입자 가속기의 작동 방식
의료 또는 과학 연구, 소비자 제품 개발 또는 국가 안보 등 입자 가속기는 일상 생활의 거의 모든 부분에 영향을 미칩니다. 1890 년대 음극선 관의 초기부터 입자 가속기는 과학 및 기술 혁신에 중요한 공헌을했습니다. 오늘날 전 세계적으로 30,000 개 이상의 입자 가속기가 작동하고 있습니다.
입자 가속기 란 무엇입니까?
입자 가속기는 전자 또는 양성자, 매우 높은 에너지로. 기본 수준에서 입자 가속기는 다양한 연구 목적에 사용할 수있는 하전 입자 빔을 생성합니다. 입자 가속기에는 선형 가속기와 원형 가속기의 두 가지 기본 유형이 있습니다. 선형 가속기는 선형 또는 직선 빔 라인을 따라 입자를 추진합니다. 원형 가속기는 원형 트랙 주위로 입자를 추진합니다. 선형 가속기는 고정 타겟 실험에 사용되는 반면 원형 가속기는 충돌 빔과 고정 타겟 실험 모두에 사용할 수 있습니다.
입자 가속기는 어떻게 작동합니까?
입자 가속기는 전기를 사용합니다. 자기장에 의해 조정되고 집중되는 입자 빔의 에너지를 가속화하고 증가시킵니다. 입자 소스는 가속 할 입자 (예 : 양성자 또는 전자)를 제공합니다. 입자 빔은 금속 빔 파이프의 진공 내부를 이동합니다. 진공은 입자 빔이 방해받지 않고 이동할 수 있도록 공기와 먼지가없는 환경을 유지하는 데 중요합니다. 전자석은 입자가 진공관을 통과하는 동안 입자 빔을 조종하고 초점을 맞 춥니 다.
가속기 주변의 전기장은 주어진 주파수에서 양에서 음으로 전환되어 입자를 뭉치로 가속하는 전파를 생성합니다. 입자는 얇은 금속 호일 조각과 같은 고정 된 대상을 향하거나 두 입자 빔이 충돌 할 수 있습니다. 입자 탐지기는 입자 빔과 표적 사이의 충돌에 의해 생성되는 입자와 방사선을 기록하고 드러냅니다.
가속기는 어떻게 기초 과학에 기여 했습니까?
입자 가속기는 필수적입니다. 중성 아 원자 입자의 일종 인 X- 선과 중성자를 사용하는 과학과 입자 및 핵 물리학을위한 발견 도구입니다.
고 에너지 물리학이라고도하는 입자 물리학은 우주에 대한 기본적인 질문을합니다. 입자 가속기를 주요 과학 도구로 사용하여 입자 물리학 자들은 물질, 에너지, 공간 및 시간을 지배하는 기본 입자와 물리 법칙에 대한 깊은 이해를 얻었습니다.
지난 40 년 동안 광원은- 광자를 생성하는 가속기, 전자기 복사를 담당하는 아 원자 입자 및이를 사용하는 과학은 많은 연구 분야를 가로 지르는 극적인 발전을 이루었습니다. 오늘날 미국에는 물리학 및 화학, 생물학 및 의학, 지구 과학, 기타 재료 과학 및 개발 분야의 연구에 X 선 빔을 사용하는 약 10,000 명의 과학자가 있습니다.
어떻게 입자 가속기가 소비자 제품을 개선 했나요?
전 세계적으로 수백 개의 산업 공정에서 입자 가속기를 사용합니다. 컴퓨터 칩 제조부터 수축 포장 및 그 이상을위한 플라스틱 가교에 이르기까지.
전자빔 응용 분야는 플라스틱의 변경, 표면 처리, 의료 멸균 및 식품 조사시 병원균 파괴와 같은 재료 특성의 수정에 중점을 둡니다. 더 무거운 입자를 가속화하는 이온빔 가속기는 반도체 산업에서 칩 제조 및 인공 관절에 사용되는 것과 같은 재료의 표면 경화에 광범위하게 사용됩니다.
입자 가속기는 의료 분야에서 어떻게 사용됩니까? ?
수백만 명의 환자가 매년 전 세계 병원과 진료소에서 가속기 기반 진단 및 치료를 받고 있습니다. 의료 응용 분야에서 입자 가속기의 두 가지 주요 역할은 의료 진단 및 치료를위한 방사성 동위 원소 생산과 의료 치료를위한 전자 빔, 양성자 및 무거운 하전 입자의 공급원입니다.
광범위한 범위 방사성 동위 원소의 반감기와 방사능 유형이 다르기 때문에 특정 응용 분야에 최적화 할 수 있습니다. 엑스레이, 감마선 또는 양전자를 방출하는 동위 원소는 진단 프로브 역할을 할 수 있으며, 기기는 환자 외부에 위치하여 방사선 분포를 이미지화하여 생물학적 구조와 유체 운동 또는 수축 (예 : 혈류)을 확인할 수 있습니다. 베타선 (전자)과 알파 입자 (헬륨 핵)의 방사체는 대부분의 에너지를 방출하는 핵 부위에 가깝게 축적하고 암 조직을 파괴하는 치료제 역할을합니다.
외부 광선에 의한 방사선 요법은 암 환자를 치료하는 매우 효과적인 방법으로 발전했습니다. 이러한 조사의 대부분은 현재 전자빔과 X- 선을 생성하는 마이크로파 선형 가속기로 수행됩니다. 가속기 기술, 진단 및 치료 기술은 지난 50 년 동안 개발되어 임상 결과가 크게 향상되었습니다. 오늘날 30 개의 양성자 및 3 개의 탄소 이온 빔 치료 센터가 전 세계적으로 운영되고 있으며 많은 새로운 센터가 진행 중입니다.
에너지 부서의 국립 연구소는 이들의 초기 개발에 결정적인 역할을했습니다. Los Alamos National Laboratory는 전자를위한 선형 가속기를 개발하는 데 도움을주었습니다. 현재는 외부 빔 치료의 주역이되었습니다. Oak Ridge와 Brookhaven National Laboratories는 진단 및 치료를위한 동위 원소에 대한 현재 전문 지식의 상당 부분을 제공했습니다. Lawrence Berkeley National Laboratory는 양성자 사용을 개척했습니다. , 알파 입자 (헬륨 핵) 및 기타 치료 및 방사선 생물학 용 광 이온.
입자 가속기가 국가 안보에 어떻게 도움이 되었습니까?
입자 가속기는화물을 포함한 국가 안보에서 중요한 역할을합니다. 검사, 비축 물 관리 및 재료 특성화.
핵연료를 검사하기위한 가속기의 초기 적용에서는 상업용 저에너지 전자 선형 가속기를 사용하여 광 분열 반응. 이러한 검사 기술은 1980 년대의 폐기물 드럼 조사와 결국화물 검사로 확장되었습니다. 1970 년대 자유 전자 레이저의 발명은 해군이 제안한 자유 전자 레이저 기술을 선상 방어에 적용하는 것을 포함하여 보안 및 방위 응용 분야에 직접적인 관심을 가진 고 에너지 전자를 사용하는 더욱 높은 전력의 전자기 복사를 가져 왔습니다.