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欧洲核子研究中心突破极端辐射监测技术,空心光纤传感器助力科研与医疗加速器升级

2025-11-19 14:35     来源:欧洲核子研究中心     辐射监测 束流诊断技术 粒子加速器

欧洲核子研究中心正测试一种新型空心光纤技术,用于改善加速器粒子束的监测工作。该技术通过在空心光纤中填充闪烁气体,利用电磁场共振-反共振效应引导光线,制造出简单而强大的辐射传感器。这种传感器能够精确测量粒子束的轮廓和位置,甚至实时监测输送的光束剂量,为实验物理学家和束流物理学家提供可靠数据。

电子邮件  家 物理 普通物理学 家 物理 等离子体物理学 2025年11月18日   要点 中空玻璃纤维传感器能够承受粒子加速器试验中的极端辐射。 作者:克里斯蒂安·伯恩哈德-诺沃特尼,欧洲核子研究中心  由萨迪·哈雷 编辑 ,罗伯特·伊根审阅  编者按 在欧洲核子研究中心 (CERN) 的 CLEAR 装置中,束流仪器团队的一名成员正在准备空芯光纤的测试。(图片:CERN)CLEAR 装置中空芯光纤测试的设置:这根细光纤由一组黑色支架固定,正使用激光系统将其对准电子束,激光系统在屏幕上显示为一个红点。图中较大的红色圆柱体是用于测量束流强度的诊断仪器。图片来源:CERN 一根比头发丝还细的玻璃纤维横跨粒子束,就能改善加速器监测。一个团队正在测试使用空心光纤来测量从超级质子同步加速器(欧洲核子研究中心第二大加速器,为位于北区的实验提供粒子束)中提取的粒子束的轮廓和位置。   与通过实心玻璃引导光线的传统光纤不同,空芯光纤内部大部分是空的,但其微结构设计利用电磁场的共振-反共振效应来引导光线。  通过在这些光纤中填充闪烁气体(一种在受到粒子撞击时会发出微小闪光的气体),科学家可以制造出一种简单而强大的辐射传感器,帮助他们调整光束轮廓和位置,甚至可以实时测量输送的光束剂量。  与目前使用的多丝正比室和闪烁体探测器不同,这些光纤可以在极端辐射环境下使用,因此对欧洲核子研究中心未来的加速器和实验非常有用。  可靠地测量粒子束对于实验物理学家和束流物理学家都至关重要。欧洲核子研究中心(CERN)所有加速器的运行都依赖于分布在机器上的数千个束流传感器发送的大量数据。但在高能量或高强度下,这些传感器的可靠性可能会受到影响。  这也是开发用于医疗应用的加速器(例如FLASH 放射疗法)的科学家们所关注的问题。  FLASH 技术以超高剂量率输送辐射,在癌症治疗方面展现出巨大的潜力,但其极端的束流条件也需要开发新型的监测工具。  一支专注于欧洲核子研究中心(CERN)实验束流诊断的团队,正与从事医学应用研究的研究人员合作,探索能够承受极端辐射的新工具。通过将加速器技术与医学研究相结合,这项正在CERN北区测试的技术,未来有望支持安全地为患者提供FLASH疗法。  该合作团队于2024年和2025年在欧洲核子研究中心(CERN)的各种测试设施和加速器(例如CLEAR )上对这一概念进行了验证。他们将一根充满氩氮混合物的光纤暴露于电子束下,并将其连接到硅光电倍增管(一种可以探测单个光子的传感器)。每次电子束穿过光纤时,气体都会发光,光纤会将该信号传输到探测器。  在今年的国际束流仪器会议上公布的研究结果令人瞩目。  “光纤对光束轮廓的测量结果与传统YAG晶体屏(一种受粒子撞击会发光的晶体)的测量结果非常吻合,”负责SPS北实验区光束仪器整合工作的伊纳基·奥尔特加·鲁伊斯解释说。“即使承受了足以损坏许多仪器的辐射剂量,光纤也没有表现出任何性能下降的迹象。”  这些初步结果令人鼓舞,但计划开展进一步工作,以改善光纤与探测器之间的连接,测试预先填充气体的密封光纤,并研究光纤的长期抗辐射性能。  由欧洲核子研究中心 提供   进一步探索  大型强子对撞机中的新型监测器现已投入使用 Facebook  叽叽喳喳  电子邮件  给编辑的反馈   精选 最后评论 受欢迎的 通过观察保存完好的尼安德特人鼻子内部结构,解开我们祖先面部的谜团。 12小时前  0  视频捕捉到野狼拉动蟹笼捕食的画面——但这算是使用工具吗? 15小时前  0  基于可重构DNA折纸阵列的纳米机器人可以自主工作。 15小时前  0  深度成像显示,孤立星系中形成了没有过去合并迹象的恒星。 17小时前  0  (–)-gukulenin A 的新合成策略揭示了其抗癌作用背后的化学机制 18小时前  0  随着孩子们放弃体育运动、阅读和艺术,社交媒体使用量激增。 5小时前  考古学家发现罗马帝国第二大橄榄油磨坊 6小时前  最新分析发现,猿类祖先和尼安德特人可能接吻过 6小时前  无需酶处理即可温和地将细胞从培养表面分离。 8小时前  为什么地球地幔中神秘的结构蕴藏着生命的线索? 8小时前  古代和殖民时期的遗留问题至今仍在影响着亚马逊森林的生物多样性。 9小时前  CT扫描揭示了伊朗早期古代炼铜工艺的隐藏细节 10小时前  细菌如何“感知”表面:荧光探针可视化并量化膜张力 10小时前  物理学家利用创纪录的捕获技术,在欧洲核子研究中心(CERN)推动反氢原子研究取得突破性进展 10小时前  新型电缆设计可减少超导线材的缺陷 11小时前  相关 PhysicsForums 帖子 模拟电源输出问题  2025年11月17日 关于基于颜色的热吸收问题  2025年11月7日 跳出思维定式 vs. 了解思维定式的内容  2025年11月7日 相反的法律提案  2025年11月5日 为什么没有温室气体的大气层会比有温室气体的大气层更冷?  2025年11月5日 为什么光速在宇宙中处处相同?  