加速器是用人工方法使帶電粒子在高真空中受電場力作用加速，獲得較高能量的裝置。高能量的中性粒子束或X射線也可由加速器間接獲得。加速器小的只有幾十厘米長，一個小的集裝箱就能裝得下，可以用汽車?yán)�著來回跑；大型加速器大得占地好幾平方千米，有一個小城市那么大，被加速的粒子在里面要跑上幾百萬千米，相當(dāng)于繞地球幾十圈，真是頂尖的高科技產(chǎn)品。

1．“煉金術(shù)士”的夢想實現(xiàn)了

古代“煉金術(shù)士”企圖把普通金屬（鐵、銅、鉛等）轉(zhuǎn)變?yōu)辄S金、白銀這樣的貴金屬。花費了大量的人力、物力和財力，最好的結(jié)果是制出了黃銅和白銅。到了20世紀(jì)40年代，古代“煉金術(shù)士”的夙愿終于被現(xiàn)代的“煉金術(shù)”實現(xiàn)了。1941年，美國科學(xué)家用加速器產(chǎn)生的帶電粒子轟擊汞原子，利用下面的核反應(yīng)，真的制造出了幾百萬個金原子。

200Hg + 1H → 197Au + 4He

（汞 – 200 + 質(zhì)子 → 金 – 197 + 氦 - 4）

一些國家用類似的方法，制造出了相當(dāng)數(shù)量的黃金。誠然，用這種方法制造出的黃金，要比從自然界中提煉出來的黃金貴得多，但是“煉金術(shù)士”的夢想實現(xiàn)了。利用加速器，人們還可以制造出比黃金貴千萬倍的貴金屬。

2．加速器大家族

加速器于20世紀(jì)30年代問世，最初是作為探索原子核奧秘而發(fā)展起來的。1930年，美國物理學(xué)家勞倫斯發(fā)明了回旋加速器，在這臺裝置中，質(zhì)子在一個巨大電磁體中沿圓形軌道運(yùn)行，在電場作用下獲得能量，不斷加速。1931年，美國物理學(xué)家范德格拉夫發(fā)明了靜電高壓加速器。現(xiàn)在人們利用光學(xué)顯微鏡、電子顯微鏡、隧道顯微鏡，可觀察到納米范圍的物體，更小尺度的范圍能不能觀察？怎么可以觀察到？高能加速器使人們實現(xiàn)了這個愿望。高能加速器可以使人們看到10-10~10-18米那么微小的粒子。現(xiàn)在，加速器的應(yīng)用已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了基礎(chǔ)研究范圍，在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國防建設(shè)中，都有著十分廣泛的應(yīng)用。加速器的發(fā)展迅速，出現(xiàn)了各種各樣的加速器。

按被加速的粒子種類分，有電子、質(zhì)子和重離子加速器。

按加速粒子的能量分，有低能、中能、高能和超高能加速器。

按加速的原理分，有高壓類、感應(yīng)電場類、射頻電場類加速器。

下圖為建在中國原子科學(xué)研究院的HI-13串列加速器和強(qiáng)流質(zhì)子回旋加速器。

 

                        

    HI-13 串列加速器                                             強(qiáng)流質(zhì)子回旋加速器   

 

大中型加速器往往采用多種加速器的串接組合。現(xiàn)在，瑞士、美國、俄羅斯都制造了超大型加速器。

中國科學(xué)院高能物理所的北京正負(fù)電子對撞機(jī)、合肥中國科技大學(xué)的同步輻射裝置、蘭州近代物理所的重離子加速器和中國原子能科學(xué)研究院的串列加速器是我國現(xiàn)在運(yùn)行著的幾座大型加速器。

3．離子注入機(jī)是什么

離子注入機(jī)是把中性原子電離后，引出離子束，用電磁場加速和聚焦，形成一定能量和脈沖寬度的帶電粒子束，注入到靶室的材料上，使材料的化學(xué)成分或組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，引起電學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)、機(jī)械性能和化學(xué)性能的改變。

20世紀(jì)70年代以來，離子注入已成為微電子線路加工手段之一。20世紀(jì)80年代，離子注入技術(shù)應(yīng)用于超大規(guī)模集成電路生產(chǎn)。現(xiàn)在，全世界用于集成電路生產(chǎn)的離子注入機(jī)已有三千多臺，并且還正在迅猛增加。離子注入還可用來培育植物新品種。離子注入機(jī)可注入的離子已有好幾十種，可根據(jù)需要來選擇。

