什么是粒子加速器?

2022-05-11 14:05  来源:国际原子能机构    粒子加速器  核工程与核技术

粒子加速器产生并加速原子和亚原子大小的带电粒子束,例如电子、质子和离子。它们不仅用于基础研究以提高对物质的理解,还用于与健康、环境监测、食品质量、能源和航空航天技术等相关的大量社会经济应用。


粒子加速器产生并加速原子和亚原子大小的带电粒子束,例如电子、质子和离子。它们不仅用于基础研究以提高对物质的理解,还用于与健康、环境监测、食品质量、能源和航空航天技术等相关的大量社会经济应用。

如果您不是专家,以下是您需要了解的内容。

它们是如何工作的?

粒子加速器的形状可以是线性的(直的)或圆形的,并且有许多不同的尺寸。它们可以长达数十公里,也可以放在一个小房间里,但所有加速器都具有四个主要部件。

 

(1) 产生带电粒子的源。

(2) 一种复合装置,通过施加静态或振荡电场为粒子添加能量并加速它们;

(3) 一系列真空中的金属管,使粒子可以自由移动,而不会与空气分子或可以消散光束的灰尘碰撞;

(4) 一种电磁铁系统,用于在轰击目标样品之前引导和聚焦光束粒子或改变它们的轨迹。

如何使用粒子束?

Health

Beams 可用于对医疗设备进行消毒,并可以产生合成用于癌症诊断和治疗的放射性药物所需的放射性同位素。大型加速器还用于破坏癌细胞,揭示蛋白质和病毒的结构,优化疫苗和新药。

研究

一些加速器——最大的加速器——被用来使亚核粒子以接近光速的速度碰撞,以增进我们对宇宙起源的认识。其中一些加速器也用于产生中子,通常供核研究反应堆使用。

环境

通常质子束可用于检测空气、水或土壤中的微量化学元素。例如,使用分析技术研究的特殊过滤器收集空气样本中的化学物质。结果揭示了不同污染物的浓度和组成,并提供了空气质量的独特特征。

工业

光束可以与目标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?

粒子加速器在医学、工业和研究中有许多应用。这些机器将电子和质子等带电粒子加速到高速,有时甚至接近光速。

粒子加速器有哪些不同类型?

离子注入

机 离子注入机广泛用于工业,例如,使材料更能抵抗磨损和使用造成的损坏。全球约有 12,000 台离子注入机帮助制造用于手机和太阳能电池板的半导体。它们还用于金属、陶瓷和玻璃饰面,以硬化表面,使其更耐用并延长使用寿命。离子注入机还可以提高用于医疗植入物的材料的可靠性,因此它们在体内使用更安全。

电子束加速器

全球有近 10,000 台机器在运行,电子束加速器是行业中的一匹马。例如,它们有助于使材料在极端温度下更耐用或耐化学品。电子束还广泛用于对医疗产品和食品进行消毒,以及对污水进行消毒。它们广泛用于汽车和航空航天工业、机械制造和医疗产品制造商。

直线加速器

直线加速器 ( linacs) 的长度可能从几米到几公里不等。其中许多用于科学研究。最广为人知的是安装在医院的医疗直线加速器,它产生的 X 射线爆发被引导至肿瘤细胞以摧毁它们。全球约有 1000 台医疗直线加速器在运行。

回旋加速器

全世界有 1200 多个回旋加速器产生用于医疗用途的质子或氘核束。他们生产用于医学成像的放射性同位素,以诊断和随后治疗癌症。许多回旋加速器位于医院,为患者生产含有短寿命放射性同位素的救生放射性药物。

同步加速器

70 多个同步加速器是粒子加速器中的巨人。它们用于科学研究,以帮助我们了解宇宙的基本规律而闻名,同时也用于众多应用。科学家们使用同步加速器来研究化学、生物医学、自然和文化遗产、环境等等。

静电加速器

静电加速器,尤其是串联加速器,成本较低,科学家们使用它们来研究材料特性、监测环境、支持生物医学研究、研究文化遗产对象等等。随着近期产能的提升,专家预计目前的 300 台机器在未来几年内的数量将会增加。



图为技术

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