什么是粒子加速器？

粒子加速器的基本部件

粒子加速器產生并加速原子和亞原子大小的帶電粒子束，如電子、質子和離子。它們不僅用于改善對物質理解的基礎研究，而且用于與健康、環境監測、食品質量、能源和航空航天技術等領域相關的大量社會經濟應用。

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) 產生帶電粒子的源；

(2) 復合裝置，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) 用于引導和聚焦束流、或在撞擊靶樣之前改變其軌跡的電磁鐵系統。

粒子束的用途

健康

束流可用于醫療設備滅菌，生產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，揭示蛋白質和病毒的結構，優化疫苗和新藥。

研究

一些加速器，即最大型的加速器，用于使亞核粒子發生碰撞，以提升我們對宇宙的認識。其中一些加速器也用于產生中子。

環境

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

工業

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

離子注入機廣泛應用于工業領域，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體，使金屬、陶瓷和玻璃飾面硬化。離子注入機還可以提高醫用植入物材料的可靠性。

工業用電子束加速器

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，或更耐化學品。電子束還用于醫療產品和食品滅菌，以及污水消毒處理。它們廣泛用于汽車和航空航天工業、機器制造以及醫療產品制造。

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研究。安裝在醫院里的醫用直線加速器產生X射線束，被引導至腫瘤細胞，將腫瘤細胞殺死。全球約有1000臺醫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，用于產生醫用質子束或氘核束，生產放射性同位素用于醫療成像，以診斷和治療癌癥。許多回旋加速器建在醫院，用于生產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，被用于科學研究，幫助我們了解宇宙的基本規律。科學家利用同步加速器研究化學、生物醫學、自然和文化遺產、環境等問題。

靜電加速器

靜電加速器，特別是串列加速器，成本較低，科學家利用它們研究材料特性、監測環境、支持生物醫學研究、研究文化遺產物品等。全球目前有300臺靜電加速器，專家預計未來幾年數量會增加。

目前，全球有超過20 000臺加速器在運行。

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