課程設(shè)計(jì)（論文）同步輻射加速器

1、課程論文(報(bào)告)題 目 同步輻射加速器 學(xué)院名稱 核科學(xué)技術(shù)學(xué)院 指導(dǎo)教師 職 稱 助 教 班 級(jí) 輻射防護(hù)與環(huán)境工程 學(xué) 號(hào) 學(xué)生姓名 2011年1月8日目 錄第一章 緒論2第一節(jié) 加速器的介紹與定義2第二節(jié) 加速器的發(fā)展4第三節(jié) 為加速器做出杰出貢獻(xiàn)的科學(xué)家.9 第二章 中國(guó)加速器發(fā)展史9第一節(jié) 我國(guó)先后建成的加速器概況10第二節(jié) 加速器作用及反應(yīng)式12第三節(jié) 低能加速器的應(yīng)用22第三章 同步輻射加速器23第一節(jié) 基本情況簡(jiǎn)介23第二節(jié) 上海同步輻射光源28第四章 學(xué)習(xí)心得體會(huì)35第一章 緒論第一節(jié) 加速器的介紹與定義加速器是一種使帶電粒子增加速度（動(dòng)能）的裝置。 加速器可用于原子核實(shí)驗(yàn)、

2、放射性醫(yī)學(xué)、放射性化學(xué)、放射性同位素的制造、非破壞性探傷等。粒子增加的能量一般都在0.1兆電子伏以上。加速器的種類很多，有回旋加速器、直線加速器、靜電加速器、粒子加速器、倍壓加速器等。1.1.1 定義加速器(accelerator)是用人工方法把帶電粒子加速到較高能量的裝置。利用這種裝置可以產(chǎn)生各種能量的電子、質(zhì)子、氘核、粒子以及其它一些重離子。利用這些直接被加速的帶電粒子與物質(zhì)相作用，還可以產(chǎn)生多種帶電的和不帶電的次級(jí)粒子，象粒子、中子及多種介子、超子、反粒子等。目前世界上的加速器大多是能量在100兆電子伏以下的低能加速器，其中除一小部分用于原子核和核工程研究方面外，大部分用于其他方面，象化

3、學(xué)、放射生物學(xué)、放射醫(yī)學(xué)、固體物理等的基礎(chǔ)研究以及工業(yè)照相、疾病的診斷和治療、高純物質(zhì)的活化分析、某些工業(yè)產(chǎn)品的輻射處理、農(nóng)產(chǎn)品及其他食品的輻射處理、模擬宇宙輻射和模擬核爆炸等。近年來(lái)還利用加速器原理，制成各種類型的離子注入機(jī)。以供半導(dǎo)體工業(yè)的雜質(zhì)摻雜而取代熱擴(kuò)散的老工藝。使半導(dǎo)體器件的成品率和各項(xiàng)性能指標(biāo)大大提高。很多老工藝不能實(shí)現(xiàn)的新型器件不斷問(wèn)世，集成電路的集成度因此而大幅度提高。 第二節(jié) 加速器的發(fā)展概況1. 1919年英國(guó)科學(xué)家盧瑟福 (e.rutherford)用天然放射源中能量為幾個(gè)mev、速度為2109厘米/秒的高速 粒子束（即氦核）作為“炮彈”，轟擊厚度僅為0.0004厘米的

4、金屬箔的“靶”，實(shí)現(xiàn)了人類科學(xué)史上第一次人工核反應(yīng)。利用靶后放置的硫化鋅熒光屏測(cè)得了粒子散射的分布，發(fā)現(xiàn)原子核本身有結(jié)構(gòu)，從而激發(fā)了人們尋求更高能量的粒子來(lái)作為“炮彈”的愿望。 靜電加速器（1928年）、回旋加速器（1929年）、倍壓加速器（1932年）等不同設(shè)想幾乎在同一時(shí)期提了出來(lái)，并先后建成了一批加速裝置。 1.2.1 粒子加速器 particle accelerator用人工方法產(chǎn)生高速帶電粒子的裝置。是探索原子核和粒子的性質(zhì)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和相互作用的重要工具，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)療衛(wèi)生、科學(xué)技術(shù)等方面也都有重要而廣泛的實(shí)際應(yīng)用。 自從e.盧瑟福1919年用天然放射性元素放射出來(lái)的a射線轟擊氮

5、原子首次 盧瑟福實(shí)現(xiàn)了元素的人工轉(zhuǎn)變以后，物理學(xué)家就認(rèn)識(shí)到要想認(rèn)識(shí)原子核，必須用高速粒子來(lái)變革原子核。天然放射性提供的粒子能量有限，只有幾兆電子伏特（mev），天然的宇宙射線中粒子的能量雖然很高，但是粒子流極為微弱，例如能量為1014電子伏特（ ev ）的粒子每小時(shí)在 1平方米的面積上平均只降臨一個(gè)，而且無(wú)法支配宇宙射線中粒子的種類、數(shù)量和能量，難于開(kāi)展研究工作。因此為了開(kāi)展有預(yù)期目標(biāo)的實(shí)驗(yàn)研究，幾十年來(lái)人們研制和建造了多種粒子加速器，性能不斷提高。應(yīng)用粒子加速器發(fā)現(xiàn)了絕大部分新的超鈾元素和合成的上千種新的人工放射性核素，并系統(tǒng)深入地研究原子核的基本結(jié)構(gòu)及其變化規(guī)律，促使原子核物理學(xué)迅速發(fā)展成

6、熟起來(lái)；高能加速器的發(fā)展又使人們發(fā)現(xiàn)包括重子、介子、輕子和各種共振態(tài)粒子在內(nèi)的幾百種粒子，建立粒子物理學(xué)。近20多年來(lái)，加速器的應(yīng)用已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出原子核物理和粒子物理領(lǐng)域，在諸如材料科學(xué)、表面物理、分子生物學(xué)、光化學(xué)等其它科技領(lǐng)域都有著重要應(yīng)用。在工、農(nóng)、醫(yī)各個(gè)領(lǐng)域中加速器廣泛用于同位素生產(chǎn)、腫瘤診斷與治療、射線消毒、無(wú)損探傷、高分子輻照聚合、材料輻照改性、離子注入、離子束微量分析以及空間輻射模擬、核爆炸模擬等方面。迄今世界各地建造了數(shù)以千計(jì)的粒子加速器，其中一小部分用于原子核和粒子物理的基礎(chǔ)研究，它們繼續(xù)向提高能量和改善束流品質(zhì)方向發(fā)展；其余絕大部分都屬于以應(yīng)用粒子射線技術(shù)為主的“小”型加速器。

7、 粒子加速器的結(jié)構(gòu)一般包括 3個(gè)主要部分 ：粒子源 ，用以提供所需加速的粒子，有電子、正電子、質(zhì)子、反質(zhì)子以及重離子等等。真空加速系統(tǒng)，其中有一定形態(tài)的加速電場(chǎng)，并且為了使粒子在不受空氣分子散射的條件下加速 ，整個(gè)系統(tǒng)放在真空度極高的真空室內(nèi)。導(dǎo)引、聚焦系統(tǒng) ，用一定形態(tài)的電磁場(chǎng)來(lái)引導(dǎo)并約束被加速的粒子束，使之沿預(yù)定軌道接受電場(chǎng)的加速。所有這些都要求高、精、尖技術(shù)的綜合和配合。 加速器的效能指標(biāo)是粒子所能達(dá)到的能量和粒子流的強(qiáng)度（流強(qiáng)）。按照粒子能量的大小，加速器可分為低能加速器（能量小于108ev）、中能加速器（能量在108109ev）、高能加速器（能量在1091012ev）和超高能加速器（

