粒子加速器应用

放射治疗——肿瘤治疗手段
粒子加速器为放射治疗提供了所必需的x射线、电子流（ β射线）、 质子束、 α粒子束（ α射线）及其他粒子束等。
治疗优点 ① 目前对健康组织损伤最低的辐射疗法； ②高治愈率，不存留肿瘤核； ③极少的剂量，无明显副作用； ④治疗无痛苦感，辐照时间外可正常活动； ⑤束流斑点发散小适合高精度治疗； ⑥三维适形点扫描、实时监控； ⑦治疗周期短，疗程4—20次。
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新型

自由电子激光器(FFL)
近20年内发展起来的一种将加速器产生的电子束能量逆转为激光的装置。与 原子、分子中的束缚态电子的轨道跃迁为机制的普通激光器不同,FEL的“工 作物质”是自由的电子,因而具有高功率、高效率和宽频率调谐范围等一系列 优点,成为各国竞相发展的技术。目前世界上已有数十个大型装置已在运用。 用于FEL的加速器可以是电子储存环或电子直线加速器。高能加速器对应的 通常是紫外以上频段的FEL。电子直线加速器能提供低于激光波长的发射度 的GeV级电子束,因而在X特别是硬X波段比电子储存环更具优势,FEL在激光光 谱学、光通信、光雷达、光化学、超导技术、激光加工、激光医学个激光驱 动核聚变等方面有着广泛的应用前景。
作为五大常规无损检测方法之一的射线探伤，使用电子加速器产生γ射 线、x射线，在不损害或不影响被检测对象使用性能的前提下，检测 对象内部可能产生的缺陷，如气孔、针孔、夹杂、疏松、裂纹、偏析、 未焊透和熔合不足等，在工业上有着非常广泛的应用。
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工业

离子掺杂
将加速到一定高能量的离子束注入固体材料表面层内，以改变表面层 物理和化学性质的工艺。在半导体中注入相应的杂质原子（如在硅中 注入硼、磷或砷等），可改变其表面电导率或形成PN结。
图为设计有30个光引出口的英国DIAMOND同 步辐射光源
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新型

散裂源中子束
当一个中等能量的质子打到重核（钨、汞等元素）之后会导致重核的不稳定而“蒸发”出 20-30个中子，这样重核“裂开”并向各个方向“发散”出相当多的中子，大大提高了中子 的产生效率，按这种原理工作的装置称为散裂中子源。 强流脉冲束质子加速器可用作散裂中子源形成散裂源中子束。与X射线相比,用中子作为 “探针”具有能精确测定较轻原子特别是氢原子的位置、能区分元素周期表上的近邻原子 和同位素、能直接测定原子的磁结构以及具有很强的穿透力等特点。与反应堆产生的中子 相比,散裂源中子束具有脉冲性、高分辨、低本底和能量范围大等优点。 是生命科学、材料科学和核物理研究的有效手段,在国防建设、新型核能开发以及同位素开 发、核医学和中子照相等方面的有重要的应用价值。在这些研究和应用领域,散裂中子源是 与同步辐射装置互相补充的、不可取代的装置。正因为如此,美国、欧洲、日本等国都在大 力发展高通量的一代散裂中子源,我国科学家也正在积极研究建造一台中等规模的散裂中子 源的可行性。

特点
①精确控制掺杂的深度和浓度。 ②离子注入的杂质分布准直性好 ③离子注入可实现大面积均匀掺杂并有高的浓度。 ④离子注入不受化学结合力、扩散系数和固溶度等的限制，能在任意所需的 温度下进行掺杂。 ⑤离子注入可达到高纯度掺杂的要求，避免有害物质进入半导体材料，因而 可以提高半导体器件的性能。
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医疗
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特点
①辐照过程不受温度影响，可以在低温下或室温下进行，因此辐照对 象可以是气态、液态或固态；②γ射线或能量高的电子束穿透力强， 可均匀深入到物体内部，因此可以在已包装或封装的情况下进行加工 处理；③容易控制，适于连续操作；④不必加其他化学试剂和催化剂， 保证产品纯度；⑤反应速率快，形成高效生产线。
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医疗

PET——疾病的诊断
利用反应堆的中子流和加速器的高能带电粒子流，可以制备的放射性核素。 而在正电子断层显像装置（PET）中 ，正电子发射断层显像，是利用发射 正电子的短寿命核素标记生命代谢所必须的物质生物的方法。从体外动 态地观测人体吸收葡萄糖、氨基酸等在分子水平的生理、生化过程。它 既是早期诊断某些疾病的工具，又是研究人脑认知活动的独特手段。

诊断优点
（1）灵敏度高。 （2）特异性高。 （3）全身显像。 （4）安全性好。
小细胞肺癌
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农业

辐射育种
目前太空育种中种子的诱变是宇宙射线和太空特殊环境的综合结 果，具有被动性、不可控、成本高等缺点。因此，利用加速器产生高 能的质子、α射线等成为了未来农业育种的趋势。 加速器在辐照育种中的应用，主要是利用它产生的高能电子、X射 线、快中子或质子照射作物的种子、芽、胚胎或谷物花粉等，改变农 作物的遗传特性，使它们沿优化方向发展。通过辐射诱变选育良种， 在提高产量、改进品质、缩短生长期、增强抗逆性等方面起了显著作 用。马铃薯、小麦、水稻、棉花、大豆等作物经过辐照育种后可具有 高产、早熟、矮杆及抗病虫害等优点。
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应用前景

