracción operado en aire, imanes principales de función combinada y un sistema de aceleración por inducción. El método de aceleración por inducción, que integra tecnología de potencia de pulso moderna y control digital de última generación , es crucial para el KEK-DA de ciclo rápido. Los problemas clave de la dinámica del haz asociados con la inyección de baja energía de iones pesados son la pérdida del haz causada por la captura y el desprendimiento de electrones como resultado de la interacción con moléculas de gas residuales y la distorsión de órbita cerrada resultante de campos remanentes relativamente altos en los imanes de flexión.
Por muy inquietante que parezca, imaginemos células cancerosas situadas cerca de un órgano humano, células que necesitan ser tratadas. Uno de los tratamientos más prometedores es irradiar células cancerosas con partículas de alta energía para ionizar las moléculas de ADN en las células cancerosas, rompiendo las moléculas y matando las células. Los médicos pueden utilizar la radiación para dañar las células cancerosas, pero no las células sanas que las rodean. La terapia con partículas utiliza una propiedad de las partículas llamada pico de Bragg de disposición de energía. Cuando una partícula viaja a través de un material, deposita energía en sus alrededores a medida que avanza, antes de detenerse por completo. Resulta que los iones pierden la mayor parte de su energía inmediatamente antes de detenerse. Esta propiedad se puede utilizar para atacar a las células cancerosas que se encuentran a cierta distancia de la piel, sin afectar a los tejidos sanos en su camino. Otra radioterapia bien conocida para el cáncer, la terapia con rayos X , no puede hacer esto. El espectro de pérdida de energía es mucho más amplio, por lo que gran parte de la energía es absorbida por las regiones circundantes, dañando las regiones no deseadas. Esta característica sigue siendo la misma para la técnica desarrollada recientemente llamada radioterapia de intensidad modulada CHHIP.
Sentido y respuesta serían las palabras adecuadas para describir el principio que subyace al acelerador de partículas digital. En lugar de cavidades de radiofrecuencia, un anillo acelerador digital está equipado con dispositivos llamados celdas de aceleración por inducción. Las partículas viajan alrededor del anillo en forma de haz. Cuando un haz de partículas cargadas pasa por un sensor de haz, el sistema capta las señales y calcula el tiempo para generar el voltaje de pulso necesario para acelerar el haz, y luego produce el voltaje de pulso que energiza un transformador.
Utilizando el haz de iones pesados, intenso y bien controlado, los científicos podrán fabricar filtros de malla con agujeros de tamaño nanométrico. Un material de este tipo podría utilizarse como filtro de hemoglobina para la sangre. El haz de iones intenso también puede alterar las propiedades del material del diamante cuando se dispara sobre él para cambiar la estructura cristalina, convirtiendo un aislante en un conductor. Esto permitirá la producción de circuitos tridimensionales de tamaño nanométrico. Las aplicaciones de este tipo de circuitos podrían cambiar por completo la industria de los dispositivos semiconductores y podrían ser útiles para tecnologías futuras como un ordenador cuántico . Debido a que los iones pesados transfieren energía a su entorno de forma mucho más eficiente que los rayos gamma o los rayos X, un acelerador digital también será una excelente herramienta para inducir mutaciones, rompiendo la doble hélice del ADN . Esto tiene importantes aplicaciones en la ciencia medioambiental. La combinación de la mutación inducida con la ingeniería genética es un enfoque prometedor para desarrollar cultivos con mayores rendimientos de alimentos y biocombustibles. Por otro lado, los astrofísicos planean utilizar la tecnología del acelerador digital para crear condiciones de alta temperatura y alta presión como las del núcleo de Júpiter. Los biólogos también planean utilizar el acelerador digital para reproducir el entorno interestelar y explorar cómo se puede formar la vida en el entorno interestelar de los rayos cósmicos y el medio cósmico. [1]