粒子加速器
粒子加速器（Particle accelerator）全名為“荷電粒子加速器”就是讓帶電粒子在高真空?qǐng)鲋惺艽艌?chǎng)力控制、電場(chǎng)力加速產(chǎn)生的高能特殊電磁、高真空裝置。它是人工提供各種高能粒子束或輻射射線的現(xiàn)代化設(shè)備。
日常生活中常見(jiàn)的粒子加速器包括陰極射線管和電視用X射線管。一些低能加速器用于核科學(xué)和工程，而另一些則廣泛用于化學(xué)、物理學(xué)和生物學(xué)的基礎(chǔ)研究。一直到放射化學(xué)和放射攝影術(shù)、活化分析、離子注入、射線治療、同位素生產(chǎn)、消毒殺菌、焊接與熔煉、種子和食品的輻射處理以及國(guó)防等國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。
自E·1919年盧瑟福首次用天然放射性元素發(fā)出的α射線轟擊氮原子實(shí)現(xiàn)元素的人工轉(zhuǎn)化后，物理學(xué)家意識(shí)到，要想認(rèn)識(shí)原子核，就必須與粒子同步研究。隨后，大多數(shù)新的超鈾元素被粒子加速器發(fā)現(xiàn)，并合成了數(shù)千種新的人工放射性核素高能加速器的發(fā)展使人們發(fā)現(xiàn)了重子、介子、輕子和各種共振粒子，包括數(shù)百種粒子。
歷史沿革 編輯本段
發(fā)展歷程
粒子加速器
一、早期
1919年，盧瑟福用天然放射源實(shí)現(xiàn)了歷史上第一個(gè)人工核反應(yīng)，激發(fā)了人們用快速粒子束變革原子核的強(qiáng)烈愿望。
1926年，美國(guó)古里奇(Coolidge)用三個(gè)X光管串聯(lián)獲電子束。
1928年，伽莫夫關(guān)于量子隧道效應(yīng)的計(jì)算表明，能量遠(yuǎn)低于天然射線的α粒子也有可能透入原子核內(nèi)。該研究結(jié)果進(jìn)一步增強(qiáng)了人們研制人造快速粒子源的興趣和決心。
1932年，J．D．考克饒夫特（John D. Cockroft）和E.T.瓦爾頓（Earnest T. S. Walton）在England的 Cavendish實(shí)驗(yàn)室開發(fā)制造了700kV高壓倍加速器加速質(zhì)子，即Cockroft-Walton加速器，實(shí)現(xiàn)了第一個(gè)由人工加速的粒子引起的Li（p，α）He核反應(yīng)。由多級(jí)電壓分配器（multi-step voltage divider ）產(chǎn)生恒定的梯度直流電壓，使離子進(jìn)行直線加速。
1930年，Earnest.O. Lawrence制作了第一臺(tái)回旋加速器，這臺(tái)加速器的直徑只有10cm。隨后，經(jīng)M. Stanley Livingston資助，建造了一臺(tái)25cm直徑的較大回旋加速器，其被加速粒子的能量可達(dá)到1MeV。幾年后，他們用由回旋加速器獲得的4.8MeV氫離子和氘束轟擊靶核產(chǎn)生了高強(qiáng)度的中子束，還首次生產(chǎn)出了等人工放射性核素。
1940 由 D. W. Kerst 利用電磁感應(yīng)產(chǎn)生的渦旋電場(chǎng)發(fā)明了新型的加速電子電子感應(yīng)加速器（Betatrons）。它是加速電子的圓形加速器。與回旋加速器的不同之處是通過(guò)增加穿過(guò)電子軌道的磁通量（magnetic flux ）完成對(duì)電子的加速作用，電子在固定的軌道中運(yùn)行。在該加速器中，必須和處理電子的相對(duì)論作用一樣來(lái)處理由輻射而丟失的能量。所有被加速的粒子輻射電磁能，并且在一定動(dòng)能范圍內(nèi)，被加速電子的輻射損失能量比質(zhì)子的多。這種丟失的輻射能稱同步加速輻射。因此，電子感應(yīng)加速器的最大能量限制在幾百M(fèi)eV內(nèi)。
在這期間，早期直線共振加速器也曾被研制，但未獲進(jìn)一步發(fā)展。
二、中期
1944至1945年間，美國(guó)姆克米蘭(Mcmillan)和蘇聯(lián)的維克斯勒(B．M．Bekcnep)先后幾乎同時(shí)獨(dú)立地發(fā)現(xiàn)了準(zhǔn)共振加速器以之為基礎(chǔ)的“自動(dòng)穩(wěn)相原理”，使各類準(zhǔn)共振加速器在近似共振的回旋加速器的基礎(chǔ)上迅速地向前推進(jìn)。
1946年，第一臺(tái)穩(wěn)相加速器在美國(guó)伯克利(Berkley)建成，獲能量為氘核和口粒子。至60年代，該類加速器的最高能量被提高到。
1947年，美國(guó)綜合電氣研究實(shí)驗(yàn)室率先建成子同步加速器。往后該類同步加速器的最高加速能量被提高到平。1952年，美國(guó)布魯克海文(Brookhaven)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室最早建成能量為質(zhì)子同步加速器(即同步穩(wěn)相加速器)，定名為“宇宙加速器”(Cosmotron)。
至1958年，蘇聯(lián)把該類加速器能量提高到平，軌道半徑為28m，磁鐵重量達(dá)是迄今為止世界上最重的加速器。
與此同時(shí)，在二次世界大戰(zhàn)后，隨著雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展，高頻和微波技術(shù)有了很大發(fā)展，駐波型和行波型的直線共振加速器也有了新的突破。
1947年，美國(guó)伯克利實(shí)驗(yàn)室在阿爾伐瑞茲(Alvarez)領(lǐng)導(dǎo)下建成子駐波直線加速器。
最早的電子行波直線加速器是在英國(guó)Harwell建成的，能量為4MeV。60年代初，英國(guó)最先將電子直線加速器用于癌癥治療。隨后，美國(guó)致力于該類加速器的研制，斯坦福(Standford)電子直線加速器中心，于1966年建成能量為電子行波直線加速器，加速器總長(zhǎng)達(dá)3km，是迄今能量最高的直線共振加速器。
三、近期
