环型加速器能够更好地储存加速粒子,并且可以有效地调整粒子束团的质量。如今,多数大型加速器都是以环型加速器作为主要部分,直线加速器和回旋加速器一般会作为环型加速器的注入器使用,大家各显神通。例如目前世界上最大的粒子加速器——大型强子对撞机,还有国内的同步辐射光源、散裂中子源等等,它们的主体都是环型加速器。
我们为什么需要加速器?
人类如此大费周章地建设各种各样的加速器,不断探索新的加速器技术,为何我们如此需要加速器?
探索微观世界一直是科学家们的夙愿。曾经,“核物理学之父”卢瑟福就说过:“长期以来,我一直希望能够获得大量的原子和电子开展研究,这些原子和电子的能量远远超过来自放射性物体的粒子”。
从最早卢瑟福利用α粒子轰击金箔的实验打开原子物理研究的大门,到2013年大型强子对撞机发现希格斯粒子,加速器无疑是科学家们开展物质科学研究最重要、最前沿的工具。我们不但能用它发现新的基本粒子,也能合成新的同位素,甚至可以体验一把造物主的感觉——合成新元素!
加速器对基础研究的贡献不仅仅在核物理和粒子物理领域中。利用带电粒子在电磁场的作用下沿弯转轨道运动时发出的电磁辐射,科学家们建造了同步辐射光源,开展材料科学、结构生物学等学科的相关实验。这些实验帮助人类更清晰地了解微观世界的结构,在解析禽流感、埃博拉、寨卡和新冠病毒结构,筛选抗病毒药物与抗体等方面发挥着重要作用。
除了基础科学研究,通过加速不同的带电粒子束或离子束,比如电子、重离子等等,科学家们可以开展各种各样的应用研究。加速器的应用已经渗透到人类生活的诸多方面了:
我们可以利用加速器治疗癌症。重离子放疗是目前国际上公认的先进放疗手段,重离子束就像一枚精准的导弹,能直接击中病灶,集中释放能量,消*癌细胞。