粒子加速器

粒子運行方式有：直線、迴旋、螺旋、自動穩向機制等。

利用直線加速器加速帶電粒子時，粒子是沿著一條近於直線的軌道運動和被逐級加速的，因此當需要很高的能量時，加速器的直線距離會很長。有什麼辦法來大幅度地減小加速器的尺寸嗎？辦法說起來也很簡單，如果把直線軌道改成圓形軌道或者螺旋形軌道，一圈一圈地反覆加速，這樣也可以逐級諧振加速到很高的能量，而加速器的尺寸也可以大大地縮減。

1930年E.O.勞倫斯在直線加速器諧振加速工作原理的啟發下，提出了研製回旋加速器的建議。勞倫斯建議在回旋加速器里增加兩個半圓形磁場，使帶電粒子不再沿著直線運動，而沿著近似於平面螺旋線的軌道運動，這種改造使得加速器的電場不至於如此之長而導致電場能損失，是一個極富設想的設計發明。1931年建成了第一台回旋加速器，磁極直徑約10厘米，用2千伏的加速電壓工作，把氘核加速到80keV，證實了回旋加速器的工作原理是可行的。在1932年又建成了磁極直徑為27厘米的回旋加速器，可以把質子加速到1MeV。

回旋加速器的電磁鐵的磁極是圓柱形的，兩個磁極之間形成接近均勻分佈的主導磁場。磁場是恆定的，不隨時間而變化。在磁場作用下，帶電粒子沿著圓弧軌道運動，粒子能量不斷地提高，軌道的曲率半徑也不

斷地提高，運動軌道近似於一條平面螺旋線。

兩個磁極之間是真空室。裡面裝有兩個半圓形空盒狀的金屬電極，通稱為“D形電極”。D形電極接在高頻電源的輸出端上，2個D形電極之間的空隙（加速間隙）有高頻電場產生。粒子源安裝在真空室中心的加速間隙中。D形電極內部沒有高頻電場，粒子進入D形電極之內就不再被加速，在恆定的主導磁場作用下做圓周運動。只要粒子迴旋半圓的時間等於加速電壓半周期的奇整數倍，就能夠得到諧振加速。用一個表達式可以表示成：

Tc=KTrt

式中Tc是粒子的迴旋周期，Trt是加速電壓的周期，K應該是奇整數。

這類利用軸向磁場使帶電粒子做迴旋運動，周期性地通過高頻電場加速粒子的回旋加速器又可以分為兩類：

第一類是沒有自動穩相機制的。等時性回旋加速器就是屬於這一類。D形電極間加有頻率固定的高頻加速電場，粒子能量低時，迴旋頻率能保持與高頻電場諧振，而當能量高時，粒子的迴旋頻率會隨著能量的提高而越來越低於高頻電場頻率，最終不能再被諧振加速。為了克服這個困難，可以使磁場沿半徑方向逐步增加，以保持粒子的迴旋頻率恆定。然而磁場沿半徑方向遞增卻又導致粒子束流軸向散開。為解決這一矛盾，60年代初研製成功了扇形聚焦回旋加速器，在磁極上巧妙地裝上邊界彎曲成螺旋狀的扇形鐵板，它可以產生沿方位角變化的磁場，即使加速粒子軸向聚焦，又使磁場隨半徑增大而提高，保證粒子的旋轉頻率不變，即旋轉一周的時間不變，因此被稱為等時性回旋加速器。

第二類是有自動穩相機制的。屬於這一類型的加速器有：（1）穩相加速器；（2）同步加速器；（3）回旋加速器。

軸向磁場保持恆定，而使高頻加速電場的頻率隨著粒子迴旋頻率的降低而同步降低，從而使帶電粒子仍能繼續被諧振加速。這類加速器又名調頻回旋加速器或穩相加速器。採用自動穩相機制以後，在理論上可以將質子加速到無限高的能量，然而由於技術上和經濟上的原因，歷史上最大的穩相加速器的能量只達到700MeV。這一類型的加速器用來加速質子，有的用於加速摻氘核、α粒子甚至氮離子。