1952年，美國(guó)布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室古蘭特(Courant)、里文斯頓(Livingston)、斯內(nèi)德(Snyder)等人提出了交變梯度聚焦(AG聚焦，Alternating Gradient Focusing)的原理，受到人們的重視。這以前，一位希臘工程師克利斯多菲勒斯(N．C．ChristofilOS)早于1950年就已寫出了一份未發(fā)表的名為“磁共振加速器中離子和電子的聚焦系統(tǒng)”的報(bào)告，闡述了強(qiáng)聚焦原理。之后他應(yīng)邀赴美國(guó)，與里文斯頓等人合作進(jìn)行了強(qiáng)聚焦同步加速器的研究。
粒子加速器
60年代末至70年代初，人們進(jìn)一步創(chuàng)造性地運(yùn)用相對(duì)論原理的粒子對(duì)撞機(jī)得到了迅速發(fā)展，這使提供給粒子的有效作用能量得以提高幾個(gè)數(shù)量級(jí)之多。最早的對(duì)撞機(jī)是意大利于1969年建成的，它是一臺(tái)名為ADoNE的直線加速器型電子對(duì)撞機(jī)，加速的電子能量為美、法等國(guó)隨后建成同類對(duì)撞機(jī)。70年代初期，蘇聯(lián)、西德等國(guó)率先相繼建成能量更高的電子同步加速器型對(duì)撞機(jī)。
中國(guó)發(fā)展
1956年以后清華、北大等某些高等院校相繼設(shè)置加速器專業(yè)，或招收加速器研究生。建立最早的加速器是科學(xué)院原子能所于1955年建成的700keV質(zhì)子靜電加速器。
1958年開始，我國(guó)加速器事業(yè)進(jìn)入新的發(fā)展階段。
·靜電加速器：
1958年科學(xué)院高能所2．5MeV質(zhì)子靜電加速器建成。
1961年上海先鋒電機(jī)廠開始試制并投產(chǎn)靜電加速器。
·倍壓加速器：
1958年清華大學(xué)建成400keV質(zhì)子倍壓加速器。
1964年上海先鋒廠開始試制并投產(chǎn)倍壓加速器。 ．
·感應(yīng)加速器： ．
1957—1958年：清華、北大分別引進(jìn)蘇聯(lián)造25MeV電子感應(yīng)加速器。并自力更生研 制2．5MeV、10MeV感應(yīng)加速器。
·電子回旋加速器：
1957年前后，科學(xué)院開始研制電子回旋加速器。
1958—1959年，清華大學(xué)2．5MeV電子回旋加速器出束。
70年代末至80年代初一機(jī)部自動(dòng)化所與清華大學(xué)、國(guó)家計(jì)量局合作研制25MeV電子回旋加速器成功。
·電子直線加速器：
1964年科學(xué)院高能所30MeV電子直線加速器建成。
1977年：上述加速器通過(guò)鑒定后，北京醫(yī)療器械研究所、上海醫(yī)療器械廠、南京電子管廠、四川東風(fēng)電機(jī)廠、四機(jī)部十二所開始小批量生產(chǎn)或研制醫(yī)用和工業(yè)用電子行波直線加速器?！?/span>
回旋加速器：
1958年：原子能所自蘇聯(lián)引進(jìn)磁極直徑聲1．2m回旋加速器。
60年代初：先后由北京重型電機(jī)廠、上海先鋒電機(jī)廠仿制聲1．2m與聲1．5m回旋加速器。
我國(guó)第一臺(tái)籌建的高能加速器——聚焦質(zhì)子同步加速器曾于1977年由高能所全面開展預(yù)制研究，后經(jīng)計(jì)劃調(diào)整，改為建造負(fù)電子對(duì)撞機(jī)，1988年秋宣告建成。原設(shè)計(jì)作為注入器的’30MeV質(zhì)子直線加速器，則仍按期于1986年建成。
我國(guó)最早起步的同步輻射加速器由200MeV電子直線加速器和800MeV儲(chǔ)存環(huán)組成，由中國(guó)科技大學(xué)設(shè)計(jì)并建造，于1989年春建成出光。
蘭州近代物理研究所用于加速重離子的分離扇型回旋加速器也已于1988年底建成。
粒子加速器
中國(guó)第一臺(tái)自行設(shè)計(jì)、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(duì)撞機(jī)實(shí)現(xiàn)正負(fù)電子對(duì)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。
1989年
粒子加速器
2004年
北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)重大改造工程(BEPCⅡ)第一階段設(shè)備安裝和調(diào)試工作取得重大進(jìn)展。同年11月19日16時(shí)41分，直線加速器控制室的示波器上顯示出的電子束流流強(qiáng)約為2A以上，標(biāo)志著BEPCⅡ直線加速器的改進(jìn)工作取得一個(gè)重要的階段性成果。
2005年
北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)（BEPC）正式結(jié)束運(yùn)行。投資6.4億元的北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)重大改造工程(BEPCⅡ)第二階段——新的雙環(huán)正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)儲(chǔ)存環(huán)的改建工程施工正式開始。新北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)的性能將是美國(guó)同一類裝置的3~7倍，對(duì)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。
2015年
2015年10月，中科院高能物理研究所宣布中國(guó)將于2020年至2025年間開始建造世界最大粒子加速器，這項(xiàng)安裝將可讓科學(xué)家們能更多了解宇宙的運(yùn)作。這項(xiàng)計(jì)劃的最終概念將在2016年底完成。LHC強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)產(chǎn)生了希格斯玻色子，以及還有許多其他種類的粒子。而中國(guó)建造的粒子加速器將創(chuàng)造出一個(gè)能單單產(chǎn)出希格斯玻色子的高純度環(huán)境。
