Это был образный удар по голове, который заставил выдающегося технического сотрудника Sandia National Laboratories Хуана Элизондо-Деканини мыслить нестандартно - в его случае это был цилиндр.
Он разработал новую конфигурацию нейтронных генераторов, перейдя от обычных цилиндрических трубок к плоской геометрии компьютерных чипов. По его словам, для сравнения размеров небольшие нейтронные генераторы, похожие на мини-ускорители, имеют диаметр от 1 до 2 дюймов.
«Идея источника нейтронов в форме компьютерного чипа - компактного, простого и недорогого в массовом производстве - открывает двери для множества приложений», - сказал Элизондо-Деканини.
Наиболее практичным и наиболее вероятным в краткосрочной перспективе был бы крошечный медицинский источник нейтронов, имплантированный близко к опухоли, который позволил бы больным раком получать низкую дозу нейтронов в течение длительного периода времени дома вместо ему нужно лечиться в больнице, сказал он.
Технология готова к лицензированию для некоторых коммерческих приложений, но для других более сложных коммерческих приложений может потребоваться от пяти до 10 лет, сказал Элизондо-Деканини.
«Это действительно революционная технология», - сказал Стюарт Гриффитс, который в декабре ушел на пенсию с должности старшего научного сотрудника и инженера в Sandia. «Знания, понимание и творческий подход Хуана позволили совершить действительно большой скачок от сегодняшнего дня к тому, как мы могли бы создавать нейтронные генераторы в будущем».
Гриффитс сказал, что влияние не будет известно в течение многих лет, однако.
«Созревание технологии все еще необходимо, но если этот процесс будет успешным, он окажет огромное влияние», - сказал он.
Трехлетний проект лабораторных исследований и разработок (LDRD), которым руководил Элизондо-Деканини, продемонстрировал базовую технологию, необходимую для крошечного массового нейтронного генератора, который, по его словам, может быть адаптирован для медицинских и промышленных применений. Он сказал, что его команда ищет финансирование, чтобы убедиться, что система работает надежно и может быть масштабирована в соответствии с потребностями.
Элизондо-Деканини сказал, что все началось, когда ныне вышедший на пенсию старший менеджер Майк Сюлин сказал исследователям, что ему нужны нейтроны, и ему все равно, как они производятся. Элизондо-Деканини сказал, что до этого удара по голове «мы глубоко погрузились в пресловутую коробку, сосредоточившись на том, чтобы сделать цилиндр более цилиндрическим».
Традиционно генераторы нейтронов на основе ускорителей с мишенями из ионов дейтерия и трития работали на цилиндрах, что позволяет легко контролировать электрическое поле и форму ионного пучка, сказал он. Но эта геометрия также ограничивает размер, ток пучка и выход нейтронов.
Итак, члены команды Элизондо-Деканини обратились к геометрии компьютерных чипов. Отметив, что чипы имеют два транзистора на бит, они задались вопросом, могут ли они производить один нейтрон на транзистор - то, что один из коллег Элизондо-Деканини назвал «нейтристором».
"Как только вы это видите, это становится очевидным… но до этого никто никогда не думал об этом", - сказал Элизондо-Деканини.
Веселье началось с технологических проблем, которые возникли, сказал он.
Первым шагом команды было выяснить, возможно ли сделать генератор в форме плоского компьютерного чипа со всеми компонентами, нанесенными на поверхность - от источника ионов до мишени, сказал Элизондо-Деканини.
«Мы даже не знали, как правильно масштабировать цилиндрическую форму, чтобы перейти к плоской, или от высокого рабочего напряжения к более низкому рабочему напряжению», - вспоминает он.
Однако, по его словам, диаграмма поперечного сечения простейшей нейтронной трубки на основе диодов была преобразована в идеальную топологию поверхностного монтажа, и члены команды знали, что у них есть инструменты для ее разработки.
Проект LDRD объединил людей со всей Сандии, включая дизайн, микроэлектронику, материалы, керамику, прецизионное производство, загрузку ионного газа, проектирование и калибровку обнаружения. После семи месяцев работы над конструкцией ионно-лучевой линзы и еще шести месяцев на необходимое моделирование команда уменьшила масштаб.
«Задачи переключились на создание устройства микронного размера, а затем наноразмера, пока мы не смогли больше уменьшить его», - сказал Элизондо-Деканини. На сегодняшний день проект продемонстрировал масштабирование до миллиметрового и микронного размера, при этом производство нейтронов продемонстрировано в миллиметровом размере, а источники ионов продемонстрированы в микронном размере, сказал он..
Команда перешла от миллиметрового корпуса, похожего на печатную плату, к микронному корпусу и концепту монтажа корпуса на компьютерный чип. Конфигурация чипа позволяет изменять количество слоев в стеке. Это привело к идее вращать эти слои для радиального выброса, чтобы увеличить производительность - в некотором роде возврат к цилиндру.
Чтобы проиллюстрировать это, Элизондо-Деканини закрепил один конец образца прямоугольной миллиметровой конструкции и повернул свободный конец по кругу, подобно вращению транспортира.
«Внезапно у вас появилась цилиндрическая полость, похожая на таблетницу», - сказал он. «Он по-прежнему плоский, но теперь выглядит как таблетница, и я увеличил количество нейтронов на один или два порядка».
Если из каждого бита может быть получен нейтрон, «это источник нейтронов, который вы можете использовать практически где угодно, в медицинских приложениях, в датчиках для контрабанды, для нераспространения», - сказал он.
Элизондо-Деканини представил доклад «Поверхностные нейтронные генераторы» на симпозиуме LDRD Национального управления по ядерной безопасности в Вашингтоне, округ Колумбия, в июле 2011 года в качестве одного из трех технических докладчиков, выбранных каждой из лабораторий NNSA для продемонстрировать свою ведущую исследовательскую деятельность в области LDRD.
Патент был подан на гибрид миллиметрового размера - гибрид, потому что все твердотельное, за исключением вакуумного зазора - который будет использоваться для терапии рака с захватом нейтронов. Кроме того, в рамках проекта было реализовано полдюжины технических достижений, группа тестирует массивы источников нейтронов микронного размера, построенные с использованием оборудования Sandia MicroElectricoMechanical Systems, и начала работу по коммерческой передаче технологий.
Элизондо-Деканини представил свою работу в начале апреля на Параде плакатов на саммите по потоку сделок Technology Ventures Corporation (TVC), который дает исследователям возможность поговорить с возможными инвесторами. Некоммерческая организация TVC была основана и финансировалась Lockheed Martin, чтобы помочь коммерциализировать технологии национальных лабораторий.
Видение Элизондо-Деканини относительно нейтронного генератора будущего заключается в том, что он не использует тритий и не использует вакуум, выполнен в твердотельном корпусе и изготовлен на комплексе Sandia Microsystems and Engineering Sciences Applications (MESA).
"Это имеет очень важные технологические последствия и вызовы", - сказал он. «Но это то, что я говорю людям, это то, чем занимаются национальные лаборатории».