它的主導磁場是隨時間改變的以保證帶電粒子在恆定軌道上迴旋。為此，磁鐵做成環形的，可使磁鐵重量減輕。加速電場是交變的，其頻率隨著帶電粒子迴旋頻率的改變而改變，以保證諧振加速。同步加速器既能加速電子，稱為電子同步加速器；又能用於加速質子，稱為質子同步加速器或同步穩相加速器。用於加速重離子的同步加速器，顧名思義應稱為重離子同步加速器。

又稱為微波回旋加速器，專門用於加速電子。這一類型的加速器中，軸向磁場是均勻的，加速電場的頻率也是恆定的，而所不同的是讓加速間隙位於磁極的一端，電子的軌道為一系列與加速間隙中心線相切的圓。圖2.5是電子回旋加速器中電子軌道的示意圖。電子每迴旋一圈，就被加速一次，只要迴旋周期等於加速電壓周期的整數倍，就有可能進行諧振加速。電子回旋加速器的能量都不是很高，最大的也不過幾十MeV，束流強度為30～120微安，大多數用於醫療和射線劑量學等方面。

被加速的粒子以一定的能量在一圓形結構里運動，粒子運行的圓形軌道是由磁偶極（dipole magnet）所控制。和直線加速器(Linac)不一樣，環形加速器的結構可以持續地將粒子加速，粒子會重複經過圓形軌道上的同一點，但是粒子的能量會以同步輻射方式發散出去。

同步輻射是當任何帶電粒子加速時，所發出的一種電磁輻射。粒子在圓形軌道里運動時都有一個向心加速度，會讓粒子持續輻射。此時必須提供電場加速以補充所損失的能量。同步輻射是一種高功率的輻射，加速器將電子加速以產生同相位的X光。

除了加速電子以外也有些加速器加速較重的離子，如質子，以運作更高的能量領域的研究。譬如高能物理對於夸克及膠子的研究分析。

最早的環形加速器為 粒子回旋加速器，1932年由 恩奈斯特·勞倫斯（en:Ernest O. Lawrence）所發明。粒子回旋加速器有一對半圓形（D形）的中空盒子，以固定頻率變換電場，用以加速帶電粒子；以及一組磁偶極提供磁場使運動粒子轉彎。帶電粒子從盒子的圓心地方開始加速，然後依螺旋狀軌跡運動至盒子邊緣。

粒子回旋加速器有其能量限制，因為 特殊相對論效應會使得高速下的粒子質量改變。粒子的核質比與迴旋頻率間的關係因此改變，許多參數需重新計算。當粒子速度接近光速時，粒子回旋加速器需提供更多的能量才有可能讓粒子繼續運行，而這時可能已經達到粒子回旋加速器機械上的極限。

當電子能量到達約十個百萬電子伏特（10 MeV）時，原本的粒子回旋加速器無法對電子再做加速。必須用其它方法，如 同步粒子回旋加速器和 等時粒子回旋加速器的使用。這些加速器適用於較高的能量，而不用於較低的能量。

如果要到達更高的能量，約十億電子伏特（billion eV or GeV），必須使用同步加速器。同步加速器將粒子置於環形的真空管中，稱為儲存環。儲存環有許多的磁鐵裝置用以聚焦粒子以及讓粒子在儲存環中轉彎，用微波（高頻）共振腔提供電場將粒子加速。

帶電粒子在直線中加速，運行到加速器的末端。較低能量的加速器例如陰極射線管及X光產生器，使用約數千伏特的直流電壓（DC）差的一對電極板。在X光產生器的靶本身是其中一個電極。此加速方式由Leó Szilárd提出，最後由Rolf Widerøe在1928年成功做出第一台實驗裝置。較高能的直線加速器使用在一直線上排列的電極板組合來提供加速電場。當帶電粒子接近其中一個電極板時，電極板上帶有相反電性的電荷以吸引帶電粒子。當帶電粒子通過電極板時，電極板上變成帶有相同電性的電荷以排斥推動帶電粒子到下一個電極板。為了能讓粒子持續加速通過，科學家通常會把電極版設計成電極環。所以帶電粒子束加速時，必須小心控制每一個環上的交流（AC）電壓，讓每一個帶電粒子束可以持續加速。由於粒子速度越來越快，要保持電場加速粒子效率，電擊環的長度必須越來越長使電場作用在粒子的時間提高。為了保持粒子運動軌跡的穩定性，通常會使用一連串的四極電磁鐵(Quadrupole magnets)強制讓粒子束往中心方向聚集。