研究目的 編輯本段
二十世紀(jì)80年代以來(lái)，中國(guó)陸續(xù)建設(shè)了四大高能物理研究裝置――北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)、蘭州重離子加速器和合肥同步輻射裝置。2000年以后，國(guó)家和地方政府合作，花費(fèi)14億元之巨興建了大科學(xué)裝置上海同步輻射光源。為什么國(guó)家要花費(fèi)如此巨資，建設(shè)這高能物理研究裝置呢？
要想了解物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)，首先要把它打碎。粒子加速器就是用高速粒子去“打碎”被測(cè)物質(zhì)，加速器使用電磁力加速帶電粒子，由此產(chǎn)生的粒子束可沿設(shè)定的方向運(yùn)動(dòng)。當(dāng)移動(dòng)著的帶電粒子經(jīng)過(guò)某個(gè)原子時(shí)，就能與原子中的電子相互作用，改變其運(yùn)行軌道和連結(jié)方式，導(dǎo)致一些化合物分解并與其他元素結(jié)合而形成新的聚合物，進(jìn)而使我們了解物質(zhì)的基本性質(zhì)。一直以來(lái)科學(xué)家們都致力于粒子加速器小型化，軍事學(xué)家則希望制成能擊穿鋼鐵的粒子槍。
組成結(jié)構(gòu) 編輯本段
粒子加速器的結(jié)構(gòu)一般包括3個(gè)主要部分：
①粒子源，用以提供所需加速的粒子，有電子、正電子、質(zhì)子、反質(zhì)子以及重離子等等。
②真空加速系統(tǒng)，其中有一定形態(tài)的加速電場(chǎng)，并且為了使粒子在不受空氣中的分子散射的影響的條件下加速，整個(gè)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(chǎng)來(lái)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(chǎng)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(qiáng)度（流強(qiáng)）。按照粒子能量的大小，加速器可分為低能加速器（能量小于）、中能加速器（能量在、高能加速器（能量在和超高能加速器（能量在上)。低能和中能加速器主要用于各種實(shí)際應(yīng)用。
分類種類 編輯本段
加速器的種類繁多，到目前為止，世界上已建成或曾著手研制的不下數(shù)十種。其中的已被淘汰，有的還不成熟。被廣泛采用和定型的則有十余種，它們的特點(diǎn)各有不同，可按不同的原則加以分類。
1．按加速粒子種類分：
(1)電子加速器；
(2)離子加速器、重離子加速器；
(3)任意帶電粒子或全粒子加速器。
2．按粒子運(yùn)動(dòng)軌道形狀分：
(1)直線加速器；
(2)回旋加速器；
(3)環(huán)形加速器。
3．按加速電場(chǎng)種類分：
(1)高壓加速器；
(2)感應(yīng)加速器；
(3)高頻共振加速器。
4．按聚焦方式分：
高壓加速器
(2)強(qiáng)聚焦加速器(超導(dǎo)或非超導(dǎo)磁體)。
5．按加速粒子能量范圍分：
(1)低能加速器
(2)中能加速器
(3)高能加速器
(4)超高能加速器
6．按束流強(qiáng)度分為強(qiáng)流、中流或弱流加速器。
粒子運(yùn)行方式
粒子運(yùn)行方式有：直線、回旋、螺旋、自動(dòng)穩(wěn)向機(jī)制等。
利用直線加速器加速帶電粒子時(shí)，粒子是沿著一條近于直線的軌道運(yùn)動(dòng)和被逐級(jí)加速的，因此當(dāng)需要很高的能量時(shí)，加速器的直線距離會(huì)很長(zhǎng)。有什么辦法來(lái)大幅度地減小加速器的尺寸嗎？辦法說(shuō)起來(lái)也很簡(jiǎn)單，如果把直線軌道改成圓形軌道或者螺旋形軌道，一圈一圈地反復(fù)加速，這樣也可以逐級(jí)諧振加速到很高的能量，而加速器的尺寸也可以大大地縮減。
1930年E.O.勞倫斯在直線加速器諧振加速工作原理的啟發(fā)下，提出了研制回旋加速器的建議。勞倫斯建議在回旋加速器里增加兩個(gè)半圓形磁場(chǎng)，使帶電粒子不再沿著直線運(yùn)動(dòng)，而沿著近似于平面螺旋線的軌道運(yùn)動(dòng)，這種改造使得加速器的電場(chǎng)不至于如此之長(zhǎng)而導(dǎo)致電場(chǎng)能損失，是一個(gè)極富設(shè)想的設(shè)計(jì)發(fā)明。1931年建成了第一臺(tái)回旋加速器，磁極直徑約10厘米，用2千伏的加速電壓工作，把氘核加速到80keV，證實(shí)了回旋加速器的工作原理是可行的。在1932年又建成了磁極直徑為27厘米的回旋加速器，可以把質(zhì)子加速到1MeV。
回旋加速器的電磁鐵的磁極是圓柱形的，兩個(gè)磁極之間形成接近均勻分布的主導(dǎo)磁場(chǎng)。磁場(chǎng)是恒定的，不隨時(shí)間而變化。在磁場(chǎng)作用下，帶電粒子沿著圓弧軌道運(yùn)動(dòng)，粒子能量不斷地提高，軌道的曲率半徑也不
兩個(gè)磁極之間是真空室。里面裝有兩個(gè)半圓形空盒狀的金屬電極，通稱為“D形電極”。D形電極接在高頻電源的輸出端上，2個(gè)D形電極之間的空隙（加速間隙）有高頻電場(chǎng)產(chǎn)生。粒子源安裝在真空室中心的加速間隙中。D形電極內(nèi)部沒(méi)有高頻電場(chǎng)，粒子進(jìn)入D形電極之內(nèi)就不再被加速，在恒定的主導(dǎo)磁場(chǎng)作用下做圓周運(yùn)動(dòng)。只要粒子回旋半圓的時(shí)間等于加速電壓半周期的奇整數(shù)倍，就能夠得到諧振加速。用一個(gè)表達(dá)式可以表示成：式中Tc是粒子的回旋周期，Trt是加速電壓的周期，K應(yīng)該是奇整數(shù)。
這類利用軸向磁場(chǎng)使帶電粒子做回旋運(yùn)動(dòng)，周期性地通過(guò)高頻電場(chǎng)加速粒子的回旋加速器又可以分為兩類：
粒子加速器
第二類是有自動(dòng)穩(wěn)相機(jī)制的。屬于這一類型的加速器有：（1）穩(wěn)相加速器；（2）同步加速器；（3）回旋加速器。