8、能量在1012ev以上)。目前低能和中能加速器主要用于各種實(shí)際應(yīng)用。 第三節(jié) 為加速器做出杰出貢獻(xiàn)的科學(xué)家1.3.1 美國(guó)科學(xué)家柯克羅夫特1932年美國(guó)科學(xué)家柯克羅夫特（j.d.cockcroft）和愛(ài)爾蘭科學(xué)家沃爾頓(e.t.s.walton)建造成世界上第一臺(tái)直流加速器命名為柯克羅夫特-沃爾頓直流高壓加速器，以能量為0.4mev的質(zhì)子束轟擊鋰靶，得到 粒子和氦的核反應(yīng)實(shí)驗(yàn)。這是歷史上第一次用人工加速粒子實(shí)現(xiàn)的核反應(yīng)，因此獲得了1951年的諾貝爾物理獎(jiǎng)。 1.3.2 美國(guó)科學(xué)家凡德格拉夫1933年美國(guó)科學(xué)家凡德格拉夫(r.j.van de graaff)發(fā)明了使用另一種產(chǎn)生高壓方法的高壓加速

9、器命名為凡德格拉夫靜電加速器。 加速器以上兩種粒子加速器均屬直流高壓型，它們能加速粒子的能量受高壓擊穿所限，大致在10mev。 1.3.3 勞倫斯與回旋加速器奈辛(g.ising)于1924年，維德羅(e.wideroe)于1928年分別發(fā)明了用漂移管上加高頻電壓原理建成的直線加速器，由于受當(dāng)時(shí)高頻技術(shù)的限制，這種加速器只能將鉀離子加速到50kev，實(shí)用意義不大。但在此原理的啟發(fā)下，美國(guó)實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家勞倫斯(e.o.lawrence)1932年建成了回旋加速器，并用它產(chǎn)生了人工放射性同位素，為此獲得了1939年的諾貝爾物理獎(jiǎng)。這是加速器發(fā)展史上獲此殊榮的第一人。 由于被加速粒子質(zhì)量、能量之間的制

10、約，回旋加速器一般只能將質(zhì)子加速到25mev左右，其原因就是隨著粒子的速度不斷的增加，其加速度和外力的關(guān)系不再適用牛頓運(yùn)動(dòng)定律，即高頻加速電場(chǎng)的頻率和回旋頻率不再匹配；如將加速器磁場(chǎng)的強(qiáng)度設(shè)計(jì)成沿半徑方向隨粒子能量同步增長(zhǎng)，則能將質(zhì)子加速到上百mev，稱為等時(shí)性回旋加速器。 1.3.4 前蘇聯(lián)科學(xué)家維克斯列爾為了對(duì)原子核的結(jié)構(gòu)作進(jìn)一步的探索和產(chǎn)生新的基本粒子，必須研究能建造更高能量的粒子加速器的原理。1945年，前蘇聯(lián)科學(xué)家維克斯列爾(v.i.veksler)和美國(guó)科學(xué)家麥克米倫(e.m.mcmillan)各自獨(dú)立發(fā)現(xiàn)了自動(dòng)穩(wěn)相原理，英國(guó)科學(xué)家阿里芳特(m.l.oliphant)也曾建議建造基

11、于此原理的加速器穩(wěn)相加速器。 1.3.5 美國(guó)科學(xué)家麥克米倫自動(dòng)穩(wěn)相原理的發(fā)現(xiàn)是加速器發(fā)展史上的一次重大革命，它導(dǎo)致一系列能突破回旋加速器能量限制的新型加速器產(chǎn)生：同步回旋加速器（高頻加速電場(chǎng)的頻率隨倍加速粒子能量的增加而降低，保持了粒子回旋頻率與加速電場(chǎng)同步）、現(xiàn)代的質(zhì)子直線加速器、同步加速器（使用磁場(chǎng)強(qiáng)度隨粒子能量提高而增加的環(huán)形磁鐵來(lái)維持粒子運(yùn)動(dòng)的環(huán)形軌跡，但維持加速場(chǎng)的高頻頻率不變）等。 自此，加速器的建造解決了原理上的限制，但提高能量受到了經(jīng)濟(jì)上的限制。隨著能量的提高，回旋加速器和同步回旋加速器中使用的磁鐵重量和造價(jià)急劇上升，提高能量實(shí)際上被限制在1gev以下。同步加速器的環(huán)形磁鐵的

12、造價(jià)雖然大大減少，但因橫向聚焦力較差，真空盒尺寸必須很大，造成磁鐵的磁極間隙大，依然需要很重的磁鐵，要想用它把質(zhì)子加速到10gev以上仍是不現(xiàn)實(shí)的。 1952年美國(guó)科學(xué)家柯隆(e.d.courant)、李溫斯頓(m.s.livingston)和史耐德(h.s.schneider)發(fā)表了強(qiáng)聚焦原理的論文，根據(jù)這個(gè)原理建造強(qiáng)聚焦加速器可使真空盒尺寸和磁鐵的造價(jià)大大降低，使加速器有了向更高能量發(fā)展的可能。這是加速器發(fā)展史上的又一次革命，影響巨大。此后，在環(huán)形或直線加速器中，普遍采用了強(qiáng)聚焦原理。 美國(guó)勞倫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室1954年建成的一臺(tái)6.2gev能量的弱聚焦質(zhì)子同步加速器，磁鐵的總重量為1萬(wàn)噸。而

13、布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室33gev能量的強(qiáng)聚焦質(zhì)子同步加速器，磁鐵總重量只有4千噸。這說(shuō)明了強(qiáng)聚焦原理的重大實(shí)際意義。 1.3.6美國(guó)科學(xué)家科斯特以上主要介紹的是質(zhì)子環(huán)形加速器，對(duì)電子加速器來(lái)說(shuō)情況有所不同。1940年美國(guó)科學(xué)家科斯特(d.w.kerst)研制出世界上第一個(gè)電子感應(yīng)加速器。但由于電子沿曲線運(yùn)動(dòng)時(shí)其切線方向不斷放射的電磁輻射造成能量的損失，電子感應(yīng)加速器的能量提高受到了限制，極限約為100mev。電子同步加速器使用電磁場(chǎng)提供加速能量，可以允許更大的輻射損失，極限約為10gev。電子只有作直線運(yùn)動(dòng)時(shí)沒(méi)有輻射損失，使用電磁場(chǎng)加速的電子直線加速器可將電子加速到50gev，這不是理論的限度，

14、而是造價(jià)過(guò)高的限制。 加速器的能量發(fā)展到如此水平，從實(shí)驗(yàn)的角度暴露出了新的問(wèn)題。使用加速器作高能物理實(shí)驗(yàn)，一般是用加速的粒子轟擊靜止靶中的核子，然后研究所產(chǎn)生的次級(jí)粒子的動(dòng)量、方向、電荷、數(shù)量等，加速粒子能參加高能反應(yīng)的實(shí)際有用能量受到限制。如果采取兩束加速粒子對(duì)撞的方式，可以使加速的粒子能量充分地用于高能反應(yīng)或新粒子的產(chǎn)生。 1.3.7 意大利科學(xué)家陶歇克1960年意大利科學(xué)家陶歇克(b.touschek)首次提出了這項(xiàng)原理，并在意大利的frascati國(guó)家實(shí)驗(yàn)室建成了直徑約1米的ada對(duì)撞機(jī)，驗(yàn)證了原理，從此開(kāi)辟了加速器發(fā)展的新紀(jì)元。 現(xiàn)代高能加速器基本都以對(duì)撞機(jī)的形式出現(xiàn)，對(duì)撞機(jī)已經(jīng)能把

15、產(chǎn)生高能反應(yīng)的等效能量從1tev提高到101000tev，這是加速器能量發(fā)展史上的又一次根本性的飛躍。 1.3.8 frascati的ada對(duì)撞機(jī)加速器 自世界上建造第一臺(tái)加速器以來(lái)，七十多年中加速器的能量大致提高了9個(gè)數(shù)量級(jí)（參見(jiàn)左圖），同時(shí)每單位能量的造價(jià)降低了約4個(gè)數(shù)量級(jí)，如此驚人的發(fā)展速度在所有的科學(xué)領(lǐng)域都是少見(jiàn)的。 隨著加速器能量的不斷提高，人類對(duì)微觀物質(zhì)世界的認(rèn)識(shí)逐步深入，粒子物理研究取得了巨大的成就。 用人工的辦法加速帶電粒子，使其獲得很高速度的裝置加速器利用一定形態(tài)的電磁場(chǎng)將電子、質(zhì)子或重離子等帶電粒子加速，使其具有高達(dá)幾千、幾萬(wàn)乃至近光速的高速帶電粒子束，是人們認(rèn)識(shí)原子核和探