當粒子接近光速時，會由於相對論效應粒子會將電能轉成質能，電場的轉換速率必須變得相當高以抵抗相對論效應，須使用微波（高頻）共振腔來運作加速電場。直線加速器由於高電壓的運作，會使儀器表面有感應電荷存在，這不只會造成實驗誤差更造成安全上的漏電，甚至這些在金屬儀器表面的電能會轉成更危險的熱能，這造成了直線加速器必須有極限電壓以保安全。加上儀器尺寸過大，高電壓運作的電費更是一大負擔。於是在直線加速器之後，科學家基於成本和安全要求發明了回旋加速器(Cyclotron)。 (Ernest Lawrence發明了回旋加速器並在1939年榮獲諾貝爾物理獎)

雖然直線加速器有成本和安全的缺點，但是和現今的粒子加速器比較的話，它還是有高功率(短時間將粒子加速到相對論狀態)和高數量輸出的優點。直線加速器也被稱為Linac（LinearAccelerator的簡稱）。

北京正負電子對撞機

北京正負電子對撞機是一台可以使正、負兩個電子束在同一個環里沿著相反的方向加速，並在指定的地點發生對頭碰撞的高能物理實驗裝置。由於磁場的作用，正負電子進入環后，在電子計算機控制下，沿指定軌道運動，在環內指定區域產生對撞，從而發生高能反應。然後用一台大型粒子探測器，分辨對撞后產生的帶電粒子及其衍變產物，把取出的電子信號輸入計算機進行處理。它始建於1984年10月7日，1988年10月建成，包括正負電子對撞機、北京譜儀（大型粒子探測器）和北京同步輻射裝置。

北京正負電子對撞機的建成，為中國粒子物理和同步輻射應用研究開闢了廣闊的前景。它的主要性能指標達到80年代國際先進水平，一些性能指標迄今仍然是國際同類裝置的最好水平。而且中美科學家還於2003年7月30日在北京正負電子對撞機上首次發現一個新粒子，中美科學家合作分析研究從對撞機上得到的5800萬個J粒子事例的數據時，發現了這個新的短壽命粒子。這可能是幾十年前由科學家費米和楊振寧預言的多夸克態粒子。

上海同步輻射光源

上海光源是一台高性能的中能第三代同步輻射光源，它的英文全名為Shanghai Synchrotron Radiation Facility，簡稱SSRF。它是中國迄今為止最大的大科學裝置和大科學平台，在科學界和工業界有著廣泛的應用價值，每天能容納數百名來自全國或全世界不同學科、不同領域的科學家和工程師在這裡進行基礎研究和技術開發。

蘭州重離子加速器

蘭州重離子加速器蘭州重離子加速器是中國自行研製的第一台重離子加速器，同時也是我國到目前為止能量最高、可加速的粒子種類最多、規模最大的重離子加速器，是世界上繼法國、日本之後的第三台同類大型回旋加速器，1989年H月投入正式運行，主要指標達到國際先進水平。中科院近代物理研究所的科研人員以創新的物理思想，利用這台加速器成功地合成和研究了10餘種新核素。

合肥同步輻射裝置

中國科學技術大學國家同步輻射實驗室 合肥同步輻射裝置主要研究粒子加速器后光譜的結構和變化，從而推知這些粒子的基本性質。它始建於1984年4月，1989年4月26日正式建成，經過兩次改造，迄今已建成數十個個實驗站，接待了大量國內外用戶，取得了一批有價值的成果。

世界上最大、能量最高的粒子加速器——大型強子對撞器（Large Hadron Collider，簡稱LHC）

大型強子對撞器(Large Hadron Collider，LHC），是一座位於瑞士日內瓦近郊歐洲核子研究組織CERN的粒子加速器與對撞機，作為國際高能物理學研究之用。(全球定位點：北緯46°14′00″，東經6°03′00″46.233333333333;6.05) LHC已經建造完成，北京時間2008年9月10日下午15：30正式開始運作，成為世界上最大的粒子加速器設施。但在2008年9月19日，LHC第三與第四段之間用來冷卻超導磁鐵的液態氦發生了嚴重的泄漏，導致對撞機暫停運轉。LHC是一個國際合作的計劃，由34國超過兩千位物理學家所屬的大學與實驗室，所共同出資合作興建的。