穩(wěn)相
SLD事件的示意圖
同步
它的主導(dǎo)磁場(chǎng)是隨時(shí)間改變的以保證帶電粒子在恒定軌道上回旋。為此，磁鐵做成環(huán)形的，可使磁鐵重量減輕。加速電場(chǎng)是交變的，其頻率隨著帶電粒子回旋頻率的改變而改變，以保證諧振加速。同步加速器既能加速電子，稱為電子同步加速器；又能用于加速質(zhì)子，稱為質(zhì)子同步加速器或同步穩(wěn)相加速器。用于加速重離子的同步加速器，顧名思義應(yīng)稱為重離子同步加速器。
回旋
又稱為微波回旋加速器，專門用于加速電子。這一類型的加速器中，軸向磁場(chǎng)是均勻的，加速電場(chǎng)的頻率也是恒定的，而所不同的是讓加速間隙位于磁極的一端，電子的軌道為一系列與加速間隙中心線相切的圓。圖2.5是電子回旋加速器中電子軌道的示意圖。電子每回旋一圈，就被加速一次，只要回旋周期等于加速電壓周期的整數(shù)倍，就有可能進(jìn)行諧振加速。電子回旋加速器的能量都不是很高，最大的也不過(guò)幾十MeV，束流強(qiáng)度為安，大多數(shù)用于醫(yī)療和射線劑量學(xué)等方面。
環(huán)形
同步輻射是當(dāng)任何帶電粒子加速時(shí)，所發(fā)出的一種電磁輻射。粒子在圓形軌道里運(yùn)動(dòng)時(shí)都有一個(gè)向心加速度，會(huì)讓粒子持續(xù)輻射。此時(shí)必須提供電場(chǎng)加速以補(bǔ)充所損失的能量。同步輻射是一種高功率的輻射，加速器將電子加速以產(chǎn)生同相位的X光。
除了加速電子以外也有些加速器加速較重的離子，如質(zhì)子，以運(yùn)作更高的能量領(lǐng)域的研究。譬如高能物理對(duì)于夸克及膠子的研究分析。
最早的環(huán)形加速器為 粒子回旋加速器，1932年由 恩奈斯特·勞倫斯（en:Ernest O. Lawrence）所發(fā)明。粒子回旋加速器有一對(duì)半圓形（D形）的中空盒子，以固定頻率變換電場(chǎng)，用以加速帶電粒子；以及一組磁偶極提供磁場(chǎng)使運(yùn)動(dòng)粒子轉(zhuǎn)彎。帶電粒子從盒子的圓心地方開始加速，然后依螺旋狀軌跡運(yùn)動(dòng)至盒子邊緣。
粒子回旋加速器有其能量限制，因?yàn)?nbsp;特殊相對(duì)論效應(yīng)會(huì)使得高速下的粒子質(zhì)量改變。粒子的核質(zhì)比與回旋頻率間的關(guān)系因此改變，許多參數(shù)需重新計(jì)算。當(dāng)粒子速度接近光速時(shí)，粒子回旋加速器需提供更多的能量才有可能讓粒子繼續(xù)運(yùn)行，而這時(shí)可能已經(jīng)達(dá)到粒子回旋加速器機(jī)械上的極限。
當(dāng)電子能量到達(dá)約十個(gè)百萬(wàn)電子伏特（10 MeV）時(shí)，原本的粒子回旋加速器無(wú)法對(duì)電子再做加速。必須用其它方法，如 同步粒子回旋加速器和 等時(shí)粒子回旋加速器的使用。這些加速器適用于較高的能量，而不用于較低的能量。
如果要到達(dá)更高的能量，約十億電子伏特（billion eV or GeV），必須使用同步加速器。同步加速器將粒子置于環(huán)形的真空管中，稱為儲(chǔ)存環(huán)。儲(chǔ)存環(huán)有許多的磁鐵裝置用以聚焦粒子以及讓粒子在儲(chǔ)存環(huán)中轉(zhuǎn)彎，用微波（高頻）共振腔提供電場(chǎng)將粒子加速。
直線
粒子加速器
所以帶電粒子束加速時(shí)，必須小心控制每一個(gè)環(huán)上的交流（AC）電壓，讓每一個(gè)帶電粒子束可以持續(xù)加速。由于粒子速度越來(lái)越快，要保持電場(chǎng)加速粒子效率，電擊環(huán)的長(zhǎng)度必須越來(lái)越長(zhǎng)使電場(chǎng)作用在粒子的時(shí)間提高。為了保持粒子運(yùn)動(dòng)軌跡的穩(wěn)定性，通常會(huì)使用一連串的四極電磁鐵(Quadrupole magnets)強(qiáng)制讓粒子束往中心方向聚集。
當(dāng)粒子接近光速時(shí)，會(huì)由于相對(duì)論效應(yīng)粒子會(huì)將電能轉(zhuǎn)成質(zhì)能，電場(chǎng)的轉(zhuǎn)換速率必須變得相當(dāng)高以抵抗相對(duì)論效應(yīng)，須使用微波（高頻）共振腔來(lái)運(yùn)作加速電場(chǎng)。直線加速器由于高電壓的運(yùn)作，會(huì)使儀器表面有感應(yīng)電荷存在，這不只會(huì)造成實(shí)驗(yàn)誤差更造成安全上的漏電，甚至這些在金屬儀器表面的電能會(huì)轉(zhuǎn)成更危險(xiǎn)的熱能，這造成了直線加速器必須有極限電壓以保安全。
加上儀器尺寸過(guò)大，高電壓運(yùn)作的電費(fèi)更是一大負(fù)擔(dān)。于是在直線加速器之后，科學(xué)家基于成本和安全要求發(fā)明了回旋加速器(Cyclotron)。 (Ernest Lawrence發(fā)明了回旋加速器并在1939年榮獲諾貝爾物理獎(jiǎng))
雖然直線加速器有成本和安全的缺點(diǎn)，但是和現(xiàn)今的粒子加速器比較的話，它還是有高功率(短時(shí)間將粒子加速到相對(duì)論狀態(tài))和高數(shù)量輸出的優(yōu)點(diǎn)。直線加速器也被稱為L(zhǎng)inac（LinearAccelerator的簡(jiǎn)稱）。
實(shí)驗(yàn)裝置 編輯本段
北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)
