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加速器
本詞條是多義詞，共2個義項
使帶電粒子增加速度的裝置
簡介概述
加速器（accelerator）是用人工方法把帶電粒子加速到較高能量的裝置。利用這種裝置可以產(chǎn)生各種能量的電子、質(zhì)子、氘核、α粒子以及其它一些重離子。利用這些直接被加速的帶電粒子與物質(zhì)相作用，還可以產(chǎn)生多種帶電的和不帶電的次級粒子，像γ粒子、中子及多種介子、超子、反粒子等。當(dāng)前世界上的加速器大多是能量在100兆電子伏以下的低能加速器，其中除一小部分用于原子核和核工程研究方面外，大部分用于其他方面，象化學(xué)、放射生物學(xué)、放射醫(yī)學(xué)、固體物理等的基礎(chǔ)研究以及工業(yè)照相、疾病的診斷和治療、高純物質(zhì)的活化分析、某些工業(yè)產(chǎn)品的輻射處理、農(nóng)產(chǎn)品及其他食品的輻射處理、模擬宇宙輻射和模擬核爆炸等。數(shù)年來還利用加速器原理，制成各種類型的離子注入機。以供半導(dǎo)體工業(yè)的雜質(zhì)摻雜而取代熱擴散的老工藝。使半導(dǎo)體器件的成品率和各項性能指標(biāo)大大提高。很多老工藝不能實現(xiàn)的新型器件不斷問世，集成電路的集成度因此而大幅度提高。
加速器分類
帶電粒子在電場中會受到電磁力的作用而得到加速，提高能量。電場能夠以靜電場、磁感應(yīng)電場和交變電磁場三種不同的形式存在，加速器就是用這三種電場加速帶電粒子的原理發(fā)展起來的。20世紀(jì)30年代以來，經(jīng)過70多年的發(fā)展，出現(xiàn)了許多類型的加速器，其分類標(biāo)準(zhǔn)也很多，例如按加速粒子的種類不同，可分為電子加速器，質(zhì)子和重離子加速器以及微物質(zhì)粒子（粉末、灰塵等）加速器（又稱微粒子團(tuán)加速器）；按加速粒子能量可分為低能加速器（能量在100MeV以下），中能加速器（能量在100MeV~1GeV）和高能加速器（能量1~100GeV），能量在100 GeV以上的稱為超高能加速器；按束流強度可分為強流加速器（束流強度1mA以上）、中流加速器（束流強度10μA~1mA以上）和弱流加速器（束流強度10μA以下）；按加速電場種類可分為高壓型加速器、電磁感應(yīng)型加速器和高頻諧振型加速器；按粒子運動軌道的形狀可分為直線加速器和圓形（或環(huán)形）加速器。直線加速器包括直流高壓型加速器，射頻對撞機。圓形加速器包括回旋加速器，穩(wěn)相加速器，電子感應(yīng)加速器，同步加速器，弱聚焦同步穩(wěn)相加速器，強聚焦同步穩(wěn)相加速器和環(huán)形對撞機等。
基本構(gòu)成
加速器是一種復(fù)雜的設(shè)備，大體上由下列4個基本部分構(gòu)成：
（1）粒子源
（2）真空加速結(jié)構(gòu)
如加速管】射頻加速腔和環(huán)形加速室等，在真空中產(chǎn)生一定的加速電場，使粒子得到加速。
（3）導(dǎo)引聚焦系統(tǒng)
（4）束流輸運、分析系統(tǒng)
由電子、磁場透鏡、彎轉(zhuǎn)磁鐵和電、磁場分析器構(gòu)成的系統(tǒng)，用來在粒子源與加速器之間輸運并分析帶電粒子束。
此外，還有束流監(jiān)測裝置、電磁穩(wěn)定控制裝置、真空裝置、電氣設(shè)操作設(shè)備等輔助系統(tǒng)。
發(fā)展歷史
加速器的早期探索可以追溯到20世紀(jì)20年代。早在1919年英國科學(xué)家盧瑟福(E.Rutherford）用天然放射源中能量為幾個MeV、速度為米/秒的高速α粒子束（即氦核）作為“炮彈”，轟擊厚度僅為0.0004厘米的金屬箔的“靶”，實現(xiàn)了人類科學(xué)史上第一次人工核反應(yīng)。利用靶后放置的硫化鋅熒光屏測得了粒子散射的分布，發(fā)現(xiàn)原子核本身有結(jié)構(gòu)，從而激發(fā)了人們尋求更高能量的粒子來作為“炮彈”的愿望。
加速器
靜電加速器（1928年）、回旋加速器（1929年）、倍壓加速器（1932年）等不同設(shè)想幾乎在同一時期提了出來，并先后建成了一批加速裝置。
