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1、我们需要粒子加速器的十个理由 组织的大型强子对撞机的周长则是它的4.5倍。它不但体型巨大，而且造价极其昂贵。 从某种意义上来说，粒子加速器只是纯粹的探讨仪器，好像离我们一般人的日常生活很遥远。但这些机器并非除了探讨之外就没有其他用武之地了。事实上，粒子加速器早在几十年前，就已经走出探讨试验室，进入了实际应用领域，而且探讨人员还始终在开发粒子加速器的新应用。例如，伊利诺伊州加速器中心费米试验室的主任罗伯特科法特，与伊利诺伊州商业和经济机会部正在合力进行更多加速器实际应用的科学探讨与开发。 或许，你对以下10种加速器的应用闻所未闻，但粒子加速器的一百零一般奇妙的确出人意料，且经常给我们带来巨大的惊
2、喜粒子加速器离我们并不遥远。 加速器运用电磁力加速带电粒子，由此产生的粒子束可沿设定的方向运动。当移动着的带电粒子经过某个原子时，就能与原子中的电子相互作用，变更其运行轨道和连结方式，导致一些化合物分解并与其他元素结合而形成新的聚合物。 加速器的这种实力在工业上的应用最早可以追溯到上世纪80年头。曾经，薯片袋的封口是将两层铝箔用胶水粘在一起，但在快速运行的工业传送带上，人们明显不愿为了胶水干透等待太长的时间。但加速器就能解决这个难题电子束可以让胶水物质在瞬间聚合。 与石油相比，我们明显更难驾驭自然气必需利用管道进行运输，而不能干脆运输至所需市场。这也是为什么自然气管道事故频发，不是爆炸起火就是
3、发生泄漏，导致每年都有数千万升的自然气“凭空蒸发”的缘由。这不但奢侈了大量资源，而且对环境造成了极大污染。据西部价值项目估计，2022年，仅美国奢侈的自然气就足够满意洛杉矶或芝加哥全年所需。 其实，我们可以通过化学反应将自然气转化成液态烃或石油，但这个过程须要高温、高压，只有在大型工厂才能实现。而加速器可以通过放射电子束来打破碳氢键，变更自然气的化学构成，使其重新结合成链状聚合物，达到同样的效果。据科法特称，这一想法理论上可行，但目前还只停留在将来技术的远景设想阶段。 假如你在一些国家，望见食品包装袋上印有“Radura”标记，这就表明袋内食物已经接受过电子束辐照灭菌。目前，已有40多个国家采
4、纳这项技术来杀死苹果、草莓和菠菜等产品中的沙门氏菌和大肠杆菌等微生物。费米试验室加速器物理中心主任弗拉迪米尔希尔瑟夫说，精确校正的电子束可以摧毁病原体，但对食品本身不会产生任何影响。 原来，越困难的分子越简单被电子束破坏，而细菌的DNA要比植物的DNA困难得多，所以它们会被首先分解。与有可能产生意外核事故的放射性同位素不同，电子束完全在人们的掌控之中。另外，与质子和中子不同，它们也不会破坏原子核。同理，辐照灭菌器放射电子束技术还被用于医疗器具消毒。辐照来自于加速器，关掉开关，辐照就会马上停止。 煤炭燃烧会产生大量的烟道气体，如二氧化氮、二氧化硫等。这些气体若与大气中的水分发生反应，就会变成硫酸
5、和硝酸，最终以酸雨的形式“回来”地面。但假如这些氧化物与氨气混合，并接受电子束的放射，就可以转化成硫酸铵和硝酸铵，也就是一般的肥料。此外，静电式或离子式粒子分别器还可将这个化学反应产生的尘埃粒子收集起来，施放到田地里。 依照最乐观的估计，即使再生能源和核能快速崛起，将来20年内，煤炭仍旧将为我们供应所需能量的20%。而这个方法能让燃煤更符合环保要求，使煤炭可能成为清洁能源。目前，加拿大的PAVAC公司正在致力于领先开发这项技术。 加速器可以清除污水、污泥中的氮和磷，以及水体中的激素和抗生素药物残余，前者导致藻类大量滋生，而后者干脆危害海洋鱼类。加速器可将药物残余分解为无害化合物，电子束还可以将