北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)是一臺(tái)可以使正、負(fù)兩個(gè)電子束在同一個(gè)環(huán)里沿著相反的方向加速，并在指定的地點(diǎn)發(fā)生對(duì)頭碰撞的高能物理實(shí)驗(yàn)裝置。由于磁場(chǎng)的作用，正負(fù)電子進(jìn)入環(huán)后，在電子計(jì)算機(jī)控制下，沿指定軌道運(yùn)動(dòng)，在環(huán)內(nèi)指定區(qū)域產(chǎn)生對(duì)撞，從而發(fā)生高能反應(yīng)。然后用一臺(tái)大型粒子探測(cè)器，分辨對(duì)撞后產(chǎn)生的帶電粒子及其衍變產(chǎn)物，把取出的電子信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。它始建于1984年10月7日，1988年10月建成，包括正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)、北京譜儀（大型粒子探測(cè)器）和北京同步輻射裝置。
北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)的建成，為中國(guó)粒子物理和同步輻射應(yīng)用研究開辟了廣闊的前景。[2]它的主要性能指標(biāo)達(dá)到80年代國(guó)際先進(jìn)水平，一些性能指標(biāo)迄今仍然是國(guó)際同類裝置的最好水平。[1]而且中美科學(xué)家還于2003年7月30日在北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)上首次發(fā)現(xiàn)一個(gè)新粒子，中美科學(xué)家合作分析研究從對(duì)撞機(jī)上得到的5800萬(wàn)個(gè)J粒子事例的數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)現(xiàn)了這個(gè)新的短壽命粒子。這可能是幾十年前由科學(xué)家費(fèi)米和楊振寧預(yù)言的多夸克態(tài)粒子。
上海同步輻射光源
上海光源是一臺(tái)高性能的中能第三代同步輻射光源，它的英文全名為Shanghai Synchrotron Radiation Facility，簡(jiǎn)稱SSRF。它是中國(guó)迄今為止最大的大科學(xué)裝置和大科學(xué)平臺(tái)，在科學(xué)界和工業(yè)界有著廣泛的應(yīng)用價(jià)值，每天能容納數(shù)百名來(lái)自全國(guó)或全世界不同學(xué)科、不同領(lǐng)域的科學(xué)家和工程師在這里進(jìn)行基礎(chǔ)研究和技術(shù)開發(fā)。
蘭州重離子加速器
蘭州重離子加速器蘭州重離子加速器是中國(guó)自行研制的第一臺(tái)重離子加速器，同時(shí)也是我國(guó)到目前為止能量最高、可加速的粒子種類最多、規(guī)模最大的重離子加速器，是世界上繼法國(guó)、日本之后的第三臺(tái)同類大型回旋加速器，1989年H月投入正式運(yùn)行，主要指標(biāo)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。中科院近代物理研究所的科研人員以創(chuàng)新的物理思想，利用這臺(tái)加速器成功地合成和研究了10余種新核素。
合肥同步輻射裝置
粒子加速器
大型強(qiáng)子對(duì)撞器
世界上最大、能量最高的粒子加速器——大型強(qiáng)子對(duì)撞器（Large Hadron Collider，簡(jiǎn)稱LHC）
大型強(qiáng)子對(duì)撞器(Large Hadron Collider，LHC），是一座位于瑞士日內(nèi)瓦近郊歐洲核子研究組織CERN的粒子加速器與對(duì)撞機(jī)，作為國(guó)際高能物理學(xué)研究之用。(全球定位點(diǎn)：北緯東經(jīng)LHC已經(jīng)建造完成，北京時(shí)間2008年9月10日下午15：30正式開始運(yùn)作，成為世界上最大的粒子加速器設(shè)施。但在2008年9月19日，LHC第三與第四段之間用來(lái)冷卻超導(dǎo)磁鐵的液態(tài)氦發(fā)生了嚴(yán)重的泄漏，導(dǎo)致對(duì)撞機(jī)暫停運(yùn)轉(zhuǎn)。LHC是一個(gè)國(guó)際合作的計(jì)劃，由34國(guó)超過(guò)兩千位物理學(xué)家所屬的大學(xué)與實(shí)驗(yàn)室，所共同出資合作興建的。
激光粒子加速器
粒子加速器
傳統(tǒng)的加速器必須做成幾百米甚至更長(zhǎng)的龐然大物，以將粒子能量提升到粒子物理學(xué)家所需的程度。幾年來(lái)，科學(xué)家發(fā)展出一種主要基于激光等離子體的技術(shù)，可獲得比傳統(tǒng)加速器更高的加速梯度，從而為縮短加速度的長(zhǎng)度帶來(lái)可能。然而，之前的一些技術(shù)往往導(dǎo)致同步加速器的輻射損失或降低粒子束的質(zhì)量，限制了其對(duì)粒子物理學(xué)家的吸引力。
斯坦福大學(xué)研究小組開發(fā)的新方法，在用激光束加速的同時(shí)，施加一個(gè)和激光同向的縱向電場(chǎng)，形成疊加的加速效果。電子獲得的能量自然等于縱向電場(chǎng)和激光束單獨(dú)作用施加能量之和。該裝置在真空中加速電子，而不是在復(fù)雜得多的等離子體環(huán)境中。
粒子加速器
“這項(xiàng)工作最初、最主要的動(dòng)機(jī)是想探索開發(fā)粒子加速器的可能性，從而把現(xiàn)有直線加速器的長(zhǎng)度縮減一個(gè)數(shù)量級(jí)?！盤lettner說(shuō)，“這將導(dǎo)致碰撞能達(dá)1Tev甚至更高的‘緊湊’型高亮度輕子碰撞的出現(xiàn)?！睋?jù)悉，新方法還可能導(dǎo)致小型X射線源技術(shù)的發(fā)展。
作用方式 編輯本段
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(duì)變（轉(zhuǎn)化）關(guān)系。
從弧理論的觀念來(lái)看，利用高能加速器等方法來(lái)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(duì)稱理論（普遍的對(duì)稱性理論）2、非對(duì)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(qiáng)相互作用關(guān)系：漸近自由 理論等。
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。