2025年11月4日 更多来自其他物理主题的内容  1 2             了解更多 科技产品 科学书籍 物理研究工具 科学X网络 进化论学习指南 纳米技术研究 科学新闻摘要 博物馆会员资格 科学海报 科学期刊 更多新闻报道 为什么地球地幔中神秘的结构蕴藏着生命的线索? 几十年来,科学家们一直对埋藏在地球深处的两个巨大而神秘的结构感到困惑,它们的特征如此巨大和不寻常,以至于违背了行星演化的传统模型。  地球科学  8小时前  0  47  随着孩子们放弃体育运动、阅读和艺术,社交媒体使用量激增。 专家们根据令人震惊的最新统计数据警告说,社交媒体对年轻人的影响越来越大,自新冠疫情爆发以来,儿童和青少年使用社交媒体的比例飙升了 200% 以上,而且没有丝毫下降的迹象。  社会科学  5小时前  0  37  最新分析发现,猿类祖先和尼安德特人可能接吻过 牛津大学一项新研究发现,接吻行为在大约2100万年前人类和其他大型猿类的共同祖先身上就已经进化出来,而且尼安德特人可能也存在接吻行为。  进化  6小时前  1  77  考古学家发现罗马帝国第二大橄榄油磨坊 威尼斯卡福斯卡里大学正与他人共同主持一项在突尼斯卡塞林地区开展的大型国际考古项目。此次发掘工作主要集中在古罗马时期的基利乌姆遗址,该遗址位于与现代……接壤的边界上。  考古学  6小时前  0  31  通过观察保存完好的尼安德特人鼻子内部结构,解开我们祖先面部的谜团。 古生物学界长期以来一直争论尼安德特人独特的鼻子是否完全是为了适应寒冷的天气而进化出来的,现在这个问题可能终于得到了解决,而这一切都要归功于一个保存异常完好的古代鼻腔。  进化  12小时前  0  83  视频捕捉到野狼拉动蟹笼捕食的画面——但这算是使用工具吗? 人们观察到许多动物会使用工具。例如,黑猩猩会撕下树枝上的树叶,塞进洞里引诱白蚁;人们还观察到澳洲野犬会移动物体作为垫脚物,以便到达另一处……  植物和动物  15小时前  0  162  无需酶处理即可温和地将细胞从培养表面分离。 锚定依赖性细胞是指需要物理附着于固体表面(例如培养皿)才能存活、生长和繁殖的细胞。在生物医学及其他领域,培养这类细胞的能力至关重要……  细胞与微生物学  8小时前  0  0  实现了来自两个远距离光源的光子之间的量子隐形传态 互联网上的日常生活充满安全隐患。黑客可以入侵银行账户或窃取数字身份。在人工智能的驱动下,攻击手段日益复杂。量子密码学有望提供更有效的保护。  光学与光子学  12小时前  0  100  Discover more Planetarium projectors Energy efficient technology Science technology studies Science news digest Science news subscription Computer technology services Sciences Low carbon ethanol Technology news updates Evolution study guides 基于可重构DNA折纸阵列的纳米机器人可以自主工作。 过去几十年间,越来越多的机器人团队开始研发受古代折纸艺术启发而设计的模块化机器人。最近,其中一些团队开始尝试将折纸技术应用于机器人设计……  纳米物理学  15小时前  0  11  深度成像显示,孤立星系中形成了没有过去合并迹象的恒星。 西班牙天文学家利用两米双筒望远镜(TTT3)对一个名为NGC 6789的孤立矮星系进行了深空光学成像。这项新的观测结果于11月10日发表在arXiv预印本平台上……  Astronomy  17 hours ago  0  56  Ancient and colonial legacies continue to shape Amazon forest biodiversity today Human influence across centuries continues to define biodiversity and carbon storage in the world's largest rainforest, according to a new international study published in the Proceedings of the National Academy of Sciences ...  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与传统的实心光纤及多丝正比室、闪烁体探测器相比,空心光纤在极端辐射环境下表现出色,对欧洲核子研究中心未来的加速器和实验具有重要意义。特别是对于开发医疗应用的加速器,如FLASH放射疗法,这种新型监测工具的开发尤为关键。FLASH技术以超高剂量率输送辐射,在癌症治疗中潜力巨大,但其极端束流条件要求监测工具具备更高的抗辐射能力。

目前,专注于欧洲核子研究中心实验束流诊断的团队正与医学研究人员合作,探索能够承受极端辐射的新工具。2024年和2025年,该团队已在欧洲核子研究中心的多种测试设施和加速器上验证了这一概念。他们将充满氩氮混合物的光纤暴露于电子束下,并连接到硅光电倍增管进行信号探测。研究结果显示,光纤对光束轮廓的测量结果与传统YAG晶体屏高度吻合,且在承受高辐射剂量后性能未下降。

负责SPS北实验区光束仪器整合工作的伊纳基·奥尔特加·鲁伊斯表示:“光纤对光束轮廓的测量结果非常可靠。”尽管初步结果令人鼓舞,但团队仍计划进一步改善光纤与探测器之间的连接,测试预先填充气体的密封光纤,并深入研究光纤的长期抗辐射性能。


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