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90年前,回旋加速器的发明开启了核医学的历史

2021-11-17 15:13     来源:西南医科大学附属医院核医学科     回旋加速器核医学相对论重离子对撞机
核医学的起源始于欧内斯特·奥兰多·劳伦斯 (Ernest Orlando Lawrence) (1901-1958) 发明的回旋加速器。欧内斯特·劳伦斯于1928年开始在加州大学伯克利分校工作,担任核物理学家。他的研究集中在高速轰击原子以产生新粒子上。为了获得轰击所需的高能量,使用了加速器,但所需的电势如此之大(约100万伏),几乎不可能制造出能够承受住如此大功率的机器。


相对论性重离子对撞机中两束金离子束的碰撞

欧内斯特·劳伦斯偶然发现了一篇德国论文,该论文表明,振荡电场可以增加粒子的能量。然而,这仍然没有达到足够高的速度,而且加速器必须非常长。劳伦斯意识到可以通过使用磁场弯曲粒子束并迫使它变成螺旋状来改进这个想法。然后每次围绕电极完成一个圆圈,粒子能量就会增加。这将一直持续到最后,这个粒子有足够的能量以极快的速度螺旋出来并进入收集器,或者,目标可以放置在探测器附近最外圈的粒子束路径中。


回旋加速器基本结构图

1930 年,欧内斯特·劳伦斯 (Ernest Lawrence) 建造了第一个直径只有 4 英寸(约10厘米)的回旋加速器。它使用两个 D 形磁铁,以产生一个圆形磁场,它们之间有一个小间隙。交变电场加速粒子并导致圆形路径的半径增加,直到它击中目标。


伯克利实验室科技人员站在60英寸(约152厘米)回旋加速器的磁铁上

劳伦斯继续通过使用更大的电磁体来改进它,直到他达到 100 万电子伏特及以上的电势,其大小需要一整座建筑物来容纳该加速器。

尾注:欧内斯特·劳伦斯因着发明回旋加速器获得了1939年的诺贝尔的物理学奖,是他的弟弟约翰·劳伦斯实现了加速器在医学领域的应用,约翰·劳伦斯因着在核医学领域的工作被称为“核医学之父”。

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