16、討基本粒子，對(duì)物質(zhì)深層結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究的重要工具，同時(shí)隨著加速器技術(shù)的不斷發(fā)展，各種新的技術(shù)、新的原理不斷更新，不斷突破，進(jìn)一步促進(jìn)新技術(shù)的向前推進(jìn)加速器的研究和發(fā)展同時(shí)帶來(lái)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)療衛(wèi)生、國(guó)防建設(shè)等各方面的重要而廣泛的應(yīng)用 早在20世紀(jì)20年代，科學(xué)家們就探討過(guò)許多加速帶電粒子的方案，并進(jìn)行過(guò)多次實(shí)驗(yàn)其中最早提出加速原理的是e維德羅30年代初高壓倍加器、靜電加速器、回旋加速器相繼問(wèn)世，研制者分別獲得這一時(shí)期的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)這以后隨著人們對(duì)微觀物質(zhì)世界深層次結(jié)構(gòu)的研究的不斷深入，各個(gè)科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域?qū)Ω鞣N快速粒子束的需求不斷增長(zhǎng)，提出了多種新的加速原理和方法，發(fā)展了具有各種特色的加速器其中有電

17、子感應(yīng)加速器、直線加速器、強(qiáng)聚焦高能加速器、扇形聚焦回旋加速器1956年克斯特提出通過(guò)高能粒子束間的對(duì)撞來(lái)提高有效作用能的概念，導(dǎo)致了高能對(duì)撞機(jī)的發(fā)展 幾十年來(lái)，人們利用加速器發(fā)現(xiàn)了絕大部分新的超鈾元素和合成上千種新的人工放射性核素，并對(duì)原子核的基本結(jié)構(gòu)和其變化規(guī)律進(jìn)行了系統(tǒng)深入的研究，促使了原子核物理學(xué)的發(fā)展和成熟，并建立新的粒子物理學(xué)科，近20年來(lái)，加速器的發(fā)展的應(yīng)用使材料科學(xué)、表面物理學(xué)、分子生物學(xué)、光化學(xué)都有重要發(fā)展 我國(guó)加速器的發(fā)展始于50年代末期，先后研制和生產(chǎn)了高壓倍加器、靜電加速器、電子感應(yīng)加速器、電子和質(zhì)子直線加速器、回旋加速器近年來(lái)更加先進(jìn)的加速器在我國(guó)又取得重大進(jìn)展，北京

18、已建成正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)，使我國(guó)加速器研制和應(yīng)用進(jìn)入了世界先進(jìn)行列 第二章 中國(guó)加速器發(fā)展簡(jiǎn)史第一節(jié) 我國(guó)先后建成的加速器概況1955年，中國(guó)科學(xué)院原子能所建成700ev質(zhì)子靜電加速器1957年前后，中國(guó)科學(xué)院開(kāi)始研制電子回旋加速器。 1958年，中國(guó)科學(xué)院高能所2.5mev質(zhì)子靜電加速器建成。中國(guó)第一臺(tái)回旋加速器建成。清華大學(xué)400kev質(zhì)子倍壓加速器建成。 1958年1959年，清華大學(xué)2.5mev電子回旋加速器出束。 1964年，中國(guó)科學(xué)院高能所30mev電子直線加速器建成。 1982年，中國(guó)第一臺(tái)自行設(shè)計(jì)、制造的質(zhì)子直線加速器首次引出能量為10mev的質(zhì)子束流，脈沖流達(dá)到14ma. 198

19、8年北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)實(shí)現(xiàn)正負(fù)電子對(duì)撞。蘭州近代物理研究所用于加速器重離子的分離扇形回旋加速器(hirfl)建成。 1989年，北京譜儀推至對(duì)撞點(diǎn)上，開(kāi)始總體檢驗(yàn)，用已獲得的巴巴事例進(jìn)行刻度。北京譜儀開(kāi)始物理工作。 中國(guó)科技大學(xué)設(shè)計(jì)的我國(guó)最早起步的同步輻射加速器建成出光，它由200mev電子直線加速器和800mev儲(chǔ)存環(huán)組成。 2004年，北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)重大改造工程(bepc)第一階段設(shè)備安裝和調(diào)試工作取得重大進(jìn)展。同年11月19日16時(shí)41分，直線加速器控制室的示波器上顯示出的電子束流流強(qiáng)約為2a以上，標(biāo)志著bepc直線加速器的改進(jìn)工作取得一個(gè)重要的階段性成果。 2005年，北京正負(fù)電子

20、對(duì)撞機(jī)（bepc）正式結(jié)束運(yùn)行。投資6.4億元的北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)重大改造工程(bepc)第二階段新的雙環(huán)正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)儲(chǔ)存環(huán)的改建工程施工正式開(kāi)始。新北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)的性能將是美國(guó)同一類裝置的37倍，對(duì)研究體積為原子核一億分之一的夸克粒子等基礎(chǔ)科研具有重要意義。 第二節(jié) 加速器作用及反應(yīng)方式高能加速器條件下的有關(guān)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的研究，本質(zhì)上是有關(guān)自然狀態(tài)下自然能團(tuán)（或能簇、能子）之間的能態(tài)在量方面的相對(duì)變（轉(zhuǎn)化）關(guān)系。 加速器集成單元從弧理論的觀念來(lái)看，利用高能加速器等方法來(lái)轟擊類弧子結(jié)構(gòu)（原子）的條件下，可得到弱相互作用關(guān)系：1、對(duì)稱理論（普遍的對(duì)稱性理論）2、非對(duì)稱性理論，特殊條件下得之。如

21、果轟擊能子（弧合子，次原子結(jié)構(gòu)），則得到強(qiáng)相互作用關(guān)系：漸近自由 理論等。 為什么？ 上述兩種作用均發(fā)生在能態(tài)層面而非物質(zhì)態(tài)的層面；屬能簇與能簇之間的關(guān)系。 弱相互作用：任何外來(lái)能團(tuán)轟擊類弧子結(jié)構(gòu)時(shí)，沿時(shí)軸方向進(jìn)入類弧子（從能量到能量）時(shí)，外加能量在進(jìn)入類弧子結(jié)果體時(shí)，便會(huì)發(fā)生弧合作用而產(chǎn)生出對(duì)稱弧合，對(duì)外顯示出釋放了兩個(gè)旋向相反，質(zhì)量相等能團(tuán)，即對(duì)稱性弧合反應(yīng)。外加能量的能量級(jí)被限制在被轟擊的類弧子的時(shí)軸的能量（假設(shè)等于1）范圍內(nèi)：小于0，大于1時(shí)，均不能產(chǎn)生出成對(duì)的能粒子。只有在0 的條件下，才可以生成亞粒子；在此層面上可以產(chǎn)生出許多亞粒子，理論上是無(wú)限多。 非對(duì)稱弱相互作用：如果外加能量

22、與類弧子的空間軸水平進(jìn)入系統(tǒng)時(shí)，由于時(shí)間軸在空間軸上的非對(duì)稱性（1/3），所有弱相互作用均發(fā)生在類弧子結(jié)構(gòu)的能量交換過(guò)程中，本質(zhì)上是對(duì)自然本在能態(tài)的一種人工擾動(dòng)， 并非是物質(zhì)的結(jié)構(gòu)性改變。類弧子結(jié)構(gòu)是一種能態(tài)轉(zhuǎn)化過(guò)程中的普遍存在的剛性結(jié)構(gòu)。當(dāng)外加能量進(jìn)入時(shí)，這些外加能量就被“訓(xùn)化”了，形成適當(dāng)?shù)拇瘟Ｗ硬⒈会尫懦鰜?lái)。這些過(guò)程是可以反復(fù)和重演的。一切自然能態(tài)在其能量發(fā)生相互轉(zhuǎn)化時(shí)的唯一結(jié)構(gòu)體，即類弧子體。弱相互作用實(shí)際上是人工條件下對(duì)類弧子體的干擾性的物理學(xué)觀察結(jié)果。自然能態(tài)猶如平靜的湖面，人為的力量弄起了幾絲漣紋；當(dāng)這些人工干擾停頓 時(shí)，自然能態(tài)將恢復(fù)如初，并未發(fā)生絲毫的改變。人們總結(jié)出來(lái)的理論