激光粒子加速器

美國科學家Tomas Plettner在出版的《物理評論快報》上報告，他和斯坦福大學、斯坦福線形加速器中心（SLAC）的同事一起，用一種波長800納米的商用激光調節真空中運行的電子的能量，獲得了和每米遞減4千萬伏的電場一樣的調製效果。這一技術有望發展成新型激光粒子加速器，用來將粒子加速到Tev（萬億電子伏）的量級。

傳統的加速器必須做成幾百米甚至更長的龐然大物，以將粒子能量提升到粒子物理學家所需的程度。幾年來，科學家發展出一種主要基於激光等離子體的技術，可獲得比傳統加速器更高的加速梯度，從而為縮短加速度的長度帶來可能。然而，之前的一些技術往往導致同步加速器的輻射損失或降低粒子束的質量，限制了其對粒子物理學家的吸引力。

斯坦福大學研究小組開發的新方法，在用激光束加速的同時，施加一個和激光同向的縱向電場，形成疊加的加速效果。電子獲得的能量自然等於縱向電場和激光束單獨作用施加能量之和。該裝置在真空中加速電子，而不是在複雜得多的等離子體環境中。

在自然空間，激光的相位速度——單一波長光的傳播速度——比電子的速度低，因此不會影響加速效果。然而，Plettner和同事用一種鍍金的帶狀聚合物，在電子束和光束互相作用的點上設置一條“邊界線”；該線減輕了電子束和光束之間的相互影響，使兩者之間產生電子加速所需的能量交換，從而克服了這個問題。

“這項工作最初、最主要的動機是想探索開發粒子加速器的可能性，從而把現有直線加速器的長度縮減一個數量級。”Plettner說，“這將導致碰撞能達1Tev甚至更高的‘緊湊’型高亮度輕子碰撞的出現。”據悉，新方法還可能導致小型X射線源技術的發展。

高能加速器條件下的有關物質結構的研究，本質上是有關自然狀態下自然能團（或能簇、能子）之間的能態在量方面的相對變（轉化）關係。

從弧理論的觀念來看，利用高能加速器等方法來轟擊類弧子結構（原子）的條件下，可得到弱相互作用關係：1、對稱理論（普遍的對稱性理論）2、非對稱性理論，特殊條件下得之。如果轟擊能子（弧合子，次原子結構），則得到強相互作用關係：漸近自由 理論等。

為什麼？

上述兩種作用均發生在能態層面而非物質態的層面；屬能簇與能簇之間的關係。

弱相互作用：任何外來能團轟擊類弧子結構時，沿時軸方向進入類弧子（從能量到能量）時，外加能量在進入類弧子結果體時，便會發生弧合作用而產生出對稱弧合，對外顯示出釋放了兩個旋向相反，質量相等能團，即對稱性弧合反應。外加能量的能量級被限制在被轟擊的類弧子的時軸的能量（假設等於1）範圍內：小於0，大於1時，均不能產生出成對的能粒子。只有在< 1, >0 的條件下，才可以生成亞粒子；在此層面上可以產生出許多亞粒子，理論上是無限多。

非對稱弱相互作用：如果外加能量與類弧子的空間軸水平進入系統時，由於時間軸在空間軸上的非對稱性（1/3），所有弱相互作用均發生在類弧子結構的能量交換過程中，本質上是對自然本在能態的一種人工擾動，並非是物質的結構性改變。類弧子結構是一種能態轉化過程中的普遍存在的剛性結構。當外加能量進入時，這些外加能量就被“訓化”了，形成適當的次粒子並被釋放出來。這些過程是可以反覆和重演的。一切自然能態在其能量發生相互轉化時的唯一結構體，即類弧子體。弱相互作用實際上是人工條件下對類弧子體的干擾性的物理學觀察結果。自然能態猶如平靜的湖面，人為的力量弄起了幾絲漣紋；當這些人工干擾停頓 時，自然能態將恢復如初，並未發生絲毫的改變。人們總結出來的理論或規律，僅僅是有關那幾絲漣紋的觀察結果。對於自然的能本態或物質性結構仍是一無所知。