在加速器早期研究的基礎(chǔ)上，全世界的有關(guān)科學(xué)家長期致力于研究和發(fā)展更高能量的粒子加速器。
柯克羅夫特
1932年美國科學(xué)家柯克羅夫特（J.D.Cockcroft）和愛爾蘭科學(xué)家沃爾頓(E.T.S.Walton）建造成世界上第一臺直流加速器——命名為柯克羅夫特-沃爾頓直流高壓加速器，以能量為0.4MeV的質(zhì)子束轟擊鋰靶，得到α粒子和氦的核反應(yīng)實驗。這是歷史上第一次用人工加速粒子實現(xiàn)的核反應(yīng)，因此獲得了1951年的諾貝爾物理獎。
凡德格拉夫
1933年美國科學(xué)家凡德格拉夫(R.J.van de Graaff）發(fā)明了使用另一種產(chǎn)生高壓方法的高壓加速器——命名為凡德格拉夫靜電加速器。
以上兩種粒子加速器均屬直流高壓型，它們能加速粒子的能量受高壓擊穿所限，大致在10MeV。
加速器
勞倫斯與回旋加速器
奈辛（G.Ising）于1924年，維德羅（E.Wideroe）于1928年分別發(fā)明了用漂移管上加高頻電壓原理建成的直線加速器，由于受當(dāng)時高頻技術(shù)的限制，這種加速器只能將鉀離子加速到50keV，實用意義不大。但在此原理的啟發(fā)下，美國實驗物理學(xué)家勞倫斯(E.O.Lawrence)1932年建成了回旋加速器，并用它產(chǎn)生了人工放射性同位素，為此獲得了1939年的諾貝爾物理獎。這是加速器發(fā)展史上獲此殊榮的第一人。
由于被加速粒子質(zhì)量、能量之間的制約，回旋加速器一般只能將質(zhì)子加速到25MeV左右，其原因就是隨著粒子的速度不斷的增加，其加速度和外力的關(guān)系不再適用牛頓運動定律，即高頻加速電場的頻率和回旋頻率不再匹配；如將加速器磁場的強度設(shè)計成沿半徑方向隨粒子能量同步增長，則能將質(zhì)子加速到上百MeV，稱為等時性回旋加速器。
前蘇聯(lián)科學(xué)家維克斯列爾
為了對原子核的結(jié)構(gòu)作進(jìn)一步的探索和產(chǎn)生新的基本粒子，必須研究能建造更高能量的粒子加速器的原理。1945年，前蘇聯(lián)科學(xué)家維克斯列爾（V.I.Veksler）和美國科學(xué)家麥克米倫(E.M.McMillan）各自獨立發(fā)現(xiàn)了自動穩(wěn)相原理，英國科學(xué)家阿里芳特（M.L.Oliphant）也曾建議建造基于此原理的加速器——穩(wěn)相加速器。
美國科學(xué)家麥克米倫
自動穩(wěn)相原理的發(fā)現(xiàn)是加速器發(fā)展史上的一次重大革命，它導(dǎo)致一系列能突破回旋加速器能量限制的新型加速器產(chǎn)生：同步回旋加速器（高頻加速電場的頻率隨倍加速粒子能量的增加而降低，保持了粒子回旋頻率與加速電場同步）、現(xiàn)代的質(zhì)子直線加速器、同步加速器（使用磁場強度隨粒子能量提高而增加的環(huán)形磁鐵來維持粒子運動的環(huán)形軌跡，但維持加速場的高頻頻率不變）等。
自此，加速器的建造解決了原理上的限制，但提高能量受到了經(jīng)濟(jì)上的限制。隨著能量的提高，回旋加速器和同步回旋加速器中使用的磁鐵重量和造價急劇上升，提高能量實際上被限制在1GeV以下。同步加速器的環(huán)形磁鐵的造價雖然大大減少，但因橫向聚焦力較差，真空盒尺寸必須很大，造成磁鐵的磁極間隙大，依然需要很重的磁鐵，要想用它把質(zhì)子加速到10GeV以上仍是不現(xiàn)實的。
1952年美國科學(xué)家柯?。‥.D.Courant）、李溫斯頓（M.S.Livingston）和史耐德（H.S.Schneider）發(fā)表了強聚焦原理的論文，根據(jù)這個原理建造強聚焦加速器可使真空盒尺寸和磁鐵的造價大大降低，使加速器有了向更高能量發(fā)展的可能。這是加速器發(fā)展史上的又一次革命，影響巨大。此后，在環(huán)形或直線加速器中，普遍采用了強聚焦原理。
美國勞倫斯國家實驗室1954年建成的一臺6.2GeV能量的弱聚焦質(zhì)子同步加速器，磁鐵的總重量為1萬噸。而布魯克海文國家實驗室33GeV能量的強聚焦質(zhì)子同步加速器，磁鐵總重量只有4千噸。這說明了強聚焦原理的重大實際意義。