6、水离子化，产生H3O和OH的自由基，创建特别利于发生氧化还原反应的环境。这种方法同样可以把困难的药物化合物分解成基本元素，同时杀死病原体。经电子束辐照的污染物可以干脆施放到菜地里作为肥料。 上世纪90年头初，美国迈阿密就已经建立了一座利用加速器清理城市垃圾的试验工厂。尽管工厂已能正常运作，但这项技术还未能解决全部问题，因此始终未能实现商业化运作。 分解分子和破坏病原体DNA并不是加速器唯一强大的本事，加速器还能用来开发电脑芯片新材料。计算机芯片产业依靠于一种被称为“掺杂”的技术，即用加速器将硼和磷离子植入硅层中。这些离子带正电荷，所以加速器可以利用电磁场来限制这些离子束的方向，将离子精准地渗透
7、进硅晶片，从而变更材料的电导性能，为科研人员研发电脑芯片新材料创建有利条件。 电子束并不是可以用来杀死有害微生物的唯一带电粒子，质子也可以用来摧毁肿瘤细胞，且用于放疗效果更佳。因为它们比电子的穿透力更强，可以干脆穿透身体组织，却又几乎不会对人体正常组织造成损害，且在找到猎杀目标时就会停下来，精确杀死肿瘤细胞。 1946年，美国物理学探讨中心费米试验室的第一任主任罗伯特威尔逊提出，科学家可以调整加速器，将其产生的粒子束释放到肿瘤的精确位置，杀死肿瘤细胞，同时减小对其四周组织的损害。11010年，第一个医用质子束加速器在洛马林达高校医学中心起先运作，如今已有17300多名病人在那里接受了质子加速器
8、的治疗。 粒子加速器之最 目前，世界上最大、能量最高的粒子加速器，是位于瑞士日内瓦旁边的大型强子对撞机，它于2022年9月10日正式起先运作。该加速器位于地下101米深的隧道内，总长约27千米，总撞击能量可达14 TeV，项目总投资达39亿欧元。 传统核反应堆都是临界反应堆，它们会产生过量的中子，须要由限制棒来进行汲取调整。但问题是，核反应堆限制棒有可能出现机械故障，导致反应失控。而由粒子加速器驱动的次临界系统则可以干脆限制中子数量，而不是等产生过量的中子之后，再想方法汲取消耗。 在加速器驱动的原子反应堆中，质子束撞击重金属靶核产生中子，以此驱动核裂变反应。科法特指出，这种设计更平安，因为“关
9、掉加速器，核反应就会停止。”此外，加速器驱动的反应堆还可以将现有核废料分解转化为半衰期较短的同位素。虽然该设想目前还未成为现实，但欧洲、印度和中国都在研发这种反应堆。 便携式中子发生器通过一种叫做“中子测井”的技术，可以帮助人们勘探石油、自然气和水资源。将中子发生器放置到勘探钻孔中，加速器产生的中子在穿过钻孔四周的土地时，会与各种元素的原子核发生反应。人们可以利用伽马射线探测器，捕获到这个过程中产生的伽马射线，而勘探人员则可依据信号强弱来确定地下资源的类型。 介子加速器可以帮助我们实现真正的穿墙视物。介子是一种与电子相像的亚原子，但它的质量要大得多，可以轻易穿过厚重的金属墙壁和容器，与核材料发
10、生反应。假如驶过边疆的卡车里藏有核裂变材料，穿过卡车的介子就会产生可被检测到的高能伽马射线。 这一性能使得介子加速器成了帮助识别核威逼的有力工具。例如，携带介子加速器的直升机飞过水面时，可向船只放射介子射线。“你可以远程发送辐射，射线会选择性地与船上的物质相互作用，只要了解这些物质材料的特性，就可以确定船上是否携带有核弹部件。” 大千世界是由什么组成的？从古至今，人类不断思索、探究这个问题。古代哲人只能凭自己的所见所闻去推断，但随着科学技术的发展，人们起先采纳各种试验方法来验证自己的思维。 粒子加速器与显微镜不同，它并不能干脆视察它的探讨对象，而是通过“打靶”、“轰击”等来变更对象的状态，人们通过分析变更后的结果，了解微观物质的组成和运动规律。人类原委为什么须要粒子加速器？我国闻名加速器物理学家谢家麟曾说过：“粒子加速器是人类相识微观世界的手段。”或许，这一个理由就已足够。 第7页 共7页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页