探索加拿大的粒子加速器

萨曼莎·福勒
可读性
10.21

这与我的课程一致如何?

粒子加速器有惊人的应用——从种植食物到使飞机安全。

你在地面上可能不知道,但全国各地的地下室深处都有粒子加速器。粒子加速器可能听起来像科幻小说,但它们在现实生活中的应用已经出现了。他们的创新工作正在加速加拿大的前进。

什么是粒子加速器?

一个粒子加速器是一种推动带电粒子的机器。带电粒子可能包括电子、质子或离子。加速器以接近光速的速度推动粒子。这是用电磁力在加速器内产生。电磁力包括电场加速粒子和磁场这使他们引向了。

加速器的功能决定了其尺寸和形状。它的越大,它可以加速粒子越快。这允许研究人员进行许多不同类型的实验。但大型加速器非常昂贵。有时需要小的粒子加速器。

测试辐射对飞机的影响

从加拿大的粒子加速器出发再合适不过了TRIUMF.这是位于不列颠哥伦比亚省温哥华的加拿大国家粒子加速器中心。凯旋的科学家们专注于粒子物理学核物理学.他们的工作在许多领域都有应用,包括航空。

科学家在凯旋实验室做实验
科学家在凯旋实验室做实验Flickr.).]

论坛& NIF是凯旋公司的质子和中子辐照设施。在这里,科学家们使用强烈的质子和中子束来模拟具体的几周、几个月或几年的时间放射性环境。

我们不断受到银河系辐射的轰击宇宙射线太阳高能粒子和地球的辐射带.当你离开地球表面时,这种辐射会变得更加强烈。这是因为没有足够的大气来保护你。例如,在巡航高度时,辐射可能在飞机上的近600倍。,而不是在地面上。

这可能对设备产生很大影响。它可以降低计算机芯片的效率。所以,像波音和思科系统这样的公司带来他们的航道,微电子和通信设备到凯旋。在那里,它被回旋粒子加速器的中子束轰击。这使得科学家可以测试辐射对设备的长期影响。

凯旋加速器
凯旋粒子加速器(来源:凯旋实验室Flickr.).

帮助农作物承受了气候变化

加拿大的光源(CLS)在萨斯喀彻温省的萨斯卡通使用了一种不同类型的粒子加速器:a同步rotron..在同步加速器里,电子是由无线电波.磁铁推动这些电子产生明亮的、高度聚焦的光。这种光直接照射到小型实验室。在那里,研究人员观察光和不同材料之间的相互作用。

CLS的一位研究员说Na刘.刘研究气候变化对农业的影响。随着我们的气候变化,农民和科学家将需要改变他们的工作方式。这将是必要的,以便继续增加相同数量的食物。刘正在学习环境压力如何影响植物。这将有助于农民知道要期待什么。

刘研究一种叫做拟南芥.不同的拟南芥植物在不同的条件下生长。一些人用有限的水来模拟干旱。刘利用CLS的光研究了这些植物的叶子。这让刘了解到正常的植物与那些遭受干旱胁迫的植物有何不同。

拟南芥neglecta
拟南芥neglecta(来源:Jerzy Opioła维基共享).

使用CLS的优点是,科学家可以在分子水平上了解材料的结构和化学性质。他们可以迅速做到这一点,而不损害他们。

用放射疗法治疗癌症

有时,破坏正是科学家们在寻找的。位于安大略省滑铁卢的大河区域癌症中心是加拿大许多使用粒子加速器的医院之一外部放射治疗

线性加速器(LINAC)用来产生辐射,破坏癌细胞.直线加速器产生高能电子与原子碰撞重金属目标。这产生了高能量的X射线与病人肿瘤的形状一致.医学物理学家将这些射线对准肿瘤以阻止其生长并杀死其细胞。这种治疗使肿瘤周围的正常(非癌)组织不受损害。

用于治疗癌症的小线性加速器
用于治疗癌症的小型线性加速器(来源:cateyeperspective通过iStockphoto).

在当地生产救生粒子

东方健康在圣约翰,纽芬兰和拉布拉多开始使用新的回旋加速器在2020年。这个生产医疗放射性同位素诊断成像。

你知道吗?