與此不同的強相互作用則全部發生在能態的能子層面（狀態）。能子狀態的統一結構體，即絕對弧子。其時空軸絕對同一，組成絕對弧合子的最小能量子單位，現代人稱為強子。強相互作用就是研究絕對弧合子能量單元之間的關係。這裡，要求人工能量要有極高的能級狀態，使用很高能量時才能激發這種相互作用。強相互作用對外不顯示任何新粒子產生或亞粒子對產生；也就是說，如果產生的話，則是碰撞能量的轉化形式。怎樣轉化僅僅取決於絕對弧合子吸收人工外加能量的量值。通常情況下不產生。多以光子形式被釋放掉，壽命極短。

絕對弧子好比布滿麻點的皮球，其麻點對應最小能單位，在無外加能量時，每個麻點的“位置”是同一的，即自由的，任意方位均可“看”到同一個麻點的存在。對其施加外力（外加能量）時，球面將會發生塌陷，此時塌陷邊緣上對稱的麻點發生對稱性的背離運動，似乎被分開了。由於絕對弧子自身的穩定性，也即對人工能量的排斥性，看起來似乎是兩個麻點拚命想恢復原狀，給的力越大，凹陷越大，回彈性就越強；凹陷越小，回彈性越弱，按照現代物理學的觀點理解，即漸近自由。這些實為假象（人工製造的假象）。

概括而論，弱相互作用及其規律以及強相互作用及其規律，例如楊振寧等的非對稱性弱相互作用理論和戴維·羅斯、戴維·利策和弗蘭克·爾切克等的強相互作用理論，漸近自由理論都是建立在人工作用條件下的，描述自然本態在被干擾時所發生現象的物理認識理論，而非自然本態的物理理論。其根本錯誤在於自然認識觀是錯誤的，唯有弧理論可以正確概括和闡述各種自然的本在態結構。

從20世紀30年代到50年代後半期的20年時間裡，加速器的能量增加了幾百倍到幾千倍。這是因為要發現基本粒子。除了到宇宙線中去尋找外，就得到原子核內部去尋找。原子核內部存在非常強大的作用力，即：核力(nuclear force)把基本粒子緊緊地結合在一起，因此研究基本粒子需要很大的能量。隨著加速器能量的增加，在實驗室中所發現的基本粒子數目也增多了。

粒子加速器的規模已有小於一個大型機器製造廠，其用電量相當於一個中等城市，工作人員可達數千人，有宇宙粒子製造廠之稱。但是，儘管今日粒子加速器能量已經夠大的了，可它仍然遠遠不能適應探索原子奧秘的要求，因此隨著人們對原子奧秘探索的深入，粒子加速器仍會不斷地改進。

為止，粒子加速器的最高能量是由歐洲大型強子對撞機LHC產生的。兩束能量為3.5Tev的質子束相互碰撞，能量高達7TeV。

應用加速器產生的電子束或X射線進行輻照加工已成為化工、電力、食品、環保等行業生產的重要手段和工藝，是一種新的加工技術工藝。它廣泛應用於聚合物交聯改性、塗層固化、聚乙烯發泡、熱收縮材料、半導體改性、木材-塑料複合材料製備、食品的滅菌保鮮、煙氣輻照脫硫脫硝等加工過程。

經輻照生產的產品具有許多優良的特點，例如：輻照交聯聚乙烯電纜經105Gy劑量輻照后，其電學性能、熱性能都有很大提高，使用溫度輻照前為60~70℃，輻照后長期使用溫度可達120℃以上。我國已有用加速器進行輻照加工的生產線200多條。