非對(duì)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(shí)，由于時(shí)間軸在空間軸上的非對(duì)稱性，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(guò)程中，本質(zhì)上是對(duì)自然本在能態(tài)的一種人工擾動(dòng)，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(guò)程中的普遍存在的剛性結(jié)構(gòu)。當(dāng)外加能量進(jìn)入時(shí)，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?lái)。這些過(guò)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(shí)的唯一結(jié)構(gòu)體，即類弧子體。弱相互作用實(shí)際上是人工條件下對(duì)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(shí)，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(lái)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(duì)于自然的能本態(tài)或物質(zhì)性結(jié)構(gòu)仍是一無(wú)所知。
與此不同的強(qiáng)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(duì)弧子。其時(shí)空軸絕對(duì)同一，組成絕對(duì)弧合子的最小能量子單位，現(xiàn)代人稱為強(qiáng)子。強(qiáng)相互作用就是研究絕對(duì)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(jí)狀態(tài)，使用很高能量時(shí)才能激發(fā)這種相互作用。強(qiáng)相互作用對(duì)外不顯示任何新粒子產(chǎn)生或亞粒子對(duì)產(chǎn)生；也就是說(shuō)，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(duì)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(duì)弧子好比布滿麻點(diǎn)的皮球，其麻點(diǎn)對(duì)應(yīng)最小能單位，在無(wú)外加能量時(shí)，每個(gè)麻點(diǎn)的“位置”是同一的，即自由的，任意方位均可“看”到同一個(gè)麻點(diǎn)的存在。對(duì)其施加外力（外加能量）時(shí)，球面將會(huì)發(fā)生塌陷，此時(shí)塌陷邊緣上對(duì)稱的麻點(diǎn)發(fā)生對(duì)稱性的背離運(yùn)動(dòng)，似乎被分開了。由于絕對(duì)弧子自身的穩(wěn)定性，也即對(duì)人工能量的排斥性，看起來(lái)似乎是兩個(gè)麻點(diǎn)拼命想恢復(fù)原狀，給的力越大，凹陷越大，回彈性就越強(qiáng)；凹陷越小，回彈性越弱，按照現(xiàn)代物理學(xué)的觀點(diǎn)理解，即漸近自由。這些實(shí)為假象（人工制造的假象）。
概括而論，弱相互作用及其規(guī)律以及強(qiáng)相互作用及其規(guī)律，例如楊振寧等的非對(duì)稱性弱相互作用理論和戴維·羅斯、戴維·利策和弗蘭克·爾切克等的強(qiáng)相互作用理論，漸近自由理論都是建立在人工作用條件下的，描述自然本態(tài)在被干擾時(shí)所發(fā)生現(xiàn)象的物理認(rèn)識(shí)理論，而非自然本態(tài)的物理理論。其根本錯(cuò)誤在于自然認(rèn)識(shí)觀是錯(cuò)誤的，唯有弧理論可以正確概括和闡述各種自然的本在態(tài)結(jié)構(gòu)。
加速能量 編輯本段
從20世紀(jì)30年代到50年代后半期的20年時(shí)間里，加速器的能量增加了幾百倍到幾千倍。這是因?yàn)橐l(fā)現(xiàn)基本粒子。除了到宇宙線中去尋找外，就得到原子核內(nèi)部去尋找。原子核內(nèi)部存在非常強(qiáng)大的作用力，即：核力(nuclear force)把基本粒子緊緊地結(jié)合在一起，因此研究基本粒子需要很大的能量。隨著加速器能量的增加，在實(shí)驗(yàn)室中所發(fā)現(xiàn)的基本粒子數(shù)目也增多了。
粒子加速器的規(guī)模已有小于一個(gè)大型機(jī)器制造廠，其用電量相當(dāng)于一個(gè)中等城市，工作人員可達(dá)數(shù)千人，有宇宙粒子制造廠之稱。但是，盡管今日粒子加速器能量已經(jīng)夠大的了，可它仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)探索原子奧秘的要求，因此隨著人們對(duì)原子奧秘探索的深入，粒子加速器仍會(huì)不斷地改進(jìn)。
為止，粒子加速器的最高能量是由歐洲大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)LHC產(chǎn)生的。兩束能量為3.5Tev的質(zhì)子束相互碰撞，能量高達(dá)7TeV。
應(yīng)用作用 編輯本段
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(guò)程。
經(jīng)輻照生產(chǎn)的產(chǎn)品具有許多優(yōu)良的特點(diǎn)，例如：輻照交聯(lián)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，使用溫度輻照前為輻照后長(zhǎng)期使用溫度可達(dá)120℃以上。我國(guó)已有用加速器進(jìn)行輻照加工的生產(chǎn)線200多條。
無(wú)損檢測(cè)
