Мініатюрний прискорювач частинок - протонное зброю для вбивства злоякісних пухлин.
Починаючи з 1990-х років медики в різних країнах намагалися використовувати протонні промені замість радіоактивного випромінювання для лікування злоякісних ракових пухлин. Протонна терапія більш точна і вона завдає менше шкоди здоровим тканинам людського організму. Але, на жаль, для того, що б отримати промінь протонів достатньої потужності потрібно прискорювач частинок, розмірами з ангар для літака і вартістю більш ніж 100 мільйонів доларів. Таким чином, встановлення протонної терапії залишаються великою рідкістю, в даний час таких установок в усьому світі налічується всього 37 штук. З їх допомогою в минулому році було проведено лікування 10 тисяч чоловік, не менше п'яти відсотків від загальної кількості пацієнтів, яким могла б допомогти протонна терапія.
Учені і інженери компанії Compact Particle Acceleration Corporation (CPAC), що знаходиться в Лівермора, Каліфорнія, займаються розробкою прискорювача частинок, завдовжки всього 4 метри, вартість якого не буде перевищувати 30 мільйонів доларів. Більшість прискорювачів використовує величезні постійні або електричні магніти для того, що б виробити потужне постійне магнітне поле, разгоняющее частинки. Використання таких магнітів вимагає бетонних захисних бар'єрів, товщиною до трьох метрів і великої кількості супроводжуючих апаратних засобів.
Досвідчений зразок прискорювача CPAC для прискорення частинок використовує не просто магнітне поле, а електромагнітне поле, що розпочинається спеціальними електричними лініями-резонаторами, використання яких не вимагає масивного огорожі і громіздкого додаткового обладнання.
Звичайно, в складі прискорювача CPAC є і магніти. Але ці магніти служать лише для того, що б отримати позитивно заряджені протони з обсягу водневої плазми, виробленої подвійним плазматрон, дуоплазматроном. Відхиляюча магнітна система фокусує протони в щільний потік, який надходить у інжектор, де мікрохвильових електромагнітні поля частинки розганяють до швидкості близько 8 мільйонів кілометрів на годину.
Одночасно з цим спеціальний лазер виробляє потужний світловий імпульс, який розщеплюється на кілька пучків, що подаються в оптоволоконні лінії різної довжини. Ці імпульси світла, що потрапляють на поверхню резонаторів, виготовлених зі спеціального матеріалу, призводять до вивільнення матеріалом вільних електронів, що дозволяє отримати імпульс електромагнітного поля з заданими характеристиками. Послідовність таких імпульсів дозволяє розігнати протонний промінь до швидкості майже 540 мільйонів кілометрів на годину, приблизно до половини швидкості світла. Всім цим процесом управляє спеціалізований високоточний таймер, який строго в задані моменти часу включає або відключає магніти, лазер та інші елементи конструкції прискорювача, змушуючи їх діяти як єдина система.
В протонної терапії потрібна обробка злоякісної пухлини пучком протонів з різних кутів. Розробники прискорювача вважали, що замість того, що б рухати чотириметрову конструкцію прискорювача навколо пацієнта легше пересувати самого пацієнта так, як це потрібно. Для цього до складу установки включено спеціальне автоматизоване крісло, яке володіє декількома ступенями свободи переміщень, що дозволяє повернути або нахилити пацієнта у будь-який потрібний для обробки становище.