美國科學(xué)家科斯特
1940年美國科學(xué)家科斯特(D.W.Kerst）研制出世界上第一個電子感應(yīng)加速器。但由于電子沿曲線運動時其切線方向不斷放射的電磁輻射造成能量的損失，電子感應(yīng)加速器的能量提高受到了限制，極限約為100MeV。電子同步加速器使用電磁場提供加速能量，可以允許更大的輻射損失，極限約為10GeV。電子只有作直線運動時沒有輻射損失，使用電磁場加速的電子直線加速器可將電子加速到50GeV，這不是理論的限度，而是造價過高的限制。
加速器的能量發(fā)展到如此水平，從實驗的角度暴露出了新的問題。使用加速器作高能物理實驗，一般是用加速的粒子轟擊靜止靶中的核子，然后研究所產(chǎn)生的次級粒子的動量、方向、電荷、數(shù)量等，加速粒子能參加高能反應(yīng)的實際有用能量受到限制。如果采取兩束加速粒子對撞的方式，可以使加速的粒子能量充分地用于高能反應(yīng)或新粒子的產(chǎn)生。
意大利科學(xué)家陶歇克
1960年意大利科學(xué)家陶歇克（B.Touschek)首次提出了這項原理，并在意大利的Frascati國家實驗室建成了直徑約1米的AdA對撞機，驗證了原理，從此開辟了加速器發(fā)展的新紀(jì)元。
現(xiàn)代高能加速器基本都以對撞機的形式出現(xiàn)，對撞機已經(jīng)能把產(chǎn)生高能反應(yīng)的等效能量從1TeV提高到10～1000TeV，這是加速器能量發(fā)展史上的又一次根本性的飛躍。
粒子加速器
用人工方法產(chǎn)生高速帶電粒子的裝置。是探索原子核和粒子的性質(zhì)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和相互作用的重要工具，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)療衛(wèi)生、科學(xué)技術(shù)等方面也都有重要而廣泛的實際應(yīng)用。
加速器
自從E.盧瑟福1919年用天然放射性元素放射出來的a射線轟擊氮原子首次實現(xiàn)了元素的人工轉(zhuǎn)變以后，物理學(xué)家就認(rèn)識到要想認(rèn)識原子核，必須用高速粒子來變革原子核。天然放射性提供的粒子能量有限，只有幾兆電子伏特（MeV），天然的宇宙射線中粒子的能量雖然很高，但是粒子流極為微弱，例如能量為10電子伏特（eV）的粒子每小時在1平方米的面積上平均只降臨一個，而且無法支配宇宙射線中粒子的種類、數(shù)量和能量，難于開展研究工作。因此為了開展有預(yù)期目標(biāo)的實驗研究，幾十年來人們研制和建造了多種粒子加速器，性能不斷提高。應(yīng)用粒子加速器發(fā)現(xiàn)了絕大部分新的超鈾元素和合成的上千種新的人工放射性核素，并系統(tǒng)深入地研究原子核的基本結(jié)構(gòu)及其變化規(guī)律，促使原子核物理學(xué)迅速發(fā)展成熟起來；高能加速器的發(fā)展又使人們發(fā)現(xiàn)包括重子、介子、輕子和各種共振態(tài)粒子在內(nèi)的幾百種粒子，建立粒子物理學(xué)。近20多年來，加速器的應(yīng)用已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出原子核物理和粒子物理領(lǐng)域，在諸如材料科學(xué)、表面物理、分子生物學(xué)、光化學(xué)等其它科技領(lǐng)域都有著重要應(yīng)用。在工、農(nóng)、醫(yī)各個領(lǐng)域中加速器廣泛用于同位素生產(chǎn)、腫瘤診斷與治療、射線消毒、無損探傷、高分子輻照聚合、材料輻照改性、離子注入、離子束微量分析以及空間輻射模擬、核爆炸模擬等方面。迄今世界各地建造了數(shù)以千計的粒子加速器，其中一小部分用于原子核和粒子物理的基礎(chǔ)研究，它們繼續(xù)向提高能量和改善束流品質(zhì)方向發(fā)展；其余絕大部分都屬于以應(yīng)用粒子射線技術(shù)為主的“小”型加速器。
加速器
