粒子加速器產(chǎn)生并加速原子和亞原子大小的帶電粒子束，例如電子、質(zhì)子和離子。它們不僅用于基礎(chǔ)研究以提高對物質(zhì)的理解，還用于與健康、環(huán)境監(jiān)測、食品質(zhì)量、能源和航空航天技術(shù)等相關(guān)的大量社會經(jīng)濟應(yīng)用。

如果您不是專家，以下是您需要了解的內(nèi)容。

它們是如何工作的?

粒子加速器的形狀可以是線性的(直的)或圓形的，并且有許多不同的尺寸。它們可以長達數(shù)十公里，也可以放在一個小房間里，但所有加速器都具有四個主要部件。

(1) 產(chǎn)生帶電粒子的源。

(2) 一種復合裝置，通過施加靜態(tài)或振蕩電場為粒子添加能量并加速它們;

(3) 一系列真空中的金屬管，使粒子可以自由移動，而不會與空氣分子或可以消散光束的灰塵碰撞;

(4) 一種電磁鐵系統(tǒng)，用于在轟擊目標樣品之前引導和聚焦光束粒子或改變它們的軌跡。

如何使用粒子束?

Health

Beams 可用于對醫(yī)療設(shè)備進行消毒，并可以產(chǎn)生合成用于癌癥診斷和治療的放射性藥物所需的放射性同位素。大型加速器還用于破壞癌細胞，揭示蛋白質(zhì)和病毒的結(jié)構(gòu)，優(yōu)化疫苗和新藥。

研究

一些加速器——最大的加速器——被用來使亞核粒子以接近光速的速度碰撞，以增進我們對宇宙起源的認識。其中一些加速器也用于產(chǎn)生中子，通常供核研究反應(yīng)堆使用。

環(huán)境

通常質(zhì)子束可用于檢測空氣、水或土壤中的微量化學元素。例如，使用分析技術(shù)研究的特殊過濾器收集空氣樣本中的化學物質(zhì)。結(jié)果揭示了不同污染物的濃度和組成，并提供了空氣質(zhì)量的獨特特征。

工業(yè)

光束可以與目標材料的原子相互作用，例如使材料更耐用。

什么是粒子加速器?

粒子加速器有哪些不同類型?

離子注入

機 離子注入機廣泛用于工業(yè)，例如，使材料更能抵抗磨損和使用造成的損壞。全球約有 12,000 臺離子注入機幫助制造用于手機和太陽能電池板的半導體。它們還用于金屬、陶瓷和玻璃飾面，以硬化表面，使其更耐用并延長使用壽命。離子注入機還可以提高用于醫(yī)療植入物的材料的可靠性，因此它們在體內(nèi)使用更安全。

電子束加速器

全球有近 10,000 臺機器在運行，電子束加速器是行業(yè)中的一匹馬。例如，它們有助于使材料在極端溫度下更耐用或耐化學品。電子束還廣泛用于對醫(yī)療產(chǎn)品和食品進行消毒，以及對污水進行消毒。它們廣泛用于汽車和航空航天工業(yè)、機械制造和醫(yī)療產(chǎn)品制造商。

直線加速器

直線加速器 ( linacs) 的長度可能從幾米到幾公里不等。其中許多用于科學研究。最廣為人知的是安裝在醫(yī)院的醫(yī)療直線加速器，它產(chǎn)生的 X 射線爆發(fā)被引導至腫瘤細胞以摧毀它們。全球約有 1000 臺醫(yī)療直線加速器在運行。

回旋加速器

全世界有 1200 多個回旋加速器產(chǎn)生用于醫(yī)療用途的質(zhì)子或氘核束。他們生產(chǎn)用于醫(yī)學成像的放射性同位素，以診斷和隨后治療癌癥。許多回旋加速器位于醫(yī)院，為患者生產(chǎn)含有短壽命放射性同位素的救生放射性藥物。

同步加速器

70 多個同步加速器是粒子加速器中的巨人。它們用于科學研究，以幫助我們了解宇宙的基本規(guī)律而聞名，同時也用于眾多應(yīng)用。科學家們使用同步加速器來研究化學、生物醫(yī)學、自然和文化遺產(chǎn)、環(huán)境等等。

靜電加速器

靜電加速器，尤其是串聯(lián)加速器，成本較低，科學家們使用它們來研究材料特性、監(jiān)測環(huán)境、支持生物醫(yī)學研究、研究文化遺產(chǎn)對象等等。隨著近期產(chǎn)能的提升，專家預(yù)計目前的 300 臺機器在未來幾年內(nèi)的數(shù)量將會增加。