23、或規(guī)律，僅僅是有關(guān)那幾絲漣紋的觀察結(jié)果。對(duì)于自然的能本態(tài)或物質(zhì)性結(jié)構(gòu)仍是一無(wú)所知。 與此不同的強(qiáng)相互作用則全部發(fā)生在能態(tài)的能子層面（狀態(tài)）。能子狀態(tài)的統(tǒng)一結(jié)構(gòu)體，即絕對(duì)弧子。其時(shí)空軸絕對(duì)同一，組成絕對(duì)弧合子的最小能量子單位，現(xiàn)代人稱為強(qiáng)子。強(qiáng)相互作用就是研究絕對(duì)弧合子能量單元之間的關(guān)系。這里，要求人工能量要有極高的能級(jí)狀態(tài)，使用很高能量時(shí)才能激發(fā)這種相互作用。強(qiáng)相互作用對(duì)外不顯示任何新粒子產(chǎn)生或亞粒子對(duì)產(chǎn)生；也就是說(shuō)，如果產(chǎn)生的話，則是碰撞能量的轉(zhuǎn)化形式。怎樣轉(zhuǎn)化僅僅取決于絕對(duì)弧合子吸收人工外加能量的量值。通常情況下不產(chǎn)生。多以光子形式被釋放掉，壽命極短。 絕對(duì)弧子好比布滿麻點(diǎn)的皮球，其麻點(diǎn)對(duì)

24、應(yīng)最小能單位，在無(wú)外加能量時(shí)，每個(gè)麻點(diǎn)的“位置”是同一的，即自由的，任意方位均可“看”到同一個(gè)麻點(diǎn)的存在。對(duì)其施加外力（外加能量）時(shí)，球面將會(huì)發(fā)生塌陷，此時(shí)塌陷邊緣上對(duì)稱的麻點(diǎn)發(fā)生對(duì)稱性的背離運(yùn)動(dòng)，似乎被分開(kāi)了。由于絕對(duì)弧子自身的穩(wěn)定性，也即對(duì)人工能量的排斥性，看起來(lái)似乎是兩個(gè)麻點(diǎn)拼命想恢復(fù)原狀，給的力越大，凹陷越大，回彈性就越強(qiáng)；凹陷越小，回彈性越弱，按照現(xiàn)代物理學(xué)的觀點(diǎn)理解，即漸近自由。這些實(shí)為假象（人工制造的假象）。 概括而論，弱相互作用及其規(guī)律以及強(qiáng)相互作用及其規(guī)律，例如楊振寧等的非對(duì)稱性弱相互作用理論和戴維?#26684;羅斯、戴維?#27874;利策和弗蘭克?#32500;爾切克等

25、的強(qiáng)相互作用理論，漸近自由理論都是建立在人工作用條件下的，描述自然本態(tài)在被干擾時(shí)所發(fā)生現(xiàn)象的物理認(rèn)識(shí)理論，而非自然本態(tài)的物理理論。其根本錯(cuò)誤在于自然認(rèn)識(shí)觀是錯(cuò)誤的，唯有弧理論可以正確概括和闡述各種自然的本在態(tài)結(jié)構(gòu)。 第三節(jié) 低能加速器的應(yīng)用低能加速器的應(yīng)用是核技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的重要分支，目前，在世界各地運(yùn)行著的數(shù)千臺(tái)加速器中大多數(shù)是在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域內(nèi)得到廣泛應(yīng)用的低能加速器。低能加速器在這些領(lǐng)域的應(yīng)用，極大地改變了這些領(lǐng)域的面貌，創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。 2.3.1 低能加速器在工業(yè)中的應(yīng)用1)輻照加工 應(yīng)用加速器產(chǎn)生的電子束或x射線進(jìn)行輻照加工已成為化工、電力、食品、環(huán)保等行

26、業(yè)生產(chǎn)的重要手段和工藝，是一種新的加工技術(shù)工藝。它廣泛應(yīng)用于聚合物交聯(lián)改性、涂層固化、聚乙烯發(fā)泡、熱收縮材料、半導(dǎo)體改性、木材-塑料復(fù)合材料制備、食品的滅菌保鮮、煙氣輻照脫硫脫硝等加工過(guò)程。 經(jīng)輻照生產(chǎn)的產(chǎn)品具有許多優(yōu)良的特點(diǎn)，例如：聚乙烯電纜經(jīng)105gy劑量輻照后，其電學(xué)性能、熱性能都有很大提高，使用溫度輻照前為6070，輻照后長(zhǎng)期使用溫度可達(dá)120以上。目前，我國(guó)已有用加速器進(jìn)行輻照加工的生產(chǎn)線40多條。 2)無(wú)損檢測(cè) 無(wú)損檢測(cè)就是在不損傷和不破壞材料、制品或構(gòu)件的情況下，就能檢測(cè)出它們內(nèi)部的情況，判別內(nèi)部有無(wú)缺陷。現(xiàn)代無(wú)損檢測(cè)的方法很多，例如：超聲波探傷法、渦流探傷法、熒光探傷法及射線檢

27、測(cè)法等。射線檢測(cè)法即可檢查工件表面又可檢查工件內(nèi)部的缺陷。設(shè)備可以采用放射性同位素co60產(chǎn)生的射線、x光機(jī)產(chǎn)生的低能x射線和電子加速器產(chǎn)生的高能x射線。尤其是探傷加速器的穿透本領(lǐng)和靈敏度高，作為一種最終檢查手段或其它探傷方法的驗(yàn)證手段及在質(zhì)量控制中，在大型鑄鍛焊件、大型壓力容器、反應(yīng)堆壓力殼、火箭的固體燃料等工件的缺陷檢驗(yàn)中得到廣泛的應(yīng)用。這種探傷加速器以電子直線加速器為主要機(jī)型。 射線檢測(cè)的方法根據(jù)對(duì)透過(guò)工件的射線接受和處理方法的不同，又可把射線檢測(cè)法分為三種： a、射線照相法 這種方法與我們體檢時(shí)拍x光膠片相似，射線接受器是x光膠片。探傷時(shí)，將裝有x光膠片的膠片盒緊靠在被檢工件背后，用x

28、射線對(duì)工件照射后，透過(guò)工件的射線使膠片感光，同時(shí)工件內(nèi)部的真實(shí)情況就反映到膠片的乳膠上，對(duì)感光后的膠片進(jìn)行處理后，就可以清楚地了解工件有無(wú)缺陷以及缺陷的種類、位置、形狀和大小。 b、輻射成像法 這種方法的射線接受器是陣列探測(cè)器或熒光增感屏。前者就是清華大學(xué)和清華同方共同研制生產(chǎn)的大型集裝箱檢查系列產(chǎn)品。后者就是用于機(jī)場(chǎng)、鐵路的行李、包裹的x射線安檢系統(tǒng)，也可用于工業(yè)的無(wú)損檢測(cè)。這種方法配以圖像處理系統(tǒng)可以在線實(shí)時(shí)顯示物品內(nèi)部的真實(shí)情況。 c、工業(yè)ct 與醫(yī)用ct原理類似，ct技術(shù)即計(jì)算機(jī)輔助層析成像技術(shù)。選用加速器作為x射線源的ct技術(shù)是一種先進(jìn)的無(wú)損檢測(cè)手段，主要針對(duì)大型固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)和精密

29、工件的檢測(cè)而發(fā)展起來(lái)。它的密度分辨率可達(dá)0.1%，比常規(guī)射線技術(shù)高一個(gè)數(shù)量級(jí)。在航天、航空、兵器、汽車制造等領(lǐng)域精密工件的缺陷檢測(cè)、尺寸測(cè)量、裝配結(jié)構(gòu)分析等方面有重要的應(yīng)用價(jià)值。 3)離子注入 利用加速器將一定能量的離子注入到固體材料的表層，可以獲得良好的物理、化學(xué)及電學(xué)性能。半導(dǎo)體器件、金屬材料改性和大規(guī)模集成電路生產(chǎn)都應(yīng)用了離子注入技術(shù)。我國(guó)現(xiàn)擁有各類離子注入機(jī)100多臺(tái)。其中我國(guó)自己累計(jì)生產(chǎn)出140多臺(tái)離子注入機(jī)，能量為150kev600kev（1kev=1103ev），流強(qiáng)為0.5ma到十幾ma。 2.3.2 用低能電子加速器輻照實(shí)現(xiàn)天然橡膠乳液輻射硫化的工藝條件研究2.3.2.1.