粒子加速器的結(jié)構(gòu)一般包括3個主要部分：
②真空加速系統(tǒng)，其中有一定形態(tài)的加速電場，并且為了使粒子在不受空氣分子散射的條件下加速，整個系統(tǒng)放在真空度極高的真空室內(nèi)。
③導(dǎo)引、聚焦系統(tǒng)，用一定形態(tài)的電磁場來引導(dǎo)并約束被加速的粒子束，使之沿預(yù)定軌道接受電場的加速。所有這些都要求高、精、尖技術(shù)的綜合和配合。
加速器的效能指標(biāo)是粒子所能達(dá)到的能量和粒子流的強度（流強）。按照粒子能量的大小，加速器可分為低能加速器（能量小于10MeV）、中能加速器（能量在10～10MeV）、高能加速器（能量在10～10MeV）和超高能加速器（能量在10MeV以上）。當(dāng)前低能和中能加速器主要用于各種實際應(yīng)用。
加速器的發(fā)展
1945年，前蘇聯(lián)科學(xué)家維克斯列爾和美國科學(xué)家麥克米倫，分別獨立發(fā)現(xiàn)了自動穩(wěn)相原理。1946年，第一臺穩(wěn)相加速器在美國伯克利建成，此后誕生了一系列同步加速器，其中包括同步回旋加速器。這是加速器發(fā)展的第一次革命。1952年，美國科學(xué)家科隆、列文斯頓和史耐德提出了強聚焦原理，其后將該原理廣泛用于環(huán)形加速器和直線加速器中。這是加速器發(fā)展的第二次革命。1960年，陶歇克首先提出對撞機的概念，即兩個粒子沿相反的方向注入同步加速器內(nèi)，并在制定的位置對撞，在他的領(lǐng)導(dǎo)下，在意大利夫拉斯卡第建成一個直徑1m、名為AdA的對撞機，開辟了加速器發(fā)展新紀(jì)元。這是加速器發(fā)展的第三次革命。
對撞機
加速器
隨著加速器能量的不斷提高，人類對微觀物質(zhì)世界的認(rèn)識逐步深入，粒子物理研究取得了巨大的成就。用人工的辦法加速帶電粒子，使其獲得很高速度的裝置．加速器利用一定形態(tài)的電磁場將電子、質(zhì)子或重離子等帶電粒子加速，使其具有高達(dá)幾千、幾萬乃至近光速的高速帶電粒子束，是人們認(rèn)識原子核和探討基本粒子，對物質(zhì)深層結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究的重要工具，同時隨著加速器技術(shù)的不斷發(fā)展，各種新的技術(shù)、新的原理不斷更新，不斷突破，進(jìn)一步促進(jìn)新技術(shù)的向前推進(jìn)．加速器的研究和發(fā)展同時帶來在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)療衛(wèi)生、國防建設(shè)等各方面的重要而廣泛的應(yīng)用。
早在20世紀(jì)20年代，科學(xué)家們就探討過許多加速帶電粒子的方案，并進(jìn)行過多次實驗．其中最早提出加速原理的是E·維德羅．30年代初高壓倍加器、靜電加速器、回旋加速器相繼問世，研制者分別獲得這一時期的諾貝爾物理學(xué)獎．這以后隨著人們對微觀物質(zhì)世界深層次結(jié)構(gòu)的研究的不斷深入，各個科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域?qū)Ω鞣N快速粒子束的需求不斷增長，提出了多種新的加速原理和方法，發(fā)展了具有各種特色的加速器．其中有電子感應(yīng)加速器、直線加速器、強聚焦高能加速器、扇形聚焦回旋加速器．1956年克斯特提出通過高能粒子束間的對撞來提高有效作用能的概念，導(dǎo)致了高能對撞機的發(fā)展．
幾十年來，人們利用加速器發(fā)現(xiàn)了絕大部分新的超鈾元素和合成上千種新的人工放射性核素，并對原子核的基本結(jié)構(gòu)和其變化規(guī)律進(jìn)行了系統(tǒng)深入的研究，促使了原子核物理學(xué)的發(fā)展和成熟，并建立新的粒子物理學(xué)科，近20年來，加速器的發(fā)展的應(yīng)用使材料科學(xué)、表面物理學(xué)、分子生物學(xué)、光化學(xué)都有重要發(fā)展。
