2025-09-17 11:40
如果您曾经在医院做过正电子发射断层扫描（PET），或者听说过癌症或脑肿瘤的放射治疗，那么很有可能涉及回旋加速器。
但什么是回旋加速器，它是如何使用的呢？让我们分解一下。
回旋加速器是一种粒子加速器。它使用磁场和电场将质子或离子等带电粒子加速到非常高的速度。这使得粒子能够与靶材碰撞，通过核反应产生放射性同位素。
放射性同位素有多种用途，包括用于救生治疗、科学研究甚至清洁能源技术。
回旋加速器是1931年由美国物理学家欧内斯特·劳伦斯和他的学生斯坦利·利文斯顿在加州大学伯克利分校发明的。他们早期的原型虽然只有大约10厘米宽，但已经能够将粒子加速到很高的能量水平。劳伦斯的开创性工作为他赢得了1939年诺贝尔物理学奖。
回旋加速器是如何工作的？
这个过程始于正离子或负离子等带电粒子被注入回旋加速器的中心，在那里它们开始以螺旋路径向外运动。
回旋加速器内部有两个空心D形金属电极，称为“dee”，放置在一个大磁铁的两极之间。磁场迫使粒子进入圆形路径，而每当粒子穿过两个dee之间的间隙时，交变电场就会增强粒子的能量。随着粒子获得速度和能量，它们继续向外螺旋。
一旦粒子到达回旋加速器的外缘，它们就会被导向一个靶。当加速粒子与靶碰撞时，它们能够引起核反应，产生放射性同位素。
回旋加速器已发明近一个世纪，但由于其可靠性、效率和多功能性，需求仍然很大。
回旋加速器和其他粒子加速器有什么区别？
虽然所有粒子加速器都有一个共同的目标——提高粒子的能量，但它们实现这一目标的方式不同。
回旋加速器使用恒定磁场和交变电场沿螺旋路径加速粒子。螺旋设计是回旋加速器的主要优势之一，这使得能够在相对较小的空间内连续加速。因此，回旋加速器通常比其他加速器更小，通常只有房间大小，而且价格更便宜。它们可以安装在医院或大学实验室中，而不需要庞大的设施?；匦铀倨饕卜浅Ｊ屎仙窖С上窈桶┲⒅瘟扑璧奶囟ɡ嘈头派湫酝凰?，以及研究或工业中的其他本地化应用。
相比之下，直线加速器使用一系列电场推动粒子沿直线运动。虽然直线加速器的设计可能更简单，但它们通常需要更多的空间来达到与回旋加速器相同的能量水平。直线加速器通常用于放射治疗，使用精确的定向辐射束治疗肿瘤。
另一种类型的加速器是同步加速器，这是一种见于国家研究中心的更大、更复杂的机器。像回旋加速器一样，它们引导粒子沿圆形路径运动，但具有可变的磁场和射频加速度。这些机器可以达到极高能量，因此适用于粒子物理学、材料科学甚至药物开发领域的研究。然而，由于其尺寸和成本，它们通常由国家或国际研究中心使用，而不是由医院或小型实验室使用。
虽然它们各自发挥着重要作用，但回旋加速器仍然是常规医疗应用中部署最广泛和最用户友好的加速器。
回旋加速器如何用于疾病诊断和治疗？
回旋加速器推动着改善我们日常生活的许多工具、治疗和发现。它们体积小、效率高、相对容易操作，是生产医用放射性同位素的理想选择；发射辐射的不稳定原子被用于诊断和治疗癌症。
放射性同位素生产的一个重要考虑因素是同位素的有效寿命，即它们在生产后保持放射性和适合医疗用途的时间。
用于治疗的放射性同位素通常拥有持续几天的半衰期，使它们能够有效地杀死癌细胞。它们也可以在这么短的时间内从生产现场运到医院和治疗中心。
相比之下，其他诊断性同位素的半衰期极短，这意味着它们在几小时内迅速衰变失去效力，并且不能远距离运输。
回旋加速器之所以有价值，是因为它们可以在现场或附近生产同位素，确?；颊叩玫娇焖?、准确的诊断和及时的治疗。
医学成像
这些扫描有助于医生在早期阶段高精度地检测癌症、阿尔茨海默氏症等疾病和心脏病等心血管疾病。早期检测可改善诊断并有助于更好的治疗规划。
癌症治疗
回旋加速器还通过生产用于放射性核素靶向治疗的特殊放射性药物来帮助治疗癌症。在这种类型的治疗中，辐射直接传送到癌细胞，这有助于摧毁癌细胞，同时最大限度地减少对健康组织的损害。
目前如何使用回旋加速器？
回旋加速器在现代基础设施、医疗保健和研究中发挥着至关重要的作用。
如今，有数千台回旋加速器在世界各地特别是医院、癌症中心和研究机构运行。随着对正电子发射断层扫描和单光子发射计算机断层扫描（SPECT）等非侵入性诊断工具的需求增加，对回旋加速器和寻求生产无铀放射性同位素的研究设施的需求也在增加。
以前，许多医用放射性同位素是在核反应堆中使用铀生产的，这一过程会产生长寿命放射性废物，并引起安全和安保关切。为了找到更清洁、更安全的方法来生产这些重要材料，各国正在转向无需使用铀就能制造放射性同位素的回旋加速器。
新一代紧凑型低能耗回旋加速器使较小的医院和机构有可能利用这项技术。研究人员继续探索放射性同位素在环境科学、材料工程和国土安全方面的新用途。
虽然自20世纪30年代以来，回旋加速器背后的核心原理一直未变，但这项重要技术仍在不断发展和适应21世纪的需要。