30、引言天然橡膠乳液是以聚異戊二烯為主體，并有十幾種組分的物質(zhì)。目前全球用于生產(chǎn)浸漬制品的年產(chǎn)量大約為80萬(wàn)噸，這些制品包括醫(yī)用手套、核工業(yè)用特種防護(hù)手套、膠管、醫(yī)用導(dǎo)管、氣球、避孕套、嬰兒奶嘴和指套等。中國(guó)乳膠制品的年用量也達(dá)8萬(wàn)噸之多，其中生產(chǎn)的一次性使用的醫(yī)用手套大部分出口。傳統(tǒng)的天然橡膠乳液化學(xué)硫化是采用加硫、氧化鋅和硫化促進(jìn)劑來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其制品中含有硫，不適合特種醫(yī)學(xué)用途和高性能機(jī)電產(chǎn)品制造業(yè)的需求；另外，化學(xué)硫化制品中水溶性蛋白質(zhì)含量較高，已有導(dǎo)致人體過(guò)敏反應(yīng)的報(bào)導(dǎo)，為此美國(guó)食品和藥品管理局（fda）在1999年7月30日發(fā)出的致醫(yī)用手套工業(yè)的公告中，提出了每只手套中可溶性蛋白質(zhì)含量應(yīng)小

31、于1200g的規(guī)定，目前工業(yè)上采用的氯化處理對(duì)降低可溶性蛋白質(zhì)的含量盡管有效，但也會(huì)產(chǎn)生影響環(huán)境的氯化廢水；再者，化學(xué)硫化時(shí)所加的硫化促進(jìn)劑在硫化過(guò)程中將生成亞硝胺，它是公認(rèn)的致癌物質(zhì)，有關(guān)國(guó)家對(duì)乳膠制品中亞硝胺含量已提出了嚴(yán)格的限制標(biāo)準(zhǔn)?；诨瘜W(xué)硫化上述的弊端，國(guó)內(nèi)外相關(guān)部門的學(xué)者，一直致力于尋找替代的方法，輻射硫化應(yīng)運(yùn)而生【1】。 日本原子能所高崎輻射化學(xué)研究所于1999年建成了用于輻射硫化研究的低能電子加速器裝置，這臺(tái)低能加速器的電壓為250kv、束流為10ma【1】。我公司先后有6名科技人員赴日進(jìn)修，其中3名在進(jìn)修期間得到了幕內(nèi)惠三博士的悉心指導(dǎo)，在2.5kw的低能電子加速器上成功地進(jìn)

32、行了工藝條件試驗(yàn)，獲得了寶貴的參數(shù)，為實(shí)現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用創(chuàng)造了條件。2.3.2.2. 天然橡膠乳液輻射硫化的工藝流程天然橡膠乳液輻射硫化的工藝主要由配料、輻射硫化、離心濃縮三部分組成：稀釋劑thinner穩(wěn)定劑stabilization 天然橡膠乳液配料mixing電子束輻照irradiationwith lowenergy eb輻射硫化膠乳rvnrlpva溶液離心濃縮centrifugation敏化劑sensitizer輻射硫化膠乳成品1*rvnrl product 1*輻射硫化膠乳成品2*rvnrl product 2* 原材料和試驗(yàn)方法原材料(1) 天然橡膠乳液：drc60%, 泰國(guó)；(2)

33、濃氨水：20.5，太倉(cāng)市周氏化學(xué)試劑有限公司；(3) 氫氧化鉀，純度95，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；(4) 丙烯酸正丁酯（n-ba），國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；(5) 聚乙烯醇（pva）, 聚合度500，醇解度88，山西三維集團(tuán)；(6) 純水，自制；(7) 消泡劑 ,byk-022，德國(guó)。主要設(shè)備及儀器低能電子加速器ebs-300-15：300kv , 50ma, 由中日聯(lián)合研制；測(cè)厚計(jì)：jc1010，江都市精誠(chéng)測(cè)試儀器廠；沖片機(jī)：cp25，江都市試驗(yàn)機(jī)械廠；電子式橡膠拉力機(jī)：xlda型，長(zhǎng)春第二試驗(yàn)機(jī)廠；乳膠分離機(jī)：jrdr409cc-00，南京綠洲機(jī)器廠；高速冷凍離心機(jī)：gl-20g-，上

34、海安亭科學(xué)儀器廠；紫外可見(jiàn)光分光光度計(jì)：uv755b，上海精密科學(xué)儀器有限公司；2.3.2.3輻射硫化乳液的配料方法 在攪拌條件下，將氫氧化鉀溶液（濃度10）、氨水（濃度0.75）、敏化劑n-ba依次按一定比例添加到天然橡膠乳液中，另加適量的消泡劑，攪拌均勻，按要求將天然橡膠乳液的濃度從約60drc稀釋至所需的濃度。2.3.2.4 天然橡膠乳液輻射硫化方法 采用循環(huán)方式進(jìn)行輻照。循環(huán)系統(tǒng)由進(jìn)料計(jì)量泵、卸料計(jì)量泵、循環(huán)儲(chǔ)罐和反應(yīng)器組成，乳液由進(jìn)料計(jì)量泵從循環(huán)儲(chǔ)罐吸出送入反應(yīng)器，乳液在反應(yīng)器中進(jìn)行輻射交聯(lián)，后由卸料計(jì)量泵送回循環(huán)儲(chǔ)罐，攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速為90r/min，乳液輻射硫化后在循環(huán)罐進(jìn)口處取樣。做

35、對(duì)比試驗(yàn)時(shí)，使用伽瑪輻照裝置進(jìn)行輻射硫化對(duì)比試驗(yàn)。2.3.2.5 輻射硫化天然橡膠膠膜的制備 取25ml tsc30左右的輻射硫化膠乳，傾倒于1618cm四周有凸邊的平板玻璃上，在室溫下自然晾干至透明，將膠膜從玻璃板上揭下，涂抹隔粘劑后，在6570的烘箱中烘2小時(shí)，干燥后放入干燥器備用。膠膜的厚度控制在0.30.4mm。2.3.2.6拉伸強(qiáng)度的測(cè)定使用切片機(jī)將橡膠膠膜裁切成啞鈴狀試樣，依照gb/t528-1998標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定其斷裂拉伸強(qiáng)度與扯斷伸長(zhǎng)率。2.3.2.7 膠膜中水溶性蛋白質(zhì)含量的測(cè)定 水溶性蛋白質(zhì)含量的測(cè)定依照化工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)hg/t 3645-1999：天然橡膠手套中水抽提蛋白質(zhì)含量測(cè)定

36、lowry法。2.3.2.8 工藝試驗(yàn)方案1.天然橡膠乳液濃度效應(yīng)實(shí)驗(yàn) 輻射硫化工藝參數(shù)設(shè)定：加速器參數(shù)：260kv，50ma；乳液體積：100l；乳液濃度：30drc，40drc； 循環(huán)流量：進(jìn)料流量33l/min，出料流量38l/min；輻照后，按3.5條制成膠膜，測(cè)試膠膜的拉伸強(qiáng)度及扯斷伸長(zhǎng)率。2.束流強(qiáng)度效應(yīng)實(shí)驗(yàn)輻射硫化工藝參數(shù)設(shè)定：加速器參數(shù)：260kv，40ma；260kv，50ma； 乳液體積：100l； 乳液濃度：30drc； 循環(huán)流量：進(jìn)料流量33l/min，出料流量38l/min；輻照后，按3.5條制成膠膜，測(cè)試膠膜的拉伸強(qiáng)度。3.低能電子束輻射硫化和伽瑪射線輻射硫化的比較

