更便宜的粒子加速器

西门子全球研究部已经与它的战略合作伙伴之一,斯科尔科沃俄罗斯研究中心,制定了新的加速器技术合作计划。参与项目的部门包括研究核物理的新西伯利亚德克尔学院、研究理论和实验物理学的莫斯科法兰克福歌德大学和重离子研究学会(Schwerionenforschung)的所在地达姆施塔特德国歌德大学研究所。

目前,高能量中子、质子和其他离子光束已在医疗放射和材料加工领域中被广泛使用。由于加速这些粒子所需的高电压由高频率发生器产生,所以需要使用新的半导体元件。最新研究结果表明,西门子所制备的新型半导体元件可大幅增加发电机的效率,占用空间少且价格便宜。

人们往往将粒子加速器与欧洲核子研究协会和德国电子同步加速器研究所等大型实验室相关联,但是事实上,世界上使用的大约30,000个粒子加速器大多位于实验室和厂房中。加速器的核心是高频率发电机产生的几个频率达几百兆赫兹的高频电压。高频发电机主要由电子管构成,需要复杂的高电压电气供应,最高效率约为60%。

为了实现更高的效率,西门子研究人员正使用基于半导体碳化硅的晶体管来取代电子管,这些晶体管可在非常高的频率下工作,可实现高功率输出并将器件整体工作效率提升至70%。一个这种晶体管可实现几千瓦的功率输出,并且比传统电子管小一百倍。现在,几个半导体碳化硅晶体管组成的模块可以实现324兆赫的频率,160千瓦的输出功率。这些参数已经可以满足医疗和工业应用的需要,下一步的目标是将输出功率提高至三兆瓦,以满足科学研究的需求。

研究人员还为新型加速器开发价格低廉的标准化控制柜,这些控制柜可根据需求进行组合。这一产品原型将于2013年推出。