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無論是醫(yī)學或科學研究，粒子加速器幾乎觸及我們日常生活的每一個方面。自19世紀90年代陰極射線管早期以來，粒子加速器為科技創(chuàng)新做出了重要貢獻。今天，全世界有超過30,000個粒子加速器在運行。

什么是粒子加速器？

粒子加速器是一種將基本粒子（如電子或質子）加速到非常高能量的機器。在基本層面上，粒子加速器產生帶電粒子束，可用于各種研究目的。粒子加速器有兩種基本類型：線性加速器和圓形加速器。線性加速器沿著線性或直線束線推動粒子。圓形加速器推動圓形軌道周圍的顆粒。線性加速器用于固定目標實驗，而圓形加速器可用于碰撞梁和固定目標實驗。

粒子加速器如何運作？

粒子加速器使用電場來加速和增加粒子束的能量，粒子被磁場控制和聚焦。粒子源提供要加速的粒子，例如質子或電子。粒子束在金屬梁管中的真空內行進。真空對于保持空氣和無塵環(huán)境以使粒子束無阻礙地行進至關重要。當電磁鐵穿過真空管時，電磁鐵轉向并聚焦粒子束。

在加速器周圍間隔開的電場在給定頻率下從正切換到負，產生無線電波，加速束中的粒子。顆?？梢员灰龑У焦潭ǖ哪繕?，例如薄的金屬箔，或者兩個顆粒束可以相撞。粒子探測器記錄并揭示粒子束與目標之間碰撞產生的粒子和輻射。

粒子加速器在醫(yī)療領域的應用

每年有數千萬患者在世界各地的醫(yī)院和診所接受基于加速器的診斷和治療。粒子加速器在醫(yī)學應用中有兩個主要作用：用于醫(yī)學診斷和治療的放射性同位素的產生，以及用于醫(yī)學治療的電子束，質子和較重的帶電粒子的來源。

放射性同位素的廣泛半衰期及其不同的輻射類型允許針對特定應用進行優(yōu)化。發(fā)射X射線，伽馬射線或正電子的同位素可以用作診斷探針，儀器位于患者體外以對成像輻射分布進行成像，從而生物結構和流體運動或收縮（例如血流）。β射線（電子）和α粒子（氦核）的發(fā)射體將大部分能量沉積在靠近發(fā)射核的位置，并用作破壞癌組織的治療劑。

外照射放射治療已成為治療癌癥患者的一種非常有效的方法。現在絕大多數這些輻照都是用產生電子束和X射線的微波線性加速器進行的。過去50年來，加速器技術，診斷和治療技術的發(fā)展極大地改善了臨床結果。今天，全球有30個質子和三個碳離子束治療中心在運作，許多新的中心正在運轉。

能源部的國家實驗室在這些技術的早期開發(fā)中發(fā)揮了至關重要的作用。洛斯阿拉莫斯國家實驗室?guī)椭_發(fā)了電子線性加速器，現在是外部束療法的主力。Oak Ridge和Brookhaven國家實驗室為同位素診斷和治療提供了大量現有的專業(yè)知識。勞倫斯伯克利國家實驗室率先使用質子，α粒子（氦原子核）和其他輕離子進行治療和放射生物學。

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