《三体》动画的一开头就有这样的台词:
“科学发展,突破口在哪儿?”
“粒子对撞实验?!”
接下来我们就看到了太空中的对撞机:
当然也看到了智子对实验的干扰。三体人为何如此害怕地球人的对撞机?对撞机实际上是粒子加速器的一种。按照原著的设定,三体人担心人类利用加速器揭示物质的本质,实现技术的飞跃,成为它们的有力劲敌。
这个设定非常科学!粒子加速器确实在人类的科技发展史上有着举足轻重的地位。通过人工方法加速带电粒子,科学家们既可以用加速器做高大上的物理实验,探索物质世界的基本组成,推动基础科学的发展;也可以对材料进行探伤,处理美味的食物,甚至婴儿们离不开的尿不湿也和加速器有关!
加速器到底是什么样子的,又是如何工作的?今天,我们就向大家介绍三种常见的加速器。
直线加速器——可能是你家的老电视
顾名思义,直线加速器(Linear Accelerator ,Linac)是将带电粒子沿直线加速的加速器。早在1924年,英国物理学家伊辛就提出了直线加速器的概念——利用多次加速电场来使带电粒子获得更高的能量。1928年,来自挪威的维德罗发展了伊辛的原理,建成了世界上第一台直线共振加速器。
上世纪八九十年代流行的“大屁股”电视机其实就是一台直线加速器,通过阴极射线管产生的电子束击打屏幕内侧的发光涂料产生图像。
直线加速器是目前最常见的加速器之一。当你美滋滋地啃着从超市购买的泡椒凤爪时,很有可能你就在享受加速器带来的便利。基于直线加速器的辐照加工技术(射线照射),是一种高效安全的*菌技术,可以让泡椒凤爪的保质期从3-5天延长到几个月,还不用添加防腐剂。
直线加速器的原理并不复杂:只要给粒子提供一个加速电场,粒子便可沿直线运动。如果采用合适的交变电场,就可以做到让粒子持续加速了。
但是一般交变电场有正有负,如何保证粒子的速度只增不减呢?科学家们巧妙地使用了一种叫做漂移管的结构。当遇到负向电压时,粒子恰好能够躲进漂移管,这样粒子束流(通常叫做束流)就可以在直线段中勇往无前了!