無(wú)損檢測(cè)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(cè)出它們內(nèi)部的情況，判別內(nèi)部有無(wú)缺陷?，F(xiàn)代無(wú)損檢測(cè)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(cè)法等。射線檢測(cè)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Co60產(chǎn)生的γ射線、X光機(jī)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(yàn)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(yàn)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(jī)型。
射線檢測(cè)的方法根據(jù)對(duì)透過(guò)工件的射線接受和處理方法的不同，又可把射線檢測(cè)法分為三種：
a、射線照相法
這種方法與我們體檢時(shí)拍X光膠片相似，射線接受器是X光膠片。探傷時(shí)，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(duì)工件照射后，透過(guò)工件的射線使膠片感光，同時(shí)工件內(nèi)部的真實(shí)情況就反映到膠片的乳膠上，對(duì)感光后的膠片進(jìn)行處理后，就可以清楚地了解工件有無(wú)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(cè)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(jī)場(chǎng)、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(wú)損檢測(cè)。這種方法配以圖像處理系統(tǒng)可以在線實(shí)時(shí)顯示物品內(nèi)部的真實(shí)情況。
c、工業(yè)CT
與醫(yī)用CT原理類似，CT技術(shù)即計(jì)算機(jī)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(wú)損檢測(cè)手段，主要針對(duì)大型固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)和精密工件的檢測(cè)而發(fā)展起來(lái)。它的密度分辨率可達(dá)0.1%，比常規(guī)射線技術(shù)高一個(gè)數(shù)量級(jí)。在航天、航空、兵器、汽車制造等領(lǐng)域精密工件的缺陷檢測(cè)、尺寸測(cè)量、裝配結(jié)構(gòu)分析等方面有重要的應(yīng)用價(jià)值。
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)。我國(guó)現(xiàn)擁有各類離子注入機(jī)100多臺(tái)。其中我國(guó)自己累計(jì)生產(chǎn)出140多臺(tái)離子注入機(jī)，能量為150KeV~600KeV，流強(qiáng)為0.5mA到十幾mA。
1.2 低能加速器在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用
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(guó)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(guò)輻射誘變選育良種，在提高產(chǎn)量、改進(jìn)品質(zhì)、縮短生長(zhǎng)期、增強(qiáng)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(guò)輻照育種后可具有高產(chǎn)、早熟、矮桿及抗病蟲害等優(yōu)點(diǎn)。
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(lái)的一種新保鮮技術(shù)。例如，對(duì)馬鈴薯、大蒜、洋蔥等經(jīng)過(guò)輻照處理，可抑制其發(fā)芽，延長(zhǎng)貯存期；對(duì)干鮮水果、蘑菇、香腸等經(jīng)過(guò)輻照處理，可延長(zhǎng)供應(yīng)期和貨架期。
3)輻照殺蟲、滅菌
在農(nóng)產(chǎn)品、食品等殺蟲滅菌普遍使用化學(xué)熏蒸法，由于使用溴甲烷、環(huán)氧乙烷等化學(xué)熏蒸法引起的殘留毒性、破壞大氣臭氧層等原因，根據(jù)蒙特利爾公約，到2005年要在全球范圍內(nèi)禁止使用溴甲烷。因而利用加速器進(jìn)行農(nóng)產(chǎn)品、食品等輻照殺蟲、滅菌得以迅速發(fā)展。利用加速器產(chǎn)生的高能電子或X射線可以殺死農(nóng)產(chǎn)品、食品中的寄生蟲和致病菌，這不僅可減少食品因腐敗和蟲害造成的損失，而且可提高食品的衛(wèi)生檔次和附加值。
醫(yī)療衛(wèi)生
隨著科技的進(jìn)步和人民素質(zhì)的提高生活質(zhì)量的提高，人們對(duì)醫(yī)療衛(wèi)生條件提出了更高的要求。加速器在醫(yī)療保健中的應(yīng)用促進(jìn)了醫(yī)學(xué)的發(fā)展和人類壽命的延長(zhǎng)。目前加速器在醫(yī)療衛(wèi)生方面的應(yīng)用主要有三種，即放射治療、醫(yī)用同位素生產(chǎn)和醫(yī)療儀器、醫(yī)療用品和藥品的消毒。
1) 放療
用于惡性腫瘤的放射治療（簡(jiǎn)稱放療）電子直線加速器是當(dāng)今世界上應(yīng)用數(shù)量最多的加速器、最成熟的技術(shù)之一。
用于放射治療的加速器從50年代的感應(yīng)加速器到60年代的醫(yī)用電子回旋加速器，70年代醫(yī)用電子直線加速器逐漸占據(jù)主導(dǎo)地位。世界上有3000多臺(tái)醫(yī)用電子直線加速器裝備在世界各地的醫(yī)院里。