一个同位素是一种中子数与正常原子不同的原子。一个放射性同位素是一个不稳定的同位素。这些具有多余的中子或能量,可以随着时间的推移而变成其他元素。

回旋加速器通过粒子束与目标碰撞产生放射性同位素。这种碰撞通过失去中子使一个原子变成另一个原子。

例如,轰击-100(含有100个中子的元素光子生产钼-99(只有99个中子)。这种强大的新同位素非常不稳定。钼-99衰变再失去一个质子,它就变成锝99 m.锝-99m在加拿大每天被用于超过5500次的医疗扫描。

生产医疗放射性同位素的能力局部节省时间和生命。大多数医院依赖于他们的医疗放射性同位素的少数核反应堆。这是不可靠的。如果出现问题,可能会突然出现严重的短缺

粒子加速器是一种更可靠、更有效的生产医用放射性同位素的方法。科学家们现在正试图设计出更小、更便宜、更便于在医院使用的加速器。这意味着医生可以立即使用医用放射性同位素,进行救生程序。

加拿大对世界的影响

加拿大粒子加速器也有助于国际物理界。这里的科学家继续为此进行重大贡献欧洲核子研究中心.CERN是瑞士日内瓦的一个粒子物理中心。它拥有世界上最大的粒子加速器,称为大型强子对撞机(LHC)。

大型强子对撞机以发现希格斯玻色子——绰号“上帝粒子”。科学家们已推论出这种神秘粒子的存在。但直到2012年7月4日才有人看到阿特拉斯的实验检测到的粒子。

ATLAS探测器是迄今为止建造的最大、最复杂的科学仪器之一。它的探测器可以让研究人员研究粒子的行为,无论是粒子本身还是碰撞过程。但这些探测器是如此巨大,需要国际合作。世界各地的科学家帮助建立它们,并跟踪它们产生的数据。

研究人员在加拿大有助于ATLAS检测器的设计,加工,装配和构造。加拿大也是其中的一部分全球LHC计算网格.凯旋中心是九个国际一级数据中心之一,科学家们在这里收集和处理ATLAS探测器的数据。

粒子加速器是理解物理世界改善人类健康和安全的关键。这些加拿大的加速器只是这些机器对我们生活的巨大影响的几个例子。

起点

相关的连接和

  • 哪个粒子加速器离你住的地方最近?
  • 你认识做过放射治疗的人吗?这是干什么用的?

相关的连接和

  • 哪个粒子加速器离你住的地方最近?
  • 你认识做过放射治疗的人吗?这是干什么用的?

将科学和技术与社会和环境联系起来

  • 为什么在加拿大的不同地方有粒子加速器(如回旋加速器)是重要的?
  • 粒子科学领域资金研究有哪些好处?
  • 加拿大的科学技术对粒子科学发现有何贡献?

将科学和技术与社会和环境联系起来

  • 为什么在加拿大的不同地方有粒子加速器(如回旋加速器)是重要的?
  • 粒子科学领域资金研究有哪些好处?
  • 加拿大的科学技术对粒子科学发现有何贡献?

探索概念

  • 什么是粒子加速器?
  • 回旋加速器是如何产生放射性同位素的?
  • 大型强子对撞机(LHC)是如何对粒子科学领域做出贡献的?
  • 是什么使线性加速器(LINAC)对治疗各种类型的癌症有用?

探索概念

  • 什么是粒子加速器?
  • 回旋加速器是如何产生放射性同位素的?
  • 大型强子对撞机(LHC)是如何对粒子科学领域做出贡献的?
  • 是什么使线性加速器(LINAC)对治疗各种类型的癌症有用?

科学本质/技术性质

  • 如何像大型特罗龙撞机(LHC)和地图集项目一样的项目如何影响科学的合作?
  • 科学的动态性如何在粒子科学领域证明?

科学本质/技术性质

  • 如何像大型特罗龙撞机(LHC)和地图集项目一样的项目如何影响科学的合作?
  • 科学的动态性如何在粒子科学领域证明?

媒介素养

  • 最近的消息可以在媒体中找到关于粒子科学的吗?描述。
  • 您是否认为加拿大许多人知道加拿大的粒子加速器以及他们如何为科学和社会做出贡献您如何将加拿大科技的这一方面促进到一般人群?

媒介素养

  • 最近的消息可以在媒体中找到关于粒子科学的吗?描述。
  • 您是否认为加拿大许多人知道加拿大的粒子加速器以及他们如何为科学和社会做出贡献您如何将加拿大科技的这一方面促进到一般人群?