中國加速器的發(fā)展始于50年代末期，先后研制和生產(chǎn)了高壓倍加器、靜電加速器、電子感應(yīng)加速器、電子和質(zhì)子直線加速器、回旋加速器．?dāng)?shù)年來更加先進(jìn)的加速器在中國又取得重大進(jìn)展，北京已建成正負(fù)電子對撞機，使中國加速器研制和應(yīng)用進(jìn)入了世界先進(jìn)行列。
中國方面
1955年
中國科學(xué)院原子能所建成700eV質(zhì)子靜電加速器。
1957年前后
加速器
中國科學(xué)院開始研制電子回旋加速器。
1958年
中國科學(xué)院高能所2.5MeV質(zhì)子靜電加速器建成。
中國第一臺回旋加速器建成。
清華大學(xué)400keV質(zhì)子倍壓加速器建成。
清華大學(xué)2.5Mev電子回旋加速器出束。
1964年
中國科學(xué)院高能所30MeV電子直線加速器建成。
1982年
中國第一臺自行設(shè)計、制造的質(zhì)子直線加速器首次引出能量為10MeV的質(zhì)子束流，脈沖流達(dá)到14mA.
1988年
北京正負(fù)電子對撞機實現(xiàn)正負(fù)電子對撞。
蘭州近代物理研究所用于加速器重離子的分離扇形回旋加速器（HIRFL）建成。
2005年
北京正負(fù)電子對撞機（BEPC）正式結(jié)束運行。投資6.4億元的北京正負(fù)電子對撞機重大改造工程（BEPCⅡ）第二階段——新的雙環(huán)正負(fù)電子對撞機儲存環(huán)的改建工程施工正式開始。新北京正負(fù)電子對撞機的性能將是美國同一類裝置的3~7倍，對研究體積為原子核一億分之一的夸克粒子等基礎(chǔ)科研具有重要意義。
反應(yīng)方式
高能加速器條件下的有關(guān)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的研究，本質(zhì)上是有關(guān)自然狀態(tài)下自然能團(tuán)（或能簇、能子）之間的能態(tài)在量方面的相對變（轉(zhuǎn)化）關(guān)系。從弧理論的觀念來看，利用高能加速器等方法來轟擊類弧子結(jié)構(gòu)（原子）的條件下，可得到弱相互作用關(guān)系：1、對稱理論（普遍的對稱性理論）2、非對稱性理論，特殊條件下得之。如果轟擊能子（弧合子，次原子結(jié)構(gòu)），則得到強相互作用關(guān)系：漸近自由 理論等。
為什么？
上述兩種作用均發(fā)生在能態(tài)層面而非物質(zhì)態(tài)的層面；屬能簇與能簇之間的關(guān)系。
弱相互作用：任何外來能團(tuán)轟擊類弧子結(jié)構(gòu)時，沿時軸方向進(jìn)入類弧子（從能量到能量）時，外加能量在進(jìn)入類弧子結(jié)果體時，便會發(fā)生弧合作用而產(chǎn)生出對稱弧合，對外顯示出釋放了兩個旋向相反，質(zhì)量相等能團(tuán)，即對稱性弧合反應(yīng)。外加能量的能量級被限制在被轟擊的類弧子的時軸的能量（假設(shè)等于1）范圍內(nèi)：小于0，大于1時，均不能產(chǎn)生出成對的能粒子。只有在< 1,>0 的條件下，才可以生成亞粒子；在此層面上可以產(chǎn)生出許多亞粒子，理論上是無限多。
非對稱弱相互作用：如果外加能量與類弧子的空間軸水平進(jìn)入系統(tǒng)時，由于時間軸在空間軸上的非對稱性（1/3），所有弱相互作用均發(fā)生在類弧子結(jié)構(gòu)的能量交換過程中，本質(zhì)上是對自然本在能態(tài)的一種人工擾動，并非是物質(zhì)的結(jié)構(gòu)性改變。類弧子結(jié)構(gòu)是一種能態(tài)轉(zhuǎn)化過程中的普遍存在的剛性結(jié)構(gòu)。當(dāng)外加能量進(jìn)入時，這些外加能量就被“訓(xùn)化”了，形成適當(dāng)?shù)拇瘟Ｗ硬⒈会尫懦鰜?。這些過程是可以反復(fù)和重演的。一切自然能態(tài)在其能量發(fā)生相互轉(zhuǎn)化時的唯一結(jié)構(gòu)體，即類弧子體。弱相互作用實際上是人工條件下對類弧子體的干擾性的物理學(xué)觀察結(jié)果。自然能態(tài)猶如平靜的湖面，人為的力量弄起了幾絲漣紋；當(dāng)這些人工干擾停頓 時，自然能態(tài)將恢復(fù)如初，并未發(fā)生絲毫的改變。人們總結(jié)出來的理論或規(guī)律，僅僅是有關(guān)那幾絲漣紋的觀察結(jié)果。對于自然的能本態(tài)或物質(zhì)性結(jié)構(gòu)仍是一無所知。