無損檢測就是在不損傷和不破壞材料、製品或構件的情況下，就能檢測出它們內部的情況，判別內部有無缺陷。現代無損檢測的方法很多，例如：超聲波探傷法、渦流探傷法、熒光探傷法及射線檢測法等。射線檢測法即可檢查工件表面又可檢查工件內部的缺陷。設備可以採用放射性同位素Co60產生的γ射線、X光機產生的低能X射線和電子加速器產生的高能X射線。尤其是探傷加速器的穿透本領和靈敏度高，作為一種最終檢查手段或其它探傷方法的驗證手段及在質量控制中，在大型鑄鍛焊件、大型壓力容器、反應堆壓力殼、火箭的固體燃料等工件的缺陷檢驗中得到廣泛的應用。這種探傷加速器以電子直線加速器為主要機型。

射線檢測的方法根據對透過工件的射線接受和處理方法的不同，又可把射線檢測法分為三種：

a、射線照相法

這種方法與我們體檢時拍X光膠片相似，射線接受器是X光膠片。探傷時，將裝有X光膠片的膠片盒緊靠在被檢工件背後，用X射線對工件照射后，透過工件的射線使膠片感光，同時工件內部的真實情況就反映到膠片的乳膠上，對感光后的膠片進行處理后，就可以清楚地了解工件有無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器或熒光增感屏。前者就是清華大學和清華同方共同研製生產的大型集裝箱檢查系列產品。後者就是用於機場、鐵路的行李、包裹的X射線安檢系統，也可用於工業的無損檢測。這種方法配以圖像處理系統可以在線實時顯示物品內部的真實情況。

c、工業CT

與醫用CT原理類似，CT技術即計算機輔助層析成像技術。選用加速器作為X射線源的CT技術是一種先進的無損檢測手段，主要針對大型固體火箭發動機和精密工件的檢測而發展起來。它的密度解析度可達0.1%，比常規射線技術高一個數量級。在航天、航空、兵器、汽車製造等領域精密工件的缺陷檢測、尺寸測量、裝配結構分析等方面有重要的應用價值。

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、化學及電學性能。半導體器件、金屬材料改性和大規模集成電路生產都應用了離子注入技術。我國現擁有各類離子注入機100多台。其中我國自己累計生產出140多台離子注入機，能量為150KeV~600KeV（1KeV=1×103eV），流強為0.5mA到十幾mA。

1.2 低能加速器在農業中的應用

作為核技術應用裝備的加速器在農業上的應用，在一些國家普遍使用已有明顯經濟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用，主要是利用它產生的高能電子、X射線、快中子或質子照射作物的種子、芽、胚胎或穀物花粉等，改變農作物的遺傳特性，使它們沿優化方向發展。通過輻射誘變選育良種，在提高產量、改進品質、縮短生長期、增強抗逆性等方面起了顯著作用。馬鈴薯、小麥、水稻、棉花、大豆等作物經過輻照育種后可具有高產、早熟、矮桿及抗病蟲害等優點。

2)輻照保鮮

輻照保鮮是繼熱處理、脫水、冷藏、化學加工等傳統的保鮮方法之後，發展起來的一種新保鮮技術。例如，對馬鈴薯、大蒜、洋蔥等經過輻照處理，可抑制其發芽，延長貯存期；對乾鮮水果、蘑菇、香腸等經過輻照處理，可延長供應期和貨架期。

3)輻照殺蟲、滅菌

在農產品、食品等殺蟲滅菌普遍使用化學熏蒸法，由於使用溴甲烷、環氧乙烷等化學熏蒸法引起的殘留毒性、破壞大氣臭氧層等原因，根據蒙特利爾公約，到2005年要在全球範圍內禁止使用溴甲烷。因而利用加速器進行農產品、食品等輻照殺蟲、滅菌得以迅速發展。利用加速器產生的高能電子或X射線可以殺死農產品、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生檔次和附加值。

隨著科學技術的進步，人民生活和質量的提高，人們對醫療衛生條件提出了更高的要求。而加速器在醫療衛生中的應用促進了醫學的發展和人類壽命的延長。目前，加速器在醫療衛生方面的應用主要有三個方面，即放射治療、醫用同位素生產以及醫療器械、醫療用品和藥品的消毒。

1) 放射治療

用於惡性腫瘤放射治療（簡稱放療）的醫用加速器是當今世界範圍內，在加速器的各種應用領域中數量最大、技術最為成熟的一種。

用於放療的加速器由50年代的感應加速器，到60年代發展了醫用電子回旋加速器，進入70年代醫用電子直線加速器逐步佔據了主導地位。，世界上約有3000多台醫用電子直線加速器裝備在世界各地的醫院裡。

