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在無(wú)論是確定污染物的來(lái)源、表征食品中的污染物、對(duì)單個(gè)生物細(xì)胞進(jìn)行成像,還是確定歷史文物的年代,科學(xué)家都能使用離子束獲得答案。但什么是離子束?如何使用離子束?
離子束,顧名思義,是帶電的原子流。離子束中的離子是由稱為離子源的特殊儀器產(chǎn)生的。粒子加速器中產(chǎn)生電場(chǎng),離子進(jìn)入電場(chǎng)后開(kāi)始加速,并由磁場(chǎng)引導(dǎo)和聚焦,在金屬管內(nèi)的真空中以平行軌跡移動(dòng)。根據(jù)加速器的類型,離子束可以被加速到接近光速。
“ 粒子束是獨(dú)特的探針,不僅可以用來(lái)更好地了解宇宙,而且可以分析并利用物理過(guò)程來(lái)改善生活,支持經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)。
就串列靜電加速器(見(jiàn)圖)而言,離子束被轟擊到一個(gè)材料樣品或物體上。與材料的相互作用可以迫使離子束中的離子改變方向,或者碰撞可以導(dǎo)致粒子或輻射釋放,主要以X射線或γ射線的形式釋放。然后可以檢測(cè)和分析這種輻射。
能量和所發(fā)射輻射的特性可揭示被轟擊樣品的組成細(xì)節(jié),例如它是否是晶體、硬度如何,以及對(duì)新興技術(shù)有意義的物理特性。被轟擊樣品材料或物體也可能在物質(zhì)的形狀和相態(tài)上有所不同,可以是薄薄的箔片;小土球;人類、動(dòng)物或植物細(xì)胞;種子;巖石;液體;甚至是歷史文物或銅像。根據(jù)材料的形式和組成,轟擊可以在真空或空氣中進(jìn)行。
由于其獨(dú)特的分析和改進(jìn)能力,加速離子束有許多應(yīng)用。在植物突變育種中,使用離子束輻照植物材料或幼苗,通過(guò)誘導(dǎo)突變加速其自然進(jìn)化過(guò)程,從而研發(fā)出更高產(chǎn)或抗病抗旱的作物。
質(zhì)子和其他離子被廣泛用于生產(chǎn)所需的放射性同位素,制造用于診斷和治療癌癥的放射性藥物。在癌癥治療中,質(zhì)子和碳離子束被用來(lái)轟擊癌癥腫瘤,特別是在其他療法不可行的情況下。這些束流將能量傳遞到腫瘤,加熱并分解腫瘤。
隨著對(duì)更強(qiáng)、更好材料的需求不斷增加,各種各樣的離子束還被用來(lái)改變材料特性,加強(qiáng)材料抗性。例如,航天器或核聚變堆需要能夠承受惡劣輻射環(huán)境的材料。
與離子束相似的是電子束。電子束是由各種加速器中的電子源產(chǎn)生的電子流,用來(lái)產(chǎn)生X射線,在醫(yī)學(xué)治療中用于輻照和殺死癌細(xì)胞。電子束或X射線也被用于輻照食品,在不降低食品的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值、質(zhì)量或味道的情況下,殺死有害細(xì)菌。
世界各國(guó)都可以從離子束和電子束應(yīng)用中受益,原子能機(jī)構(gòu)正計(jì)劃在奧地利塞伯斯多夫建立最先進(jìn)的串列離子束設(shè)施。有了這個(gè)加速器,原子能機(jī)構(gòu)就能夠?yàn)槭澜绺鞯氐目茖W(xué)家提供離子束多樣化應(yīng)用(包括產(chǎn)生中子等二次粒子)方面的研究、教育和培訓(xùn)支持。
“粒子束是獨(dú)特的探針,不僅可以用來(lái)更好地了解宇宙,而且可以分析并利用物理過(guò)程來(lái)改善生活,支持經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)。”原子能機(jī)構(gòu)物理處處長(zhǎng)Danas Ridikas說(shuō),“粒子加速器是一項(xiàng)具有成本效益的投資,有助于實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。通過(guò)新的串列離子束加速器,原子能機(jī)構(gòu)可進(jìn)一步幫助各國(guó)加強(qiáng)其在加速器技術(shù)及其應(yīng)用方面的能力。”
為了使離子束設(shè)施項(xiàng)目能夠獲取串列加速器、所需基礎(chǔ)設(shè)施和相關(guān)儀器儀表,以及其運(yùn)行所需的資源, 原子能機(jī)構(gòu)正在籌集約460萬(wàn)歐元。
2022.05Vol. 63-2