粒子加速器的基本部件

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，如電子、質(zhì)子和離子。它們不僅用于改善對物質(zhì)理解的基礎(chǔ)研究，而且用于與健康、環(huán)境監(jiān)測、食品質(zhì)量、能源和航空航天技術(shù)等領(lǐng)域相關(guān)的大量社會經(jīng)濟應(yīng)用。

粒子加速器的形狀可以是線性（直線）或圓形，并且有許多不同的尺寸。它們可以有幾十千米長，也可以放在一個小房間里，但所有加速器都有四個主要部件。

(1) 產(chǎn)生帶電粒子的源；

(2) 復(fù)合裝置，通過施加靜電場或交流電場向粒子添加能量并使其加速；

(3) 在真空中的一串金屬管，使粒子能夠自由移動，而不會與空氣分子或灰塵碰撞，空氣分子或灰塵會使束流消散；

(4) 用于引導(dǎo)和聚焦束流、或在撞擊靶樣之前改變其軌跡的電磁鐵系統(tǒng)。

粒子束的用途

健康

束流可用于醫(yī)療設(shè)備滅菌，生產(chǎn)合成用于癌癥診斷治療的放射性藥物所需的放射性同位素。大型加速器可以破壞癌細胞，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，即最大型的加速器，用于使亞核粒子發(fā)生碰撞，以提升我們對宇宙的認(rèn)識。其中一些加速器也用于產(chǎn)生中子。

環(huán)境

通常，質(zhì)子束可用于檢測空氣、水或土壤中的痕量化學(xué)元素。例如，它們可以揭示不同污染物的濃度和成分，并提供空氣質(zhì)量的獨特特征。

工業(yè)

束流可與靶材原子相互作用，例如，使材料更耐用。

粒子加速器類型

離子注入機

離子注入機廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，例如，使材料更耐磨損、更耐用。全球約有12 000臺離子注入機用于制造智能手機和太陽能電池板的半導(dǎo)體，使金屬、陶瓷和玻璃飾面硬化。離子注入機還可以提高醫(yī)用植入物材料的可靠性。

工業(yè)用電子束加速器

全球有近10 000臺電子束加速器在運行。例如，它們可以使材料在極端溫度下更耐用，或更耐化學(xué)品。電子束還用于醫(yī)療產(chǎn)品和食品滅菌，以及污水消毒處理。它們廣泛用于汽車和航空航天工業(yè)、機器制造以及醫(yī)療產(chǎn)品制造。

直線加速器

直線加速器的長度從幾米到幾千米長度不一，其中許多加速器用于科學(xué)研究。安裝在醫(yī)院里的醫(yī)用直線加速器產(chǎn)生X射線束，被引導(dǎo)至腫瘤細胞，將腫瘤細胞殺死。全球約有1000臺醫(yī)用直線加速器在運行。

回旋加速器

全球有超過1200臺回旋加速器，用于產(chǎn)生醫(yī)用質(zhì)子束或氘核束，生產(chǎn)放射性同位素用于醫(yī)療成像，以診斷和治療癌癥。許多回旋加速器建在醫(yī)院，用于生產(chǎn)具有短壽命放射性同位素的放射性藥物。

同步加速器

全球有70多臺同步加速器，它們是粒子加速器中的巨無霸，被用于科學(xué)研究，幫助我們了解宇宙的基本規(guī)律?？茖W(xué)家利用同步加速器研究化學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、自然和文化遺產(chǎn)、環(huán)境等問題。

靜電加速器

靜電加速器，特別是串列加速器，成本較低，科學(xué)家利用它們研究材料特性、監(jiān)測環(huán)境、支持生物醫(yī)學(xué)研究、研究文化遺產(chǎn)物品等。全球目前有300臺靜電加速器，專家預(yù)計未來幾年數(shù)量會增加。

目前，全球有超過20 000臺加速器在運行。

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