Най-важните елементи на ускорителя на частици
Ускорителите на частици генерират и ускоряват лъчи от заредени елементарни частици с атомен и субатомен размер, като електрони, протони и йони. Те се използват не само за фундаментални научни изследвания, предназначени да разширят нашето разбиране за материята, но и за различни социално-икономически приложения, свързани с човешкото здраве, мониторинг на околната среда, качеството на храните, енергетиката и космическите технологии и други области.
Ускорителите на частици могат да имат линеен (прав) или цикличен дизайн и да се предлагат в различни размери. Те могат да бъдат дълги десетки километри или да се поберат в малка стая.
Дизайнът на всички ускорители обаче включва четири основни елемента:
(1) Източник, който произвежда заредени частици;
(2) Съставно устройство, предназначено да захранва и ускорява частици чрез създаване на статично или осцилиращо електрическо поле;
(3) Последователно свързани метални вакуумни тръби, позволяващи на частиците да се движат свободно, без да се сблъскат с въздушни молекули или прах, които биха могли да разпръснат лъча от частици;
(4) Система от електромагнити за управление на лъчите от частици, фокусирането им или промяна на траекторията им преди бомбардиране на целевата проба;
Приложения на лъчи от заредени частици
ЗДРАВЕОПАЗВАНЕ
Лъчите от заредени частици се използват за стерилизиране на медицинско оборудване и производство на радиоизотопи, които са необходими за синтеза на радиофармацевтици, използвани в диагностиката и лечението на рак. Големите ускорители помагат за унищожаването на раковите клетки, разкриват структурата на протеините и вирусите и оптимизират ваксините и новите лекарства.
ИЗСЛЕДВАНИЯ
Някои от най-големите ускорители на частици се използват, за да накарат елементарните частици да се сблъскат една с друга, като по този начин разширяват познанията ни за Вселената. Някои от тези ускорители се използват и за генериране на неутрони.
ОКОЛНА СРЕДА
В повечето случаи протонните лъчи могат да се използват за откриване на следи от химични елементи във въздуха, водата или почвата. Например, те могат да се използват за идентифициране на концентрацията и състава на различни замърсители и за създаване на уникален набор от характеристики, характеризиращи качеството на въздуха.
ИНДУСТРИЯ
Лъчите от частици могат да взаимодействат с атомите на целевия материал, например, за да направят материала по-силен.
Видове ускорители на заредени частици
ЙОННИ ИМПЛАНТАЦИОННИ ИНСТАЛАЦИИ
Устройствата за имплантиране на йони се използват широко в индустрията, например, за да направят материалите по-устойчиви на повреди поради износване и честа употреба. Има около 12 000 съоръжения за имплантиране на йони по целия свят, които помагат за производството на полупроводници за смартфони и слънчеви клетки и подобряват здравината на метални, керамични и стъклени покрития. Йонната имплантация може също така да подобри надеждността на материалите, използвани за медицински импланти.
ЛИНЕЙНИ АКСЕЛЕРАТОРИ
Дължината на линейните ускорители може да варира от няколко метра до няколко километра. Много от тях се използват в научни изследвания. Медицински линейни ускорители, които се инсталират в болниците, произвеждат поредица от рентгенови импулси, които се насочват към туморните клетки, за да ги убият. В света има около 1000 медицински линейни ускорителя.
СИНХРОТРОНИ
Повече от 70 синхротрона, разположени по целия свят, могат да се считат за истински гиганти сред ускорителите на частици. Те се използват за научни изследвания и помагат на учените да разберат основните закони на съществуването на нашата Вселена. Учените използват синхротрони за изследване на различни проблеми в химията, биомедицината, природното и културното наследство, околната среда и много други предметни области.
УСКОРИТЕЛИ НА ЕЛЕКТРОНЕН ЛЪЧ ЗА ИНДУСТРИАЛНИ ЦЕЛИ
По света има почти 10 000 ускорителя на електронни лъчи. С тяхна помощ можете например да направите материалите по-издръжливи при екстремни температури или устойчиви на химикали. Освен това електронните лъчи се използват за стерилизация на лекарства и храни, както и за дезинфекция на отпадни води. Те се използват широко в автомобилната и космическата промишленост, машиностроенето и в производството на медицински продукти.
ЦИКЛОТРОНИТЕ
Повече от 1200 циклотрона по света се използват за производство на лъчи от ускорени протони или дейтрони за медицински цели. Те са необходими за производството на радиоизотопи, които се използват за медицински изображения при диагностициране и лечение на рак. Много циклотрони се намират в болници и се използват за производство на радиофармацевтични продукти на базата на краткотрайни радиоизотопи.
ЕЛЕКТРОСТАТИЧНИ АКСЕЛЕРАТОРИ
Електростатичните ускорители, особено тандемните ускорители, са по-евтини инсталации. Учените ги използват, за да изучават свойствата на материалите, да наблюдават околната среда, да подпомагат биомедицинските изследвания, да изучават обекти на културното наследство и много други задачи. Според експерти през следващите години броят на подобни инсталации, които в момента в света са около 300, ще расте.
Източник: https://www.iaea.org/ru/bulletin/chto-takoe-uskoriteli-chastic