37、實(shí)驗(yàn) a膠乳：伽瑪輻射硫化，30%drc；25kgy； b膠乳：加速器輻射硫化，30%drc；260kv，50ma；輻照后，按3.4條制成膠膜，測(cè)試膠膜的拉伸強(qiáng)度。4. 天然橡膠乳液綠色強(qiáng)度對(duì)輻射硫化膠膜拉伸強(qiáng)度的影響 將不同批號(hào)的天然橡膠乳液制成膠膜，測(cè)定其綠色拉伸強(qiáng)度； 使用不同綠色強(qiáng)度的天然橡膠乳液在同一條件下，進(jìn)行輻射硫化，然后制成膠膜，測(cè)定其拉伸強(qiáng)度。5. 水溶性聚合物pva對(duì)降低膠膜中蛋白質(zhì)含量的效果試驗(yàn) 在輻射硫化膠乳中分別添加0.5phr、1.0phr、1.5phr、2.0phr、3.0phr的pva水溶液，攪拌后經(jīng)離心濃縮，取樣制成膠膜，測(cè)定其中的水溶性蛋白質(zhì)含量。2.3.2

38、.9.結(jié)果和討論1.乳液濃度與輻射硫化時(shí)間的關(guān)系實(shí)驗(yàn)時(shí)，采用兩種不同濃度的乳液在260kv、50ma電子束功率下進(jìn)行輻射硫化，膠膜的拉伸強(qiáng)度、扯斷伸長(zhǎng)率與輻射硫化時(shí)間的關(guān)系如下：從實(shí)驗(yàn)中可以看到，膠乳的膠膜拉伸強(qiáng)度隨輻照時(shí)間延長(zhǎng)而增加，斷裂伸長(zhǎng)率隨輻照時(shí)間延長(zhǎng)而下降。當(dāng)乳液濃度較高，達(dá)到最大拉伸強(qiáng)度的輻照時(shí)間較短，這將在工業(yè)生產(chǎn)時(shí)，可提高產(chǎn)能。其中的原因在于乳液濃度較高時(shí)，橡膠粒子在電離輻射作用下實(shí)現(xiàn)交聯(lián)的幾率提高了，達(dá)到正硫化的時(shí)間可縮短。但是如果濃度太高，將會(huì)增加乳液粘滯度容易出現(xiàn)焦化現(xiàn)象。而斷裂伸長(zhǎng)率隨著輻照時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸變小，則說(shuō)明交聯(lián)度的逐步提高使膠膜的硬度增加。2.束流強(qiáng)度與膠乳輻

39、射硫化時(shí)間的關(guān)系 在260kv高壓下，使用不同的束流強(qiáng)度輻照乳液，當(dāng)束流強(qiáng)度為40ma時(shí)，最佳輻照時(shí)間為5565分鐘，當(dāng)束流強(qiáng)度為50ma時(shí)最佳輻照時(shí)間為4250分鐘。膠膜的拉伸強(qiáng)度隨輻照時(shí)間的增加緩慢上升至正硫化階段，隨后又呈下降的趨勢(shì)。由于輻射硫化過(guò)程中，交聯(lián)反應(yīng)和降解反應(yīng)是同時(shí)存在的，交聯(lián)反應(yīng)處于主導(dǎo)地位時(shí)，膠膜的拉伸強(qiáng)度呈上升趨勢(shì)，當(dāng)降解反應(yīng)主導(dǎo)時(shí)，膠膜拉伸強(qiáng)度又開(kāi)始下降，造成膠乳的過(guò)硫化。3.電子加速器輻射硫化和伽瑪射線輻射硫化對(duì)膠膜拉伸強(qiáng)度的影響從實(shí)驗(yàn)中看出，電子加速器輻射硫化膠乳的膠膜拉伸強(qiáng)度略低于伽瑪射線輻射硫化，二者無(wú)顯著性差異。而電子加速器輻射硫化和使用伽馬射線實(shí)現(xiàn)輻射硫化

40、的區(qū)別在于【2】：電子束電子能量低，穿透能力差，所以用電子加速器輻射硫化需要特殊的反應(yīng)容器。4.天然膠乳綠色強(qiáng)度對(duì)輻射硫化膠膜拉伸強(qiáng)度的影響 實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)不同綠色強(qiáng)度的膠乳經(jīng)輻射硫化后，其膠膜的最大拉伸強(qiáng)度不同，詳見(jiàn)表1. 表1 天然膠乳綠色強(qiáng)度與輻射硫化膠乳膠膜拉伸強(qiáng)度的關(guān)系膠乳編號(hào)膠乳來(lái)源廠家生膠拉伸強(qiáng)度（mpa）輻射硫化膠膜拉伸強(qiáng)度（mpa）第2天制膜第14天制膜1上海某公司4.1516.718.442上海某公司5.118.420.083上海某公司7.0721.622.074大連某公司8.6322.824.25揚(yáng)州某公司8.0921.23 22.2 從上表的數(shù)據(jù)我們看到，天然膠乳的綠色強(qiáng)

41、度對(duì)輻射硫化后其膠膜的拉伸強(qiáng)度有較大影響，也就是，天然膠乳的綠色強(qiáng)度越高，輻射硫化膠乳的拉伸強(qiáng)度也越高。所以選擇合適的天然膠乳進(jìn)行輻射硫化是十分重要的。 另外，從表中數(shù)據(jù)，我們還看到輻射硫化膠乳的存放時(shí)間與其所制膠膜的拉伸強(qiáng)度也是有一定的關(guān)系，膠乳存放第14天時(shí)的膠膜拉伸強(qiáng)度普遍要高于第2天所制膠膜的拉伸強(qiáng)度。原因可能與輻射硫化膠乳的自由基有關(guān)，隨著存放時(shí)間的延長(zhǎng)，膠乳內(nèi)自由基產(chǎn)物趨于穩(wěn)定，使膠膜的拉伸強(qiáng)度有所上升。5. pva的添加量對(duì)降水溶性蛋白質(zhì)效果的影響 pva添加至膠乳中，可對(duì)乳液中水溶性蛋白質(zhì)的起解析作用，使大部分水溶性蛋白質(zhì)引入至乳清中，在離心濃縮時(shí)，水溶性蛋白質(zhì)隨乳清排除，達(dá)到

42、降低乳液中水溶性蛋白質(zhì)含量的作用3；同時(shí)膠膜在浸濾時(shí)，由于pva的存在，又可去除部分水溶性蛋白質(zhì)，使膠膜中水溶性蛋白質(zhì)降低至可接受的水平，實(shí)驗(yàn)顯示，離心后膠膜中殘留水溶性蛋白質(zhì)隨pva添加量的增加有所增加，pva的加入量以0.51.5phr為宜；離心后膠乳的膠膜在0.75的氨水中浸濾去除水溶性蛋白的效果非常明顯。添加pva可以有效降低膠膜中水溶性蛋白質(zhì)含量，這有可能是pva與蛋白質(zhì)形成絡(luò)合物，而且在浸濾時(shí)水溶性聚合物溶出膠膜時(shí)形成微型水路，使蛋白質(zhì)比較容易溶出的緣故。6. 結(jié)論1. 輻射硫化時(shí)使用較高乳液的濃度，達(dá)到正硫化的輻照時(shí)間較短，有利于提高產(chǎn)能。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證明，乳液濃度為tsc3040%時(shí)

43、較為適宜。2. 束流強(qiáng)度越大，正硫化時(shí)間越短，但需要加快乳液的流動(dòng)速度，否則將會(huì)產(chǎn)生焦化現(xiàn)象。3. 用電子加速器輻射硫化與伽瑪射線輻射硫化，其膠膜的拉伸強(qiáng)度沒(méi)有顯著性差別。4. 天然膠乳的綠色強(qiáng)度越高，輻射硫化膠乳的膠膜拉伸強(qiáng)度也越高，因此輻射硫化時(shí)選擇較高綠色強(qiáng)度的天然膠乳是重要的。5.輻射硫化膠乳在降低水溶性蛋白處理時(shí)，pva 的加入量以0.51.5phr為宜。2.3.2 低能加速器在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用作為核技術(shù)應(yīng)用裝備的加速器在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用，在一些國(guó)家普遍使用已有明顯經(jīng)濟(jì)效益的主要有三方面： 1)輻照育種 加速器在輻照育種中的應(yīng)用，主要是利用它產(chǎn)生的高能電子、x射線、快中子或質(zhì)子照射作物的種子

