Европейская лаборатория CERN, в которой размещен крупнейший в мире ускоритель частиц, продемонстрировала первый квадрупольный компонент, созданный для ускорителей с использованием лазерной 3D-печати PBF и чистого медного материала. Это первое в мире достижение стало возможным благодаря сотрудничеству Fraunhofer IWS с CERN, Рижским техническим университетом и Миланским политехническим университетом, всеми партнерами финансируемого ЕС проекта IFAST, координируемого CERN.

Готовый квадрупольный сегмент с полыми конструкциями и охлаждающими каналами для экономии материала (Фото: Christoph Wilsnack / Fraunhofer IWS).

Ученые видят большой потенциал в 3D-печати медью: «Такой подход позволит нам значительно сократить время производства», - прогнозирует Самира Грубер, эксперт по аддитивному производству чистой меди и медных сплавов в Fraunhofer IWS. Например, быстрое прототипирование ускорит будущее развитие ускорительной техники. Кроме того, аддитивное производство может сэкономить материал и, таким образом, снизить потребление ресурсов меди по сравнению с классическими процессами.

В настоящее время во всем мире действует более 30 000 ускорителей, подавляющее большинство из которых используется для исследований в области здравоохранения, окружающей среды и промышленности. Это приложение показывает, что 3D-печать - это один из способов сделать их меньше и экономичнее, а значит, более доступными для пользователей.

В Fraunhofer IWS зеленый лазер плавит чистый медный порошок и создает из него квадрупольную четверть (Фото: Christoph Wilsnack / Fraunhofer IWS).

Ускорители открывают значительные рыночные возможности.  По оценке калифорнийских промышленных экспертов Роберта Хамма и Марианны Э. Хамм в анализе 2012 года «Промышленные ускорители и их применение» в настоящее время во всем мире используется около 30 000 ускорителей. Согласно исследованию, компании и институты по всему миру используют эти системы для производства и анализа промышленных товаров на сумму 500 миллиардов долларов в год.

Ускорители интересны не только физикам элементарных частиц. В области медицины они могут использоваться для протонной терапии особенно коварных опухолей брюшной полости или головного мозга, а также для производства медицинских изотопов. CERN изучает другие применения квадрупольных ускорителей, включая анализ материалов с целью изучения шедевров искусства. Новые линейные ускорители настолько компактны, что становятся доступными даже для небольших больниц, аэропортов и лабораторий. 

Достигнутый успех открывает и новые перспективы для коммерческого производства и практического использования систем, работающих по принципу высокочастотных радиочастотных квадруполей (HF-RFQ). Эти системы могут использоваться, например, для более качественных и автоматизированных проверок наркотиков и оружия в аэропортах и даже для неразрушающего контроля деталей AM.

Так выглядит полный квадруполь в классическом исполнении. Соединенные в ряд, эти квадрупольные электроды ускоряют протоны, например, до очень высоких скоростей (Изображение: ЦЕРН). Фотограф: Брис, Максимилиан. Лицензия © CERN. Некоторые права защищены. Это изображение находится в свободном доступе для некоммерческого использования.

Источник