教学意见

  • 本文支持与电场、磁场、现代物理、粒子物理、农业、癌症、辐射和医学成像相关的物理、技术与工程、健康、环境科学的教学和学习。介绍的概念包括粒子加速器、同步加速器、线性加速器、回旋加速器、诊断、成像、同位素、中子、放射性同位素、光子和锝-99。
  • 在阅读这篇文章之前,老师可以让学生使用词汇预览利用已有知识和引入新词汇的学习策略。本文的现成词汇预览可在[谷歌文档]和[PDF)格式。
  • 为了在阅读过程中或阅读后巩固学习,教师可以让学生完成一篇文章概念定义网络学习策略为概念粒子加速器。现代概念定义本文的Web再现可用[谷歌文档]和[PDF)格式。
  • 更进一步,教师可以让学生考虑加拿大投资粒子加速器技术的价值Think-Discuss-Decide学习策略回应声明,“科学技术的全球合作意味着加拿大无需投资自己的粒子加速器技术”。随时使用的思考 - 决定本文的再现可用[谷歌文档]和[PDF)格式。

教学意见

  • 本文支持与电场、磁场、现代物理、粒子物理、农业、癌症、辐射和医学成像相关的物理、技术与工程、健康、环境科学的教学和学习。介绍的概念包括粒子加速器、同步加速器、线性加速器、回旋加速器、诊断、成像、同位素、中子、放射性同位素、光子和锝-99。
  • 在阅读这篇文章之前,老师可以让学生使用词汇预览利用已有知识和引入新词汇的学习策略。本文的现成词汇预览可在[谷歌文档]和[PDF)格式。
  • 为了在阅读过程中或阅读后巩固学习,教师可以让学生完成一篇文章概念定义网络学习策略为概念粒子加速器。现代概念定义本文的Web再现可用[谷歌文档]和[PDF)格式。
  • 更进一步,教师可以让学生考虑加拿大投资粒子加速器技术的价值Think-Discuss-Decide学习策略回应声明,“科学技术的全球合作意味着加拿大无需投资自己的粒子加速器技术”。随时使用的思考 - 决定本文的再现可用[谷歌文档]和[PDF)格式。

了解更多

粒子加速器是如何工作的.(2014)

这篇由Energy.gov网站发表的文章用信息图表说明了科学家如何使用粒子加速器来研究亚原子世界。

世界上最大的粒子加速器内部(2016)

这段来自探索新闻的视频包括大型强子对撞机实验的视频和对进行实验的科学家的采访。

希格斯博世

CERN网站上的这一页使用信息图来解释科学家是如何发现希格斯玻色子的。(13分钟)

外部放射治疗

这篇来自加拿大癌症协会的文章为病人提供了不同的外部放射治疗的信息。

世界上最大的回旋加速器内部(2019)

这段来自Linus Tech Tips的视频是对凯旋设施的参观和对那里正在进行的工作的概述。

360°巡回赛:阿特拉斯实验 - 内部核心最大的探测器!(2020)
这个360度的阿特拉斯实验视频之旅让你可以虚拟地参观粒子加速器。

参考文献

加拿大癌症协会。(无日期)。外部放射治疗

加拿大核安全委员会。(2020)。粒子加速器设施

核心。(2020)。阿特拉斯

核心。(无日期)。加速器

核心。(无日期)。希格斯博世

Dotson, b(2014)。粒子加速器是如何工作的美国能源部。

大河医院。(2017年4月30日)。新的治疗设备将于5月1日开始为癌症患者服务

Hoehr C., Bénard, F., Buckley K., et al.(2017)。凯旋公司的医用同位素生产-从成像到治疗。物理Procedia, 90, 200 - 208。DOI:10.1016 / J.PHPRO.2017.09.059

刘,N.,Zhao,L.,Tang,L.等人。(2020)。中红外光谱是一种快速筛选方法,用于选择改变叶子切割蜡的拟南芥基因型。植物细胞环境,43, 662 - 674。DOI: 10.1111 / pce.13691

Lougheed, t(2013)。医用同位素的回旋加速器生产规模扩大。CMAJ,186(11), 947年。DOI 10.1503 / cmaj.109 - 4525

马修斯(2020,3月13日)。帮助农作物抵御干旱和气候变化加拿大的光源。

Merminga, l(2014)。从事加速器物理学的职业.TRIUMF。

梅耶,t.i.(2012, 7月10日)。我们是如何得到希格斯粒子的?TRIUMF。

加拿大的光源。(无日期)。中红外光谱显微镜(中红外)01B1-1

Radiologyinfo.org。(2019)。直线加速器

TRIUMF。(2010年8月25日)。中子辐照设施(NIF)概述

TRIUMF。(2010年8月25日)。论坛& NIF