44、、芽、胚胎或谷物花粉等，改變農(nóng)作物的遺傳特性，使它們沿優(yōu)化方向發(fā)展。通過(guò)輻射誘變選育良種，在提高產(chǎn)量、改進(jìn)品質(zhì)、縮短生長(zhǎng)期、增強(qiáng)抗逆性等方面起了顯著作用。馬鈴薯、小麥、水稻、棉花、大豆等作物經(jīng)過(guò)輻照育種后可具有高產(chǎn)、早熟、矮桿及抗病蟲害等優(yōu)點(diǎn)。 2)輻照保鮮 輻照保鮮是繼熱處理、脫水、冷藏、化學(xué)加工等傳統(tǒng)的保鮮方法之后，發(fā)展起來(lái)的一種新保鮮技術(shù)。例如，對(duì)馬鈴薯、大蒜、洋蔥等經(jīng)過(guò)輻照處理，可抑制其發(fā)芽，延長(zhǎng)貯存期；對(duì)干鮮水果、蘑菇、香腸等經(jīng)過(guò)輻照處理，可延長(zhǎng)供應(yīng)期和貨架期。 3)輻照殺蟲、滅菌 目前，在農(nóng)產(chǎn)品、食品等殺蟲滅菌普遍使用化學(xué)熏蒸法，由于使用溴甲烷、環(huán)氧乙烷等化學(xué)熏蒸法引起的殘留毒性、

45、破壞大氣臭氧層等原因，根據(jù)蒙特利爾公約，到2005年要在全球范圍內(nèi)禁止使用溴甲烷。因而利用加速器進(jìn)行農(nóng)產(chǎn)品、食品等輻照殺蟲、滅菌得以迅速發(fā)展。利用加速器產(chǎn)生的高能電子或x射線可以殺死農(nóng)產(chǎn)品、食品中的寄生蟲和致病菌，這不僅可減少食品因腐敗和蟲害造成的損失，而且可提高食品的衛(wèi)生檔次和附加值。 2.3.3 低能加速器在醫(yī)療衛(wèi)生中的應(yīng)用隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人民生活和質(zhì)量的提高，人們對(duì)醫(yī)療衛(wèi)生條件提出了更高的要求。而加速器在醫(yī)療衛(wèi)生中的應(yīng)用促進(jìn)了醫(yī)學(xué)的發(fā)展和人類壽命的延長(zhǎng)。目前，加速器在醫(yī)療衛(wèi)生方面的應(yīng)用主要有三個(gè)方面，即放射治療、醫(yī)用同位素生產(chǎn)以及醫(yī)療器械、醫(yī)療用品和藥品的消毒。 1) 放射治療 用于

46、惡性腫瘤放射治療（簡(jiǎn)稱放療）的醫(yī)用加速器是當(dāng)今世界范圍內(nèi)，在加速器的各種應(yīng)用領(lǐng)域中數(shù)量最大、技術(shù)最為成熟的一種。 用于放療的加速器由50年代的感應(yīng)加速器，到60年代發(fā)展了醫(yī)用電子回旋加速器，進(jìn)入70年代醫(yī)用電子直線加速器逐步占據(jù)了主導(dǎo)地位。目前，世界上約有3000多臺(tái)醫(yī)用電子直線加速器裝備在世界各地的醫(yī)院里。 除了應(yīng)用加速器產(chǎn)生的電子線、x射線進(jìn)行放療外，還可應(yīng)用加速器進(jìn)行質(zhì)子放療、中子放療、重離子放療和介子放療等，這些治癌方法還處在實(shí)驗(yàn)階段，實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明，療效顯著。但這些加速器比電子直線加速器能量高得多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜得多，價(jià)格昂貴得多，尚未普及。 利用電子直線加速器開(kāi)展立體定向放療，俗稱x刀，

47、是近年來(lái)發(fā)展的新的放療技術(shù)。這種技術(shù)與常規(guī)放療相比，可多保護(hù)15%20%的正常組織，而腫瘤增加20%40%的劑量，可更有效地殺滅癌細(xì)胞，從而增加放療療效。 60年代我國(guó)醫(yī)院裝備了醫(yī)用感應(yīng)加速器，70年代中期醫(yī)用電子直線加速器開(kāi)始裝備我國(guó)各地醫(yī)院。截止到2000年初，我國(guó)已擁有各種能量的醫(yī)用加速器約530臺(tái)，其中國(guó)產(chǎn)醫(yī)用加速器約230臺(tái)，進(jìn)口醫(yī)用加速器約300臺(tái)。 2)醫(yī)用同位素生產(chǎn) 現(xiàn)代核醫(yī)學(xué)廣泛使用放射性同位素診斷疾病和治療腫瘤，現(xiàn)在已確定為臨床應(yīng)用的約80種同位素，其中有2/3是由加速器生產(chǎn)的，尤其是缺中子短壽命同位素只能由加速器生產(chǎn)。這些短壽命同位素主要應(yīng)用在以下方面： a、正電子與單光

48、子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層掃描pet與spect pet是由病人先吸入或預(yù)先注射半衰期極短的發(fā)射正電子的放射性核素，通過(guò)環(huán)形安置的探測(cè)器從各個(gè)角度檢測(cè)這些放射性核素發(fā)射正電子及湮滅時(shí)發(fā)射的光子，由計(jì)算機(jī)處理后重建出切面組織的圖像。而這些短壽命的放射性核素是由小回旋加速器制備的。最短的半衰期核素如15o僅為123秒，一般為幾分鐘到1小時(shí)左右。所以，這種加速器一般裝備在使用pet的醫(yī)院里。生產(chǎn)pet專用短壽命的放射性核素的小回旋加速器，吸引了眾多的加速器生產(chǎn)廠開(kāi)發(fā)研制。目前，國(guó)外幾個(gè)加速器生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的小回旋加速器已達(dá)到幾十臺(tái)。 b、圖像獲取 利用放射性核素進(jìn)行閃爍掃描或利用照相獲取圖像的方法，可以診斷腫瘤

49、、檢查人體臟器和研究它們的生理生化功能和代謝狀況，獲取動(dòng)態(tài)資料。例如201tl用于心肌檢查，對(duì)早期發(fā)現(xiàn)冠心病和心肌梗塞的定位等是目前最靈敏的檢查手段。而這些放射性核素絕大部分也是由加速器生產(chǎn)的。 3)輻照消毒 利用加速器對(duì)醫(yī)用器械、一次性醫(yī)用物品、疫苗、抗生素、中成藥的滅菌消毒是加速器在醫(yī)療衛(wèi)生方面應(yīng)用的一個(gè)有廣闊前途的方向。與前面介紹加速器在食品中的殺蟲、滅菌道理一樣，可取代目前應(yīng)用的高溫消毒、化學(xué)消毒等方法。但滅菌需要的射線劑量要大于殺蟲所需的劑量。 第三章 同步輻射加速器 中國(guó)國(guó)家同步輻射實(shí)驗(yàn)室第一節(jié) 基本情況簡(jiǎn)介主要用于產(chǎn)生第二代同步輻射光源，利用電子在圓形軌道中的運(yùn)動(dòng)，發(fā)出單色光。

