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，可以用汽車拉著來回跑；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�；ㄙM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，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行，在電場作用下獲得能量，不斷加速。1931年，美國物理學家范德格拉夫發(fā)明了靜電高壓加速器�，F(xiàn)在人們利用光學顯微鏡、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�，F(xiàn)在，加速器的應用已遠遠超出了基礎(chǔ)研究范圍，在國民經(jīng)濟建設(shè)和國防建設(shè)中，都有著十分廣泛的應用。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、感應電場類、射頻電場類加速器。

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

 

                        

    HI-13 串列加速器                                             強流質(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�，F(xiàn)在，瑞士、美國、俄羅斯都制造了超大型加速器。

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

3．離子注入機是什么

離子注入機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，使材料的化學成分或組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，引起電學、磁學、光學、機械性能和化學性能的改變。

20世紀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80年代，離子注入技術(shù)應用于超大規(guī)模集成電路生產(chǎn)�，F(xiàn)在，全世界用于集成電路生產(chǎn)的離子注入機已有三千多臺，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，以各種對撞機和同步輻射裝置為代表，正向更高能量、更高流強發(fā)展，主要為高能物理和科學研究服務。科學家們用加速器發(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用外，在國民經(jīng)濟中也有許多應用。高能加速器還擴展到同步輻射光源、大功率散裂中子源、新一代能源等許多方面的應用。

另一類發(fā)展主流是低能強流加速器，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�，F(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。

加速器的應用舉例

領(lǐng)域	應 用 舉 例
研究應用	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)應用	消毒滅菌，探傷，安檢，超精細加工，高靈敏度分析，聚合物改性，制造復合新材料，涂料固化，材料改性，培育新品種等
醫(yī)療應用	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
國防應用	核爆模擬，閃光照相，電子學器件輻射加固，輻射劑量校準，無損檢測導彈炮彈等

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�，F(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。

現(xiàn)在，加速器已成為研究核物理、粒子物理、高能物理，認識微觀世界的強大實驗手段�？茖W家們在用加速器制造高能量、高強度的粒子束，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)濟的拓展應用，推動著低能加速器的快速發(fā)展。