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加速器的实际应用效果

时间:2023-06-27 理论教育 版权反馈
【摘要】:加速器作为粒子射线源有一系列的优点,诸如所产生的粒子种类繁多,粒子束能量比较精确且可在大范围内平滑调节,束流强度高、性能好且可随意控制,等等,因此加速器在科技、生产和国防建设等领域有着极为广泛的应用。此外,粒子束技术在武器装备领域也有巨大的应用潜力。

加速器的实际应用效果

加速器作为粒子射线源有一系列的优点,诸如所产生的粒子种类繁多,粒子束能量比较精确且可在大范围内平滑调节,束流强度高、性能好且可随意控制,等等,因此加速器在科技、生产和国防建设等领域有着极为广泛的应用。限于篇幅,下面只列举几个主要方面。

1.在探索和变革原子核与基本粒子方面的应用

几十年来,人们用加速器合成了绝大部分超铀元素和上千种人工放射性核素,并系统深入地研究了原子核的性质、内部结构以及原子核之间的相互作用过程,使原子核物理学迅速地发展成熟起来。随着加速器加速粒子能量的提高,还陆续发现了100 多种所谓的“基本”粒子,催生了夸克模型以及电磁相互作用和弱相互作用相统一的理论,建立起粒子物理学这样一门新的学科,使人们对微观物质世界深层结构的认识深入到10-18 m 的领域。

2.在原子、分子物理、固体物理等非核基础科研方面的应用

利用加速器产生的电子、离子和光束研究粒子与原子、分子碰撞的物理过程以及所产生的一系列新的状态、新的同位素原子,有利于研究传统原子、分子物理学所无法研究的诸多问题。一种叫作“基于加速器的原子与分子科学”的研究方向正在发展之中。

3.高灵敏度离子束元素分析

单级和串列静电加速器等产生的低能离子束广泛地用来进行各种样品的元素分析,其主要技术有:①核反应分析(NRA);②背散射(RBS)分析;③弹性反冲探测分析(ERDA);④质子激发X 射线荧光(PIXE)分析;⑤超灵敏加速器质谱计(AMS)技术;⑥活化分析。

4.加速器在医疗方面的应用

(1)医用放射性同位素的生产:加速器生产的缺中子同位素往往比反应堆生产的同位素更适宜于医用,因为它们的纯度和放射性比度都比较高,而且具有比较合理的半衰期

(2)放射治疗:加速器产生的电子、X 射线、质子、中子等粒子都具有杀伤癌细胞的能力,都可能成为治疗癌症的有用工具。

除了上述应用之外,加速器的粒子射线还可用来对一些不宜用化学方法消毒的物品,如疫苗抗生素等进行辐射消毒,也可用来对一些手术器件进行辐照消毒等。

5.加速器在工业上的应用(www.xing528.com)

(1)辐照加工:电子和X 射线辐照目前已成为化工生产的一个重要手段,广泛应用于聚合物的交联改性,涂层的固化,橡胶的硫化,聚乙烯的发泡以及热缩材料、木材-塑料复合材料制备等加工过程。经辐照生产出来的产品有许多优良的特点。

(2)离子注入:用加速器将所需的离子注入硅基片的技术早已成为半导体器件和大规模集成电路片生产所普遍使用的关键工艺。

(3)无损检验:材料的无损检验是保证产品质量不可缺少的重要手段,加速器产生的X 射线、中子等都可以用来检验材料的缺陷。特别是X 射线,常常用来检查大型铸锻焊件、大电机轴、水轮机叶片、高压容器、反应堆压力壳、火箭的固体燃料等工件中的缺陷,所用的加速器主要是电子直线、电子回旋和电子感应加速器。电子直线加速器——X 射线成像装置还用于海关大型集装箱的检测系统。检查处于快速运动状态下的爆炸飞散现象时则要采用大电流的电子脉冲加速器,进行“闪光”照相。

6.加速器在核能开发方面的应用

加速器在裂变和聚变能的开发利用方面都有很多重要的应用。例如,核反应堆、核电站、核燃料生产和核武器的设计制造方面都需要加速器提供有关核反应、核裂变和中子运动的各种核参数,还要用加速器的粒子束模拟反应堆中的核辐射检验材料的辐射损伤,研究材料加固的措施。此外,利用相对论性强流电子束或重离子束可以进行惯性约束热核聚变的研究,这是人类实现可控热核聚变很有希望的途径之一。

7.农业、生物学上的应用

(1)辐射育种:加速器产生的射线可以用来改变植物微生物动物的遗传特性,使它们沿优化方向发展。

(2)辐照保鲜:辐照能抑制根菜类,如马铃薯洋葱、甜菜等的发芽,延迟果品成熟或变质,延长储藏和供应期。

(3)辐照灭菌、杀虫:农产品、畜产品和水产品中都有某些有害的微生物与寄生虫,辐照处理可以杀虫、灭菌,延长保藏期。

此外,粒子束技术在武器装备领域也有巨大的应用潜力。粒子束定向能武器作为粒子束技术在国防领域的重要应用之一,受到军事强国的重点关注与研究。

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