除了應用加速器產生的電子線、X射線進行放療外，還可應用加速器進行質子放療、中子放療、重離子放療和π介子放療等，這些治癌方法還處在實驗階段，實驗的結果表明，療效顯著。但這些加速器比電子直線加速器能量高得多，結構複雜得多，價格昂貴得多，尚未普及。

利用電子直線加速器開展立體定向放療，俗稱X—刀，發展的新的放療技術。這種技術與常規放療相比，可多保護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胞，從而增加放療療效。

60年代我國醫院裝備了醫用感應加速器，70年代中期醫用電子直線加速器開始裝備我國各地醫院。截止到2000年初，我國已擁有各種能量的醫用加速器約530台，其中國產醫用加速器約250台，進口醫用加速器約300台。

現代核醫學廣泛使用放射性同位素診斷疾病和治療腫瘤，已確定為臨床應用的約80種同位素，其中有2/3是由加速器生產的，尤其是缺中子短壽命同位素只能由加速器生產。這些短壽命同位素主要應用在以下方面：

a、正電子與單光子發射計算機斷層掃描—PET與SPECT

PET是由病人先吸入或預先注射半衰期極短的發射正電子的放射性核素，通過環形安置的探測器從各個角度檢測這些放射性核素髮射正電子及湮滅時發射的光子，由計算機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製備的。最短的半衰期核素如15O僅為123秒，一般為幾分鐘到1小時左右。所以，這種加速器一般裝備在使用PET的醫院裡。生產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廠開發研製。，國外幾個加速器生產廠家生產的小回旋加速器已達到幾十台。

b、圖像獲取

利用放射性核素進行閃爍掃描或利用γ照相獲取圖像的方法，可以診斷腫瘤、檢查人體臟器和研究它們的生理生化功能和代謝狀況，獲取動態資料。例如201Tl用於心肌檢查，對早期發現冠心病和心肌梗塞的定位等是最靈敏的檢查手段。而這些放射性核素絕大部分也是由加速器生產的。

利用加速器對醫用器械、一次性醫用物品、疫苗、抗生素、中成藥等的滅菌消毒是加速器在醫療衛生方面應用的一個有廣闊前途的方向。與前面介紹加速器在食品中的殺蟲、滅菌道理一樣，可取代應用的高溫消毒、化學消毒等方法。但滅菌需要的射線劑量要大於殺蟲所需的劑量。

粒子加速器（particle accelerator）是用人工方法產生高速帶電粒子的裝置。日常生活中常見的粒子加速器有用於電視的陰極射線管及X光管等設施。是探索原子核和粒子的性質、內部結構和相互作用的重要工具，在工農業生產、醫療衛生、科學技術等方面也都有重要而廣泛的實際應用。自E.盧瑟福1919年用天然放射性元素放射出來的a射線轟擊氮原子首次實現了元素的人工轉變以後，物理學家就認識到要想認識原子核，必須用高速粒子來變革原子核。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10^14電子伏特（ eV ）的粒子每小時在 1平方米的面積上平均只降臨一個，而且無法支配宇宙射線中粒子的種類、數量和能量，難於開展研究工作。因此為了開展有預期目標的實驗研究，幾十年來人們研製和建造了多種粒子加速器，性能不斷提高。在生活中，電視和X光設施等都是小型的粒子加速器。

應用粒子加速器發現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，並系統深入地研究原子核的基本結構及其變化規律，促使原子核物理學迅速發展成熟起來，從而建立粒子物理學。近20多年來，加速器的應用已遠遠超出原子核物理和粒子物理領域，在諸如材料科學、表面物理、分子生物學、光化學等其它科技領域都有著重要應用。在工、農、醫各個領域中加速器廣泛用於同位素生產、腫瘤診斷與治療、射線消毒、無損探傷、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以千計的粒子加速器，其中一小部分用於原子核和粒子物理的基礎研究，它們繼續向提高能量和改善束流品質方向發展；其餘絕大部分都屬於以應用粒子射線技術為主的“小”型加速器。