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清洁发电厂的粒子加速器——CERN正在计划LHC的继任者

废水处理 粒子加速器 LHC CERN 靶向治疗
发布:2021-03-22 09:51:39    


大型强子对撞机(LHC)自2008年发射以来就吸引了公众的想象

实验物理学很少成为新闻议程的重点,但是2008年推出的大型强子对撞机(LHC)推动了学术理论的发展,例如寻找希格斯玻色子(也称为“上帝粒子”)成为人们关注的焦点。

现在,欧洲核研究组织(CERN)正在计划LHC的继任者。

新型圆形超级对撞机将紧挨其前身位于瑞士欧洲核子研究组织(CERN),但其大小将近三倍,周长为100公里。未来圆形对撞机(FCC)将从大型强子对撞机中拾取,继续研究世界上最小的粒子。

为促进粒子加速器的这种复兴,美国将获得数十年来的第一个新的对撞机设施,该设施将于2030年左右开始运行。纽约电离对撞机(EIC)的任务之一将是使粒子加速更多。高效节能。

这也将影响实验物理学以外的加速器的使用。像大型强子对撞机一样成功-最终在2012年发现了希格斯玻色子-粒子加速器有多种形状和尺寸。它们的用途广泛,从癌症的放射疗法到废水处理以及电厂的烟道气净化。

 
粒子加速器的使用不限于实验物理学,现在有与能量转换相关的应用

粒子加速器如何工作

粒子加速器通过真空使带电粒子(通常是质子和电子)以增加的速度运动,使其加速到接近光速。

发明了粒子加速器来研究原子核的结构,但是研究导致了多种应用,包括在能源中的应用。加速器可以是圆形的,带有很强的磁体,可以使粒子流围绕一个环流动,也可以是线性的,粒子可以从一端到另一端沿直线移动。

追溯到1930年代,当他们被发明用来研究原子核或原子核的结构时,这些设施已被用于一系列研究目的。但是,随着时间的流逝,这项研究还为加速器创建了许多其他日常应用程序。

如今,从您当地医院到发电厂的任何地方都可以找到该技术。

更有效地治疗癌症

长期以来,线性电子加速一直用于放射疗法中,以产生用于治疗癌症的X射线。最近,质子束和离子束进入了图像,因为它们可以以更高的精确度传递辐射,从而使它们特别有效地治疗某些类型的肿瘤。

离子束疗法已显示可阻止多达90%的患者肿瘤生长。该技术已成为一种公认的治疗方法,尤其是当恶性肿瘤生长在体内深处或对辐射敏感的组织和器官(如脑干,视神经或肠道)附近时,这些辐射可能会因聚焦不足而受损。

同样,强度调制放射疗法(IMRT)是质子束治疗的一种形式,其中还涉及粒子加速器,它同时使用质子和光子来精确地靶向和缩小肿瘤,而不会损坏周围的健康组织。


 离子束疗法已经成为治疗肿瘤的公认方法。

帮助清洁环境

加速器还可以提供一种处理发电和工业产生的废水和烟道气排放的方法,而这是其他任何方法都无法消除的。

随着气候和环境优先事项的增加,使用加速器进行环境清理的想法已经重新回到政策制定者和科学家的议程上。30年前,在美国迈阿密戴德县的一个试点项目确定,用电子处理废水可以去除大量对环境有害的物质,包括化学物质和微生物。在其他项目中,加速器帮助韩国一家纺织厂的废水中的有毒染料清除,并帮助波兰一家发电厂的烟气中的二氧化硫和氮氧化物洗涤。

但是,加速器的成本,规模和复杂性阻碍了该领域的进一步发展。

随着气候和环境优先事项的增加,使用加速器进行环境清理的想法已经重新回到政策制定者和科学家的议程上。

科学门户网站Phys.org报告说,正在开展新的计划,以使加速器技术成为更可行的选择。例如,美国能源部杰斐逊实验室的研究人员正在研究一种便携式加速器,用于环境清洁。它可用于触发化学反应,将氮氧化物和二氧化硫转化为硝酸铵和硫酸铵。这些被用来制造肥料,而氨被列为海洋运输的一种无碳燃料替代品。

 

加速器可帮助您在机场检查行李

可以说,甚至在这些应用之外,粒子加速器已经渗透到我们的日常生活和我们使用的产品中,从使涂料更快干燥到改变宝石的颜色以及在机场检查行李的过程中。

随着新的大型加速器如欧洲的FCC和美国的EIC计划在未来十年内启动,技术将继续发展,诸如此类的大型项目和大型强子对撞机预计将逐步投入使用以改善小型对撞机在工业,医疗保健,能源和许多其他领域。

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