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重离子加速器的多领域应用

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前沿科技 重离子加速器
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现代科学发展很大部分都依赖于基础研究的进步,重离子加速器,在世界科技发展史上就扮演了一个极其重要的角色。

从建造过程到实验终端,重离子加速器能带领一大批学科发展,派生很多全新技术。这一“科学重器”不仅被应用在航天领域,在材料物理、生物农业、医疗等领域也是大放异彩,有着新原理、新技术、新方法、新工艺“创新摇篮”的美誉。

为中国航天元器件保驾护航

今年7月23日,我国首次发射火星探测器“天问一号”。“天问一号”的轨道飞行器和火星巡视车搭载的科学载荷,要在太空成功“存活”并不容易,很可能受离子辐射而出现翻转失控、数据和图像无法传输等情况。因此在升空前,它们的元器件都需要在单粒子效应地面模拟实验平台进行离子检测。要建设这一平台,必须利用一种科学重器——重离子加速器。

中国科学院近代物理研究所加速器中心主任、研究员杨建成在采访中表示,太空中存在许多高能离子,如果这些离子打到芯片上和敏感的元器件上,就会造成航天器的失控、失灵和报废,因此在航天器发射上天前,重离子加速器可帮助检测其元件的可靠性。

依托兰州重离子加速器大科学装置,科研人员建造了具有国际一流技术指标单粒子效应地面模拟装置,更好地为中国航天元器件保驾护航,保护航天器的在轨安全,避免了高能宇宙射线对上天的卫星及其所携带的电子设备和宇航员健康的伤害。

可精准治疗癌症

科学技术的初心是造福人类。重离子加速器治癌也亮出了成绩单。

甘肃武威重离子中心治疗室有一台为肿瘤患者进行碳离子放疗的重离子治疗肿瘤专用装置(即医用重离子加速器/碳离子治疗系统)。

与常规放疗射线相比,重离子在人体中的剂量损失集中于射程末端,在剂量随射程分布曲线末端形成高剂量的布拉格峰。通过调节入射离子的能量和方向,可使布拉格峰精准轰击肿瘤靶区,精度达毫米量级,而对沿途和周围健康组织的损伤最小。

杨建成介绍,兰州重离子加速器建成后,科研团队就开始开展重离子治癌装置的研究,并与医院开展相关科研合作。研究表明重离子穿透正常组织打到肿瘤上,可以造成癌细胞DNA的双键断裂,造成癌细胞死亡,特别适合治疗某些肿瘤和不宜手术的肿瘤患者,其安全性和有效性也比常规放疗要高。

可对农作物辐照诱变育种

在培育新植物方面,重离子也有着突出的作用。重离子加速器产生的辐射,能够大大加强种子突变率,且突变的范围非常大,可以产生更多高产、抗病虫害、耐高寒种子。

早在2014年的时候,中科院近代物理所就已经开始利用重离子加速器辐照诱变育种,引种选育甜高粱品种,帮助贫困地区发展养殖业。

杨建成介绍,重离子辐照诱变育种就是把种子的细胞打个半死,通过控制重离子的辐照剂量来完成,造成种子里部分细胞的DNA的双键断裂,通过错修复可以得到新的突变体。接着,科学家再利用突变体来培育出许多的新品种,“相对于其他方法来讲,重离子辐照诱变育种的周期短,数年内即可培育出新的品种。”

中国科协科普部

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阳光碧水
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不忘初心牢记使命
2022-11-24
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2022-11-27
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