與此不同的強相互作用則全部發(fā)生在能態(tài)的能子層面（狀態(tài)）。能子狀態(tài)的統(tǒng)一結(jié)構(gòu)體，即絕對弧子。其時空軸絕對同一，組成絕對弧合子的最小能量子單位，現(xiàn)代人稱為強子。強相互作用就是研究絕對弧合子能量單元之間的關(guān)系。這里，要求人工能量要有極高的能級狀態(tài)，使用很高能量時才能激發(fā)這種相互作用。強相互作用對外不顯示任何新粒子產(chǎn)生或亞粒子對產(chǎn)生；也就是說，如果產(chǎn)生的話，則是碰撞能量的轉(zhuǎn)化形式。怎樣轉(zhuǎn)化僅僅取決于絕對弧合子吸收人工外加能量的量值。通常情況下不產(chǎn)生。多以光子形式被釋放掉，壽命極短。
絕對弧子好比布滿麻點的皮球，其麻點對應(yīng)最小能單位，在無外加能量時，每個麻點的“位置”是同一的，即自由的，任意方位均可“看”到同一個麻點的存在。對其施加外力（外加能量）時，球面將會發(fā)生塌陷，此時塌陷邊緣上對稱的麻點發(fā)生對稱性的背離運動，似乎被分開了。由于絕對弧子自身的穩(wěn)定性，也即對人工能量的排斥性，看起來似乎是兩個麻點拼命想恢復(fù)原狀，給的力越大，凹陷越大，回彈性就越強；凹陷越小，回彈性越弱，按照現(xiàn)代物理學(xué)的觀點理解，即漸近自由。這些實為假象（人工制造的假象）。
應(yīng)用
低能加速器的應(yīng)用是核技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的重要分支，當(dāng)前，在世界各地運行著的數(shù)千臺加速器中大多數(shù)是在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域內(nèi)得到廣泛應(yīng)用的低能加速器。低能加速器在這些領(lǐng)域的應(yīng)用，極大地改變了這些領(lǐng)域的面貌，創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
工業(yè)
1）輻照加工
應(yīng)用加速器產(chǎn)生的電子束或X射線進(jìn)行輻照加工已成為化工、電力、食品、環(huán)保等行業(yè)生產(chǎn)的重要手段和工藝，是一種新的加工技術(shù)工藝。它廣泛應(yīng)用于聚合物交聯(lián)改性、涂層固化、聚乙烯發(fā)泡、熱收縮材料、半導(dǎo)體改性、木材-塑料復(fù)合材料制備、食品的滅菌保鮮、煙氣輻照脫硫脫硝等加工過程。
經(jīng)輻照生產(chǎn)的產(chǎn)品具有許多優(yōu)良的特點，例如：聚乙烯電纜經(jīng)105Gy劑量輻照后，其電學(xué)性能、熱性能都有很大提高，使用溫度輻照前為60~70℃，輻照后長期使用溫度可達(dá)120℃以上。當(dāng)前，中國已有用加速器進(jìn)行輻照加工的生產(chǎn)線40多條。
2）無損檢測
無損檢測就是在不損傷和不破壞材料、制品或構(gòu)件的情況下，就能檢測出它們內(nèi)部的情況，判別內(nèi)部有無缺陷?，F(xiàn)代無損檢測的方法很多，例如：超聲波探傷法、渦流探傷法、熒光探傷法及射線檢測法等。射線檢測法即可檢查工件表面又可檢查工件內(nèi)部的缺陷。設(shè)備可以采用放射性同位素Co-60產(chǎn)生的γ射線、X光機產(chǎn)生的低能X射線和電子加速器產(chǎn)生的高能X射線。尤其是探傷加速器的穿透本領(lǐng)和靈敏度高，作為一種最終檢查手段或其它探傷方法的驗證手段及在質(zhì)量控制中，在大型鑄鍛焊件、大型壓力容器、反應(yīng)堆壓力殼、火箭的固體燃料等工件的缺陷檢驗中得到廣泛的應(yīng)用。這種探傷加速器以電子直線加速器為主要機型。