除了使用加速器產(chǎn)生的電子束之外，、除了X射線放射治療，質(zhì)子放射治療也可以通過(guò)加速器進(jìn)行、中子放療、重離子放射治療和π介子放射治療尚在實(shí)驗(yàn)階段，實(shí)驗(yàn)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)也復(fù)雜得多，價(jià)格也貴得多，至今沒(méi)有普及。
電子直線加速器立體定向放射治療，俗稱x—刀，一種新的放射治療技術(shù)。與常規(guī)放療相比，該技術(shù)可保護(hù)15倍以上%~20%正常組織，而腫瘤增加了20%~40%的劑量，可以更有效地殺死癌細(xì)胞，從而增加放射治療的療效。
20世紀(jì)60年代，我國(guó)醫(yī)院配備醫(yī)用感應(yīng)加速器，70年代中期，我國(guó)各地醫(yī)院開始配備醫(yī)用電子直線加速器。截至2000年初，中國(guó)擁有各種能量的電子直線加速器約530臺(tái)，其中國(guó)產(chǎn)電子直線加速器約250臺(tái)，進(jìn)口電子直線加速器約300臺(tái)。
同位素
放射性同位素在現(xiàn)代核醫(yī)學(xué)中被廣泛用于診斷疾病和治療腫瘤，已確定約80種同位素可用于臨床應(yīng)用，其中包括2/3是由加速器產(chǎn)生的，特別是缺中子短壽命同位素只能由加速器產(chǎn)生。這些短壽命同位素主要用于以下幾個(gè)方面：
a、正電子和單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層攝影—Positron emission computed tomography and single photon emission tomography
PET是一種放射出半衰期非常短的正電子的放射性核素，被患者提前吸入或注射這些放射性核素的正電子發(fā)射和光子發(fā)射被環(huán)形探測(cè)器從各個(gè)角度探測(cè)，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后重建出斷層組織的圖像。這些短壽命的放射性核素是由小型回旋加速器產(chǎn)生的。半衰期最短的核素，如15O，只有123秒，通常從幾分鐘到一小時(shí)不等。所以一般使用PET的醫(yī)院都會(huì)配備這種加速器。為PET產(chǎn)生短壽命放射性核素的小型回旋加速器吸引了許多加速器制造商對(duì)其進(jìn)行開發(fā)。幾家外國(guó)加速器制造商生產(chǎn)了幾十臺(tái)小型回旋加速器。
b、圖像獲取
腫瘤可以通過(guò)放射性核素閃爍照相術(shù)或γ照相術(shù)獲得的圖像來(lái)診斷、檢查人體器官，研究其生理生化功能和代謝狀況，獲取動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。比如201Tl用于心肌檢查，是早期發(fā)現(xiàn)冠心病和定位心肌梗死最敏感的檢查方法。這些放射性核素大多數(shù)也是由加速器產(chǎn)生的。
輻照消毒
利用加速器控制醫(yī)療儀器、一次性醫(yī)用物品、疫苗、抗生素、中成藥滅菌是加速器在醫(yī)療保健領(lǐng)域應(yīng)用的一個(gè)很有前景的方向。加速劑在食品中的殺蟲效果如前所述、滅菌也是一樣，可以替代高溫消毒的應(yīng)用、化學(xué)消毒等方法。然而，滅菌所需的輻射劑量大于殺死昆蟲所需的輻射劑量。
粒子加速器（Particle accelerator）它是用人工方法產(chǎn)生高速帶電粒子的裝置。日常生活中常見(jiàn)的粒子加速器包括陰極射線管和電視用X射線管。是探索原子核和粒子的性質(zhì)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和相互作用是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要工具、醫(yī)療衛(wèi)生、科學(xué)和技術(shù)也有重要和廣泛的實(shí)際應(yīng)用。自1919年盧瑟福用天然放射性元素發(fā)出的α射線轟擊氮原子首次實(shí)現(xiàn)元素的人工轉(zhuǎn)化后，物理學(xué)家們意識(shí)到，為了了解原子核，必須用高速粒子來(lái)改造原子核。天然放射性提供的粒子能量有限，只有幾兆電子伏（MeV）雖然自然宇宙線中的粒子能量很高，但粒子流卻很弱，比如能量是10 ^ 14電子伏（ eV ）平均每小時(shí)只有一個(gè)粒子落在 1平方米上，它無(wú)法控制宇宙射線中粒子的種類、量和精力，很難開展研究工作。因此，為了進(jìn)行具有預(yù)期目標(biāo)的實(shí)驗(yàn)研究，幾十年來(lái)人們開發(fā)和建造了各種各樣的粒子加速器，其性能也在不斷提高。在生活中，電視和x光設(shè)備都是小型粒子加速器。
利用粒子加速器發(fā)現(xiàn)了大部分新的超鈾元素和數(shù)千種人工合成的放射性核素，系統(tǒng)深入地研究了核的基本結(jié)構(gòu)及其變化規(guī)律，促進(jìn)了核物理的迅速發(fā)展和成熟，從而建立了粒子物理學(xué)。近20年來(lái)，加速器的應(yīng)用已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了核物理和粒子物理的領(lǐng)域，比如材料科學(xué)、表面物理、分子生物學(xué)、光化學(xué)和其他科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域有重要的應(yīng)用。在工、農(nóng)、加速器廣泛用于醫(yī)學(xué)各領(lǐng)域的同位素生產(chǎn)、腫瘤診斷與治療、射線消毒、無(wú)損探傷、高分子輻照聚合、材料輻照改性、離子注入、離子束顯微分析和空間輻射模擬、核爆模擬等等。到目前為止，世界各地已經(jīng)建造了數(shù)千臺(tái)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)朝著提高能量和光束質(zhì)量的方向發(fā)展；其余大部分屬于粒子射線技術(shù)的應(yīng)用“小”型加速器。
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