4．加速器用途廣泛

70多年來，加速器迅速發(fā)展，不斷拓寬應(yīng)用領(lǐng)域。現(xiàn)在加速器發(fā)展主流有兩個：

一類發(fā)展主流是中、高能加速器，以各種對撞機(jī)和同步輻射裝置為代表，正向更高能量、更高流強(qiáng)發(fā)展，主要為高能物理和科學(xué)研究服務(wù)。科學(xué)家們用加速器發(fā)現(xiàn)了超鈾元素、中微子、J粒子、反電子、反質(zhì)子、反中子等許多新粒子。王淦昌等人在前蘇聯(lián)杜布納聯(lián)合核子研究所，就是在加速器上發(fā)現(xiàn)了反西格馬負(fù)超子。諾貝爾獎得主博格和他的同事們最早發(fā)現(xiàn)的超鈾元素镎和钚，就是在加利福尼亞大學(xué)回旋加速器上轟擊鈾核發(fā)現(xiàn)的，后來又用加速器發(fā)現(xiàn)了好幾個新元素。俄羅斯科學(xué)家在杜布納聯(lián)合核子研究所加速器上合成了第113號和第115號新元素。第115號新元素就是利用加速器。用加速到十分之一光速的鈣離子轟擊镅靶產(chǎn)生的。1999年6月18日美國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)的第116號和第118號超重元素也是依賴于加速器技術(shù)。由加速器產(chǎn)生的高能電子還能制造自由電子激光。20世紀(jì)70年代，自由電子激光曾被美國納入“星際大戰(zhàn)”計劃。自由電子激光除軍事應(yīng)用外，在國民經(jīng)濟(jì)中也有許多應(yīng)用。高能加速器還擴(kuò)展到同步輻射光源、大功率散裂中子源、新一代能源等許多方面的應(yīng)用。

另一類發(fā)展主流是低能強(qiáng)流加速器，以輻射加速器和醫(yī)用加速器為代表。人們用它來探傷、消毒、治療癌癥，用它來輻照電纜、硫化橡膠、生產(chǎn)泡沫塑料、固化涂層、離子摻雜、生產(chǎn)復(fù)合材料；用它來生產(chǎn)放射性同位素等。小型加速器已形成系列化、商品化，正在向小型化、高效率、自屏蔽和操作簡便發(fā)展。現(xiàn)在，世界上在用的小型低能加速器已超萬臺，其中約65%是電子加速器。

加速器的應(yīng)用舉例

領(lǐng)域	應(yīng) 用 舉 例
研究應(yīng)用	核物理、高能物理、粒子物理，天體物理，自由電子激光，新元素合成，制備反物質(zhì)，核嬗變，聚變研究，核數(shù)據(jù)測量等
工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用	消毒滅菌，探傷，安檢，超精細(xì)加工，高靈敏度分析，聚合物改性，制造復(fù)合新材料，涂料固化，材料改性，培育新品種等
醫(yī)療應(yīng)用	診斷（生產(chǎn)同位素，正電子斷層掃描，心血管造影等） 治療（用γ射線，電子，質(zhì)子，中子，光子，重離子，π介子等
環(huán)保應(yīng)用	煙道氣脫硫脫氮，污泥處理，廢水處理，飲用水消毒殺菌等
國防應(yīng)用	核爆模擬，閃光照相，電子學(xué)器件輻射加固，輻射劑量校準(zhǔn)，無損檢測導(dǎo)彈炮彈等

加速器揭開了拿破侖死亡之謎。拿破侖是法蘭西第一帝國的皇帝，一生東征西討，名揚(yáng)四海。滑鐵盧被俘。拿破侖是怎樣死的？眾說紛紜，有說是死于中毒，有說是死于受驚得病，又說是死于胃癌。現(xiàn)在根據(jù)同步輻射加速器對拿破侖不同時期的頭發(fā)的微量元素測定，得出結(jié)論，拿破侖是死于胃癌。

5．加速器發(fā)展前程似錦

20世紀(jì)30年代初，世界上建成第一臺加速器——倍壓加速器，這臺加速器把質(zhì)子加速到了7×105電子伏。1932年，人們用加速的質(zhì)子轟擊鋰靶，發(fā)生分裂，形成了兩個α粒子，實現(xiàn)了加速器人工核反應(yīng)。

現(xiàn)在，加速器已成為研究核物理、粒子物理、高能物理，認(rèn)識微觀世界的強(qiáng)大實驗手段。科學(xué)家們在用加速器制造高能量、高強(qiáng)度的粒子束，要用它來實現(xiàn)航天飛行；用它來實現(xiàn)高放廢物的核嬗變；用它來制備反物質(zhì)；用它來提示大爆炸宇宙形成之謎，等等。

高能物理、重離子物理、天體物理、重離子束物理，推動著中、高能加速器的發(fā)展。核技術(shù)在國民經(jīng)濟(jì)的拓展應(yīng)用，推動著低能加速器的快速發(fā)展。