如果没有新的更有效的加速粒子的原理,人类向更高能区和更深层次挺 进的步代将不得不停缓下来。科学家为探索新的、更有效的加速器原 理不懈努力,提出了许多方案,并开展实验研究。这些方案就其能量来源 可分为两大类。第一类是把光子的能量传递给被加速粒子。属于这一 类的有各种激光加速器,如逆契伦柯夫效应加速器、逆自由电子激光加 速器、等离子体拍波加速器和光栅加速器等。作为一种短波长的相干 电磁波,激光具有能量密度高、聚焦性能好等优点,电场强度可达105～ 109MV/m,需要解决的问题仍然是如何在粒子运动方向上获得高电场分 量并使之与速度低于光速的粒子同步。第二类是将驱动束粒子的能量 传递给被加速粒子,这一类又包括两种。一种是利用高速运动的等离子 体凝团或强流相对论性电子束提供的集体场加速带电粒子,有相干加速 器、电子圈加速器和线型束加速器等。另一种是采用谐振腔、等离子 体或其它设备为介质,让低能强流束通过介质激起电磁场来加速粒子。 属于这一种的有尾场加速器、等离子体尾场加速器和双束加速器等。 尽管上述新原理在一些实验装置上得以验证,但加速梯度远未达到人们 期待的1GeV/m量级。总的来说,各种新加速原理目前尚处于小规模实验 阶段,在理论上有待继续深入,在实验上还有许多困难,离开实际应用还很 遥远。但人们仍然相信,只要不懈努力,新的加速原理终会成功,开辟粒子 加速器的新时代。
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工业

显像管
显像管有玻璃密封外壳，内部抽成真空。由一端的电子枪产生的电子 束（强度受影像讯号控制）经过聚焦线圈聚焦后在高压电极的作用下 加速向前运动。与此同时，电子束在偏转电极的作用下，自上而下作 水平方向的扫描。这样，在显像管另一端的荧光屏上就形成了明暗程 度不同的亮点。
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工业

射线探伤
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应用前景

在新技术方面,超导技术已在加速器中广泛应用,超导磁铁已 用在TEVATRON和HERA等对撞机上,场强达到5T,并在工业的 批量生产中证明其性能。超导腔先后在 TRIS2TAN,LEP,HERA,CEBAF,CESR和KEKB等加速器上使用,加 速梯度达到5MV/m以上。线型对撞机中高梯度低高次模阻 尼加速结构、微波高功率源、强流小发射电子枪和亚纳米束 团截面和位置快速测量等技术都在发展。随着高能加速器的 发展,与其相关的高频微波技术、磁铁技术、电源技术、真 空技术、束流测量技术、控制技术等等,都在迅速向高、新、 精发展。粒子加速器,不仅是过去,而且是现在和将来都是其 所在时代高科技的结晶。在21世纪,粒子加速器将继续向高 能量前沿和高亮度前沿推进,不断开拓应用领域,探索新原理, 发展新技术。加速器在高能物理、核物理的研究和在诸多学 科和国民经济各个部门的应用等方面,都有着十分广阔的前 途
食品等辐照杀虫、灭菌得以迅速发展。利用加速器产生的高能电子或X射线可
以杀死农产品、食品中的寄生虫和致病菌，这不仅可减少食品因腐败和虫害 造成的损失，而且可提高食品的卫生档次和附加值。
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新型

同步辐射
同步辐射光具有频谱宽且连续可调（具有从远红外、可见光、紫外直到X 射线范围内的连续光谱）、亮度高（第三代同步辐射光源的X射线亮度是 X光机的上亿倍）、高准直度、高偏振性、高纯净性、窄脉冲、精确度高 以及高稳定性、高通量、微束径、准相干等独特的性能。 同步辐射X射线衍射和X射线光谱学来测定物质结构,研究宏观量子现象和 复杂体系物理,在生物学和医学方面用于研究生物大分子结构及其与功能 的关系,在工业上可用以生成更具活性的蛋白质如酶,发展以结构为基础的 制药技术。利用同步辐射光的高耀度和时间结构,可用于研究急剧变化中 的材料特性和相变,这对于改进化工和冶金的工艺有重要价值。同步辐射 也将推动微电子机械新产业的发展。我国正在筹建以高性能、宽波段、 高效性、短脉冲和长寿命为特点的上海同步辐射装置。
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农业

辐照保鲜ຫໍສະໝຸດ Baidu
辐照保鲜是继热处理、脱水、冷藏、化学加工等传统的保鲜方法之后， 发展起来的一种新保鲜技术。例如，对马铃薯、大蒜、洋葱等经过辐 照处理，可抑制其发芽，延长贮存期；对干鲜水果、蘑菇、香肠等经 过辐照处理，可延长供应期和货架期。

辐照杀虫、灭菌
在农产品、食品等杀虫灭菌普遍使用化学熏蒸法，由于使用溴甲烷、环氧乙 烷等化学熏蒸法引起的残留毒性、破坏大气臭氧层等原因，根据蒙特利尔公 约，到2005年要在全球范围内禁止使用溴甲烷。因而利用加速器进行农产品、
粒子加速器应用
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工业

辐射加工
通过加速器产生的电子束对高分子材料照射导致聚合物交联，从而改 善性能。电缆经过辐照，可以大大提高耐温，辐照后的热缩薄膜或管 材，有加热后恢复原形的“记忆”，都有十分广泛的应用。辐射还可 缩短喷漆、彩印的固化时间，减少了贮存待干的厂房面积。药品、手 术器械和食品的消毒、灭菌、保鲜是辐照应用的另一些方面。