50、同步輻射裝置我國(guó)的同步輻射加速器建立在中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)校內(nèi)。 中國(guó)科技大學(xué)電子同步輻射加速器的總體布局圖國(guó)家同步輻射實(shí)驗(yàn)室坐落在安徽合肥中國(guó)科技大學(xué)西校園中，這是國(guó)家計(jì)委批準(zhǔn)建設(shè)的我國(guó)第一個(gè)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)室。實(shí)驗(yàn)室擁有的同步輻射光源是目前國(guó)內(nèi)高校中唯一一臺(tái)大科學(xué)裝置和國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)研究平臺(tái)。 國(guó)家同步輻射實(shí)驗(yàn)室建有我國(guó)第一臺(tái)以真空紫外和軟x射線為主的專用同步輻射光源。其主體設(shè)備是一臺(tái)能量為800mev、平均流強(qiáng)為100300ma的電子儲(chǔ)存環(huán)，用一臺(tái)能量200mev的電子直線加速器作注入器。來(lái)自儲(chǔ)存環(huán)彎鐵和扭擺磁鐵的同步輻射特征波長(zhǎng)分別為2.4nm和0.5nm。 國(guó)家同步輻射實(shí)驗(yàn)室一期工程1984年11

51、月20日破土動(dòng)工，1989年建成出光，1991年12月通過(guò)國(guó)家驗(yàn)收，總投資8,040萬(wàn)元人民幣。1999年國(guó)家又投資11,800萬(wàn)元人民幣進(jìn)行國(guó)家同步輻射實(shí)驗(yàn)室二期工程建設(shè)，2004年12月二期工程通過(guò)國(guó)家驗(yàn)收。 國(guó)家同步輻射實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)建有x射線光刻、紅外與遠(yuǎn)紅外、高空間分辨x射線成像、x射線衍射與散射、擴(kuò)展x光吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)、燃燒、x射線顯微術(shù)、原子與分子物理、真空紫外分析、表面物理、軟x射線磁性圓二色、光電子能譜、真空紫外光譜、光聲與真空紫外圓二色光譜、光譜輻射標(biāo)準(zhǔn)與計(jì)量等15條光束線和相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)站。 國(guó)家同步輻射實(shí)驗(yàn)室是向國(guó)內(nèi)外用戶開(kāi)放的國(guó)家級(jí)共用實(shí)驗(yàn)室，現(xiàn)有注冊(cè)用戶150余家。 歐洲同步輻

52、射加速器（左圖）位于法國(guó)東南城市格勒諾貝爾，是世界上首座第三代同步輻射加速器。它所在的位置可謂山清水秀、得天獨(dú)厚。格勒諾貝爾市是法國(guó)重要的科研和高技術(shù)工業(yè)城市，是阿爾卑斯山的“大門”，流經(jīng)該市的兩條大河在西北郊匯合，歐洲同步加速器就駐扎在這兩條河之間的“半島”上。 格勒諾布爾市的人口包括郊區(qū)約40萬(wàn)。1968年，第十屆冬季奧運(yùn)會(huì)在此舉行。工業(yè)、教科和旅游業(yè)是格勒諾布爾市的三大經(jīng)濟(jì)支柱，它的電子和計(jì)算機(jī)工業(yè)具有相當(dāng)規(guī)模，號(hào)稱“法國(guó)硅谷”。 同步加速器屬于大型科研設(shè)備，建造、運(yùn)行的投資都很高。歐洲12個(gè)國(guó)家于1988年達(dá)成協(xié)議，共同投資建造第三代同步輻射加速器，共耗資2.2億法郎。該加速器于199

53、4年開(kāi)始啟用，電子束能量為60億電子伏特，為歐洲乃至世界的科學(xué)研究以及工業(yè)研究，提供了強(qiáng)有力的科研手段。每年申請(qǐng)前來(lái)利用同步輻射進(jìn)行各種應(yīng)用科學(xué)研究的科學(xué)家多達(dá)6000人，但只有2000人獲準(zhǔn)。 歐洲同步加速器主要由一個(gè)線性加速器（右圖）、周長(zhǎng)300米的同步加速器和周長(zhǎng)844米的電子束儲(chǔ)存環(huán)組成，被加速的電子束在儲(chǔ)存環(huán)中經(jīng)過(guò)磁結(jié)構(gòu)諧振器的振蕩，發(fā)出大量高精度的光束。該加速器的輸出光線初建時(shí)有12條，現(xiàn)在發(fā)展到40條（左圖），每年來(lái)自世界40多個(gè)國(guó)家的研究人員使用該設(shè)備提供的高質(zhì)量光源，研究物質(zhì)的原子、分子結(jié)構(gòu)。特別令這里的專家們自豪的是，它是世界上性能最可靠的一臺(tái)加速器，運(yùn)行至今從未發(fā)生過(guò)故障

54、，成為世界上性能最好、用戶最多、科研人員借助它出成果最多，即發(fā)表研究論文最多的x射線輻射光源。 第三代同步輻射加速器不僅是基礎(chǔ)科研必需的大型科研設(shè)備，而且具有極強(qiáng)的應(yīng)用科研背景，其建設(shè)對(duì)一個(gè)大國(guó)的科研和經(jīng)濟(jì)發(fā)展都具有良好的推動(dòng)作用：在項(xiàng)目的建設(shè)中，科技人員與工業(yè)技術(shù)人員密切配合，攻克建造中的難關(guān)，不僅推動(dòng)了技術(shù)的進(jìn)步，而且刺激了經(jīng)濟(jì)的發(fā)展；建成以后，科學(xué)和工業(yè)界均得益物理學(xué)、化學(xué)、地質(zhì)科學(xué)、材料科學(xué)等學(xué)科有了重要的研究工具；工業(yè)界也利用這里實(shí)驗(yàn)室復(fù)制工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的能力，研究產(chǎn)品性能、提高產(chǎn)品質(zhì)量。 在美國(guó)，許多大企業(yè)甚至積極參與同步輻射加速器建設(shè)的投資，或者長(zhǎng)年租用光束線開(kāi)展實(shí)驗(yàn)。歐洲的情況比

55、美國(guó)差一些，但是也有很多制藥、化妝品、食品、建筑、冶金、微電子等行業(yè)的大企業(yè)申請(qǐng)到這里來(lái)做實(shí)驗(yàn)，如阿旺第斯制藥公司、歐萊雅化妝品公司等。 目前，歐洲同步輻射加速器每年的運(yùn)行費(fèi)用是7000萬(wàn)歐元，投資來(lái)源是17個(gè)歐洲國(guó)家、歐盟的一些研究項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)、以及企業(yè)實(shí)驗(yàn)投資。每年在加速器上做實(shí)驗(yàn)的項(xiàng)目有5000多個(gè)，實(shí)驗(yàn)室聘請(qǐng)實(shí)驗(yàn)室以外、來(lái)自世界各地的專家每年兩次對(duì)申請(qǐng)項(xiàng)目進(jìn)行評(píng)審、篩選。 項(xiàng)目一旦入選，加速器運(yùn)行費(fèi)投資國(guó)的專家到這里做實(shí)驗(yàn)的所有費(fèi)用，包括國(guó)際旅費(fèi)、在格勒諾貝爾的吃、住、行以及實(shí)驗(yàn)費(fèi)用都由實(shí)驗(yàn)室提供；投資國(guó)以外國(guó)家的專家則僅可以免費(fèi)在這里做實(shí)驗(yàn)?！懊赓M(fèi)”的前提是，實(shí)驗(yàn)結(jié)果論文必須公開(kāi)發(fā)表。因此，世界上50多臺(tái)同步加速器，這里是發(fā)表論文最多的地方。企業(yè)也可申請(qǐng)?jiān)谶@里做實(shí)驗(yàn)，但因?yàn)榻Y(jié)果是保密的，所以必須付費(fèi)。 科學(xué)家們?cè)谶@里取得了許多重要成果，如：用同步輻射衍射光對(duì)納米技術(shù)、特別是光電子技術(shù)發(fā)展有潛在應(yīng)用價(jià)值的、物質(zhì)表面晶體生長(zhǎng)過(guò)程中產(chǎn)生的納米級(jí)量子阱的體積（基底寬度、高度）的測(cè)量；用縮微同步輻射光束研究在常溫、常壓下合成具有溶水性和極好的韌性及強(qiáng)度的蜘蛛網(wǎng)絲的組成結(jié)構(gòu)；用同步輻射的高亮度光束研究酵母鋸蛋白的結(jié)晶體結(jié)構(gòu)，以更好地了解導(dǎo)致人類克雅氏病、瘋牛病的鋸蛋白的原