什么是粒子加速器？

粒子加速器的基本部件

粒子加速器产生并加速原子和亚原子大小的带电粒子束，如电子、质子和离子。它们不仅用于改善对物质理解的基础研究，而且用于与健康、环境监测、食品质量、能源和航空航天技术等领域相关的大量社会经济应用。

粒子加速器的形状可以是线性（直线）或圆形，并且有许多不同的尺寸。它们可以有几十千米长，也可以放在一个小房间里，但所有加速器都有四个主要部件。

(1) 产生带电粒子的源；

(2) 复合装置，通过施加静电场或交流电场向粒子添加能量并使其加速；

(3) 在真空中的一串金属管，使粒子能够自由移动，而不会与空气分子或灰尘碰撞，空气分子或灰尘会使束流消散；

(4) 用于引导和聚焦束流、或在撞击靶样之前改变其轨迹的电磁铁系统。

粒子束的用途

健康

束流可用于医疗设备灭菌，生产合成用于癌症诊断治疗的放射性药物所需的放射性同位素。大型加速器可以破坏癌细胞，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，即最大型的加速器，用于使亚核粒子发生碰撞，以提升我们对宇宙的认识。其中一些加速器也用于产生中子。

环境

通常，质子束可用于检测空气、水或土壤中的痕量化学元素。例如，它们可以揭示不同污染物的浓度和成分，并提供空气质量的独特特征。

工业

束流可与靶材原子相互作用，例如，使材料更耐用。

粒子加速器类型

离子注入机

离子注入机广泛应用于工业领域，例如，使材料更耐磨损、更耐用。全球约有12 000台离子注入机用于制造智能手机和太阳能电池板的半导体，使金属、陶瓷和玻璃饰面硬化。离子注入机还可以提高医用植入物材料的可靠性。

工业用电子束加速器

全球有近10 000台电子束加速器在运行。例如，它们可以使材料在极端温度下更耐用，或更耐化学品。电子束还用于医疗产品和食品灭菌，以及污水消毒处理。它们广泛用于汽车和航空航天工业、机器制造以及医疗产品制造。

直线加速器

直线加速器的长度从几米到几千米长度不一，其中许多加速器用于科学研究。安装在医院里的医用直线加速器产生X射线束，被引导至肿瘤细胞，将肿瘤细胞杀死。全球约有1000台医用直线加速器在运行。

回旋加速器

全球有超过1200台回旋加速器，用于产生医用质子束或氘核束，生产放射性同位素用于医疗成像，以诊断和治疗癌症。许多回旋加速器建在医院，用于生产具有短寿命放射性同位素的放射性药物。

同步加速器

全球有70多台同步加速器，它们是粒子加速器中的巨无霸，被用于科学研究，帮助我们了解宇宙的基本规律。科学家利用同步加速器研究化学、生物医学、自然和文化遗产、环境等问题。

静电加速器

静电加速器，特别是串列加速器，成本较低，科学家利用它们研究材料特性、监测环境、支持生物医学研究、研究文化遗产物品等。全球目前有300台静电加速器，专家预计未来几年数量会增加。

目前，全球有超过20 000台加速器在运行。