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世界上最大的粒子加速器

世界上最大的粒子加速器

 

欧洲大型强子对撞机(LHC)是世界上最大的粒子加速器,建于瑞士和法国边境地区地下100米深处的环形隧道中,隧道全长26.659公里。大型强子对撞机2003年开始修建,2008年9月10日启动,将近80个国家和地区的2000多名科学家参与这一研究项目。

  对撞机“开足马力”后,能把数以百万计的粒子加速至将近每秒钟30万公里,相当于光速的99.99%.粒子流每秒可在隧道内狂飙11245圈,单束粒子流能量可达7万亿电子伏特。

  欧洲核子研究中心定于10日将第一批质子注入对撞机,开始加速测试。科学家将检验对撞机各组成部分电路,检测对撞机整体运行状况。

  如测试成功,欧洲核子研究中心下一步将着手反方向的粒子加速测试,为粒子高速对撞做准备。

  运行方向相反的两束高速粒子流一旦对撞,碰撞点将产生极端高温,最高相当于太阳中心温度的10万倍。

  大型强子对撞机探测器“ATLAS”项目发言人彼得·热尼8日告诉法新社记者:“我们将(由此)进入一片物理学新领域。周三(10日)将是非常重要的里程碑。”

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粒子加速器(particle accelerator)是用人工方法产生高速带电粒子的装置。是探索原子核和粒子的性质、内部结构和相互作用的重要工具,在工农业生产、医

疗卫生、科学技术等方面也都有重要而广泛的实际应用。自E.卢瑟福1919年用天然放射性元素放射出来的a射线轰击氮原子首次实现了元素的人工转变以后,物理学家就认识到要想认识原子核,必须用高速粒子来变革原子核。天然放射性提供的粒子能量有限,只有几兆电子伏特(MeV),天然的宇宙射线中粒子的能量虽然很高,但是粒子流极为微弱,例如能量为10^14电子伏特( eV )的粒子每小时在 1平方米的面积上平均只降临一个,而且无法支配宇宙射线中粒子的种类、数量和能量,难于开展研究工作。因此为了开展有预期目标的实验研究,几十年来人们研制和建造了多种粒子加速器,性能不断提高。在生活中,电视和X光设施等都是小型的粒子加速器。
  应用粒子加速器发现了绝大部分新的超铀元素和合成的上千种新的人工放射性核素,并系统深入地研究原子核的基本结构及其变化规律,促使原子核物理学迅速发展成熟起来;高能加速器的发展又使人们发现包括重子、介子、轻子和各种共振态粒子在内的几百种粒子,建立粒子物理学。近20多年来,加速器的应用已远远超出原子核物理和粒子物理领域,在诸如材料科学、表面物理、分子生物学、光化学等其它科技领域都有着重要应用。在工、农、医各个领域中加速

器广泛用于同位素生产、肿瘤诊断与治疗、射线消毒、无损探伤、高分子辐照聚合、材料辐照改性、离子注入、离子束微量分析以及空间辐射模拟、核爆炸模拟等方面。迄今世界各地建造了数以千计的粒子加速器,其中一小部分用于原子核和粒子物理的基础研究,它们继续向提高能量和改善束流品质方向发展;其余绝大部分都属于以应用粒子射线技术为主的“小”型加速器。

 粒子加速器的结构一般包括 3个主要部分 :①粒子源 ,用以提供所需加速的粒子,有电子、正电子、质子、反质子以及重离子等等。②真空加速系统,其中有一定形态的加速电场,并且为了使粒子在不受空气分子散射的条件下加速 ,整个系统放在真空度极高的真空室内。③导引、聚焦系统 ,用一定形态的电磁场来引导并约束被加速的粒子束,使之沿预定轨道接受电场的加速。所有这些都要求高、精、尖技术的综合和配合。

  加速器的效能指标是粒子所能达到的能量和粒子流的强度(流强)。按照粒子能量的大小,加速器可分为低能加速器(能量小于10^8eV)、中能加速器(能量在10^8~10^9eV)、高能加速器(能量在10^9~10^12eV)和超高能加速器(能量在10^12eV以上)。目前低能和中能加速器主要用于各种实际应用。

 

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