射線檢測的方法根據(jù)對透過工件的射線接受和處理方法的不同，又可把射線檢測法分為三種：
a、射線照相法
這種方法與我們體檢時拍X光膠片相似，射線接受器是X光膠片。探傷時，將裝有X光膠片的膠片盒緊靠在被檢工件背后，用X射線對工件照射后，透過工件的射線使膠片感光，同時工件內(nèi)部的真實情況就反映到膠片的乳膠上，對感光后的膠片進(jìn)行處理后，就可以清楚地了解工件有無缺陷以及缺陷的種類、位置、形狀和大小。
b、輻射成像法
這種方法的射線接受器是陣列探測器或熒光增感屏。前者就是清華大學(xué)和清華同方共同研制生產(chǎn)的大型集裝箱檢查系列產(chǎn)品。后者就是用于機場、鐵路的行李、包裹的X射線安檢系統(tǒng)，也可用于工業(yè)的無損檢測。這種方法配以圖像處理系統(tǒng)可以在線實時顯示物品內(nèi)部的真實情況。
c、工業(yè)CT
與醫(yī)用CT原理類似，CT技術(shù)即計算機輔助層析成像技術(shù)。選用加速器作為X射線源的CT技術(shù)是一種先進(jìn)的無損檢測手段，主要針對大型固體火箭發(fā)動機和精密工件的檢測而發(fā)展起來。它的密度分辨率可達(dá)0.1%，比常規(guī)射線技術(shù)高一個數(shù)量級。在航天、航空、兵器、汽車制造等領(lǐng)域精密工件的缺陷檢測、尺寸測量、裝配結(jié)構(gòu)分析等方面有重要的應(yīng)用價值。
3）離子注入
利用加速器將一定能量的離子注入到固體材料的表層，可以獲得良好的物理、化學(xué)及電學(xué)性能。半導(dǎo)體器件、金屬材料改性和大規(guī)模集成電路生產(chǎn)都應(yīng)用了離子注入技術(shù)。中國現(xiàn)擁有各類離子注入機100多臺。其中中國自己累計生產(chǎn)出140多臺離子注入機，能量為150KeV~600KeV（1KeV=1×10eV），流強為0.5mA到十幾mA。
農(nóng)業(yè)
作為核技術(shù)應(yīng)用裝備的加速器在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用，在一些國家普遍使用已有明顯經(jīng)濟(jì)效益的主要有三方面：
1）輻照育種
加速器在輻照育種中的應(yīng)用，主要是利用它產(chǎn)生的高能電子、X射線、快中子或質(zhì)子照射作物的種子、芽、胚胎或谷物花粉等，改變農(nóng)作物的遺傳特性，使它們沿優(yōu)化方向發(fā)展。通過輻射誘變選育良種，在提高產(chǎn)量、改進(jìn)品質(zhì)、縮短生長期、增強抗逆性等方面起了顯著作用。馬鈴薯、小麥、水稻、棉花、大豆等作物經(jīng)過輻照育種后可具有高產(chǎn)、早熟、矮桿及抗病蟲害等優(yōu)點。
2）輻照保鮮
輻照保鮮是繼熱處理、脫水、冷藏、化學(xué)加工等傳統(tǒng)的保鮮方法之后，發(fā)展起來的一種新保鮮技術(shù)。例如，對馬鈴薯、大蒜、洋蔥等經(jīng)過輻照處理，可抑制其發(fā)芽，延長貯存期；對干鮮水果、蘑菇、香腸等經(jīng)過輻照處理，可延長供應(yīng)期和貨架期。
醫(yī)療衛(wèi)生
隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人民生活和質(zhì)量的提高，人們對醫(yī)療衛(wèi)生條件提出了更高的要求。而加速器在醫(yī)療衛(wèi)生中的應(yīng)用促進(jìn)了醫(yī)學(xué)的發(fā)展和人類壽命的延長。當(dāng)前，加速器在醫(yī)療衛(wèi)生方面的應(yīng)用主要有三個方面，即放射治療、醫(yī)用同位素生產(chǎn)以及醫(yī)療器械、醫(yī)療用品和藥品的消毒。
1）放射治療
用于惡性腫瘤放射治療（簡稱放療）的醫(yī)用加速器是當(dāng)今世界范圍內(nèi)，在加速器的各種應(yīng)用領(lǐng)域中數(shù)量最大、技術(shù)最為成熟的一種。
用于放療的加速器由50年代的感應(yīng)加速器，到60年代發(fā)展了醫(yī)用電子回旋加速器，進(jìn)入70年代醫(yī)用電子直線加速器逐步占據(jù)了主導(dǎo)地位。當(dāng)前，世界上約有3000多臺醫(yī)用電子直線加速器裝備在世界各地的醫(yī)院里。
