粒子加速器是一種機器,一種什麼樣的機器呢?為什麼我們需要它?

2021-01-14 悟空科學世界

概況

粒子加速器是一種能夠將基本粒子(如電子或質子)加速到非常高的能量機器。有兩種主要類型的粒子加速器:線性加速器和循環加速器。線性加速器是粒子沿著光束的線性或直線移動,而循環加速器是粒子在圓形路徑周圍移動;線性加速器用於固定目標實驗,而圓形加速器可用于波束碰撞和固定目標實驗。

你可能會問,為什麼需要加速粒子呢?事實上,這是觀察和研究物質內部結構的方法之一。例如,「磚」,它是我們熟知的,我們知道它的質量,知道它的幾何尺寸,也知道如何將它們固定在一起,通過這些知識,使我們能夠建造美麗而堅實的建築物。同樣,物質的結構也有自己的組成成分,即:分子和原子。掌握了分子的知識,使我們能夠獲得新材料,如金屬合金,聚合物;掌握了原子知識後,我們發現了納米技術,現在我們正在積極地將它引入生活的各個領域,如技術、醫學甚至是藝術領域。而利用粒子加速器,可以更深的理解原子和原子核。

粒子加速器是如何工作的?

粒子加速器利用電場來加速和增加粒子束的能量,粒子束受磁場控制和聚焦,該源需提供加速的粒子,如質子或電子。粒子束在金屬管內的真空中移動,保持真空的無塵環境是至關重要的,因為它用來確保粒子束的通暢無阻。

電場產生無線電波,加速光束中的粒子,這些粒子可以被引導至一個靜止目標,例如一塊薄金屬箔,或者兩個粒子束相撞。

它的應用(好處)

(1) 科學研究應用

粒子加速器是研究粒子和原子核的重要工具。粒子物理學也稱為高能物理學,它提出了有關宇宙的基本問題。粒子加速器作為主要的科學儀器之一,它幫助物理學家對物質、能量、基本粒子和物理規律有一個深刻的理解。

(2) 工業應用

在全世界範圍內,從生產計算機晶片到收縮膜及其以外的塑料交聯,都使用了粒子加速器。

陰極射線的應用主要集中在材料性能的改進,還用於醫學領域和食品方面。離子束加速器,加速較重的顆粒,被廣泛應用於半導體工業的晶片製造和材料的表面硬化,這種材料使用於人工關節方面。

(3) 醫藥領域應用

全世界,每年有數千萬患者利用加速器來獲得診斷和治療。在醫學應用中,粒子加速器有兩個主要作用:用於醫療診斷和治療。

放射性同位素及其各種輻射的半衰期,可針對特定的應用進行優化。X射線,伽瑪射線或正電子的同位素,可以用作診斷探針,有助於研究代謝過程;β射線(電子)和α粒子(氦核)的發射體,可破壞癌症組織。

放射治療已成為治療癌症患者的一種非常有效的方法,現在,這些輻射絕大多數是在微波線性加速器的幫助下進行的,產生電子束和X射線。過去50年以來,加速器技術,診斷和治療的發展,顯著改善了臨床結果。

危險性(缺點)

然而,現代加速器具有危險性,因為它被加速到高速後,很容易地刺穿人體。

結語

通過上面我們可以看出,粒子加速器利大於弊,或許這也是為什麼我們需要一個粒子加速器的原因吧。

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