除了應(yīng)用加速器產(chǎn)生的電子線、X射線進(jìn)行放療外，還可應(yīng)用加速器進(jìn)行質(zhì)子放療、中子放療、重離子放療和π介子放療等，這些治癌方法還處在實驗階段，實驗的結(jié)果表明，療效顯著。但這些加速器比電子直線加速器能量高得多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜得多，價格昂貴得多，尚未普及。
利用電子直線加速器開展立體定向放療，俗稱X—刀，是數(shù)年來發(fā)展的新的放療技術(shù)。這種技術(shù)與常規(guī)放療相比，可多保護(hù)15%~20%的正常組織，而腫瘤增加20%~40%的劑量，可更有效地殺滅癌細(xì)胞，從而增加放療療效。
60年代中國醫(yī)院裝備了醫(yī)用感應(yīng)加速器，70年代中期醫(yī)用電子直線加速器開始裝備中國各地醫(yī)院。截止到2000年初，中國已擁有各種能量的醫(yī)用加速器約530臺，其中國產(chǎn)醫(yī)用加速器約230臺，進(jìn)口醫(yī)用加速器約300臺。
2）醫(yī)用同位素生產(chǎn)
現(xiàn)代核醫(yī)學(xué)廣泛使用放射性同位素診斷疾病和治療腫瘤，如今已確定為臨床應(yīng)用的約80種同位素，其中有2/3是由加速器生產(chǎn)的，尤其是缺中子短壽命同位素只能由加速器生產(chǎn)。這些短壽命同位素主要應(yīng)用在以下方面：
a、正電子與單光子發(fā)射計算機斷層掃描—PET與SPECT
PET是由病人先吸入或預(yù)先注射半衰期極短的發(fā)射正電子的放射性核素，通過環(huán)形安置的探測器從各個角度檢測這些放射性核素發(fā)射正電子及湮滅時發(fā)射的光子，由計算機處理后重建出切面組織的圖像。而這些短壽命的放射性核素是由小回旋加速器制備的。最短的半衰期核素如O-15僅為123秒，一般為幾分鐘到1小時左右。所以，這種加速器一般裝備在使用PET的醫(yī)院里。生產(chǎn)PET專用短壽命的放射性核素的小回旋加速器，吸引了眾多的加速器生產(chǎn)廠開發(fā)研制。當(dāng)前，國外幾個加速器生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的小回旋加速器已達(dá)到幾十臺。
b、圖像獲取
利用放射性核素進(jìn)行閃爍掃描或利用γ照相獲取圖像的方法，可以診斷腫瘤、檢查人體臟器和研究它們的生理生化功能和代謝狀況，獲取動態(tài)資料。例如Tl-201用于心肌檢查，對早期發(fā)現(xiàn)冠心病和心肌梗塞的定位等是當(dāng)前最靈敏的檢查手段。而這些放射性核素絕大部分也是由加速器生產(chǎn)的。
3）輻照消毒
參考資料
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加速器的解釋|加速器的意思|漢典“加速器”詞語的解釋[引用日期2022-06-14 10:11:18]
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從“零起步”到“走出去”，硬“核”偉力書寫國之光榮2021-04-19T15:05:49+08:00[引用日期2022-06-15 10:21:13]
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六十載風(fēng)雨砥礪 一甲子春華秋實2018-09-26T07:46:26+08:00[引用日期2022-06-15 13:29:39]
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我國粒子加速器事業(yè)開拓者謝家麟:創(chuàng)新是沒有終點的旅程-新華網(wǎng)2016-02-22T07:21:10+08:00[引用日期2022-06-15 13:29:45]
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