加速器質(zhì)譜技術(shù)及其應(yīng)用
定 價(jià):168 元
叢書(shū)名:先進(jìn)粒子加速器系列
- 作者:姜山,何明 等 著,趙振堂,楊福家 編
- 出版時(shí)間:2020/9/1
- ISBN:9787313230287
- 出 版 社:上海交通大學(xué)出版社
- 中圖法分類(lèi):TL5
- 頁(yè)碼:277
- 紙張:膠版紙
- 版次:1
- 開(kāi)本:16開(kāi)
《加速器質(zhì)譜技術(shù)及其應(yīng)用》為“十三五”國(guó)家重點(diǎn)圖書(shū)出版規(guī)劃項(xiàng)目“核能與核技術(shù)出版工程·先進(jìn)粒子加速器系列”之一。加速器質(zhì)譜技術(shù)(AMS)是基于加速器技術(shù)和粒子探測(cè)技術(shù)的一種同位素質(zhì)譜技術(shù),是屬于加速器、粒子探測(cè)器以及質(zhì)譜學(xué)的交叉學(xué)科。《加速器質(zhì)譜技術(shù)及其應(yīng)用》內(nèi)容主要包括質(zhì)譜儀、加速器和探測(cè)器的概念、原理、結(jié)構(gòu)等;加速器質(zhì)譜儀的測(cè)量方法;AMS在核科學(xué)、考古學(xué)、地學(xué)、生命科學(xué)和藥物開(kāi)發(fā)、環(huán)境和資源科學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用。
《加速器質(zhì)譜技術(shù)及其應(yīng)用》讀者對(duì)象為加速器質(zhì)譜儀的測(cè)試運(yùn)行維護(hù)者、應(yīng)用研究者、各類(lèi)用戶(hù)(環(huán)境、資源、設(shè)施、醫(yī)藥、食品、材料等)以及相關(guān)高校師生和青年學(xué)者。
粒子加速器作為國(guó)之重器,在科技興國(guó)、創(chuàng)新發(fā)展中起著重要作用,已成為人類(lèi)科技進(jìn)步和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展不可或缺的裝備。粒子加速器的發(fā)展始于人類(lèi)對(duì)原子核的探究。從誕生至今,粒子加速器幫助人類(lèi)探索物質(zhì)世界并揭示了一個(gè)又一個(gè)自然奧秘,因而也被譽(yù)為科學(xué)發(fā)現(xiàn)之引擎,據(jù)統(tǒng)計(jì),它對(duì)25項(xiàng)諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的工作做出了直接貢獻(xiàn),基于儲(chǔ)存環(huán)加速器的同步輻射光源還直接支持了5項(xiàng)諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的實(shí)驗(yàn)工作。不僅如此,粒子加速器還與人類(lèi)社會(huì)發(fā)展及大眾生活息息相關(guān),因在核分析、輻照、無(wú)損檢測(cè)、放療和放射性藥物等方面優(yōu)勢(shì)突出,使其在醫(yī)療健康、環(huán)境與能源等領(lǐng)域得以廣泛應(yīng)用并發(fā)揮著不可替代的重要作用。
1919年,英國(guó)科學(xué)家E.盧瑟福(E.Rutherford)用天然放射性元素放射出來(lái)的a粒子轟擊氮核,打出了質(zhì)子,實(shí)現(xiàn)了人類(lèi)歷史上第一個(gè)人工核反應(yīng)。這一發(fā)現(xiàn)使人們認(rèn)識(shí)到,利用高能量粒子束轟擊原子核可以研究原子核的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。隨著核物理與粒子物理研究的深入,天然的粒子源已不能滿(mǎn)足研究對(duì)粒子種類(lèi)、能量、束流強(qiáng)度等提出的要求,研制人造高能粒子源——粒子加速器成為支撐進(jìn)一步研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)的重大前沿需求。20世紀(jì)30年代初,為將帶電粒子加速到高能量,靜電加速器、回旋加速器、倍壓加速器等應(yīng)運(yùn)而生。其中,美國(guó)科學(xué)家J.D.考克饒夫(J,D.Cockcroft)和愛(ài)爾蘭科學(xué)家E.T.S.瓦耳頓(E.T.S.Walton)成功建造了世界上第一臺(tái)直流高壓加速器;美國(guó)科學(xué)家R.J.范德格拉夫(R.J.van de Graaff)發(fā)明了采用另一種原理產(chǎn)生高壓的靜電加速器;在瑞典科學(xué)家G.伊辛(G.Ising)和德國(guó)科學(xué)家R.維德羅(R.Wideroe)分別獨(dú)立發(fā)明漂移管上加高頻電壓的直線(xiàn)加速器之后,美國(guó)科學(xué)家E.0.勞倫斯(E.0.Lawrence)研制成功世界上第一臺(tái)回旋加速器,并用它產(chǎn)生了人工放射性同位素和穩(wěn)定同位素,因此獲得1939年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
1945年,美國(guó)科學(xué)家E.M.麥克米倫(E.M.McMillan)和蘇聯(lián)科學(xué)家V.I.韋克斯勒(V.I.Veksler)分別獨(dú)立發(fā)現(xiàn)了自動(dòng)穩(wěn)相原理;1950年代初期,美國(guó)工程師N.C.克里斯托菲洛斯(N.C.Christofilos)與美國(guó)科學(xué)家E.D.庫(kù)蘭特(E.D.Courant)、M.S.利文斯頓(M.S.Livingston)和H.S.施奈德(H.S.Schneider)發(fā)現(xiàn)了強(qiáng)聚焦原理。這兩個(gè)重要原理的發(fā)現(xiàn)奠定了現(xiàn)代高能加速器的物理基礎(chǔ)。另外,第二次世界大戰(zhàn)中發(fā)展起來(lái)的雷達(dá)技術(shù)又推動(dòng)了射頻加速的跨越發(fā)展。自此,基于高壓、射頻、磁感應(yīng)電場(chǎng)加速的各種類(lèi)型粒子加速器開(kāi)始蓬勃發(fā)展,從直線(xiàn)加速器、環(huán)形加速器,到粒子對(duì)撞機(jī),成為人類(lèi)觀測(cè)微觀世界的重要工具,極大地提高了認(rèn)識(shí)世界和改造世界的能力。人類(lèi)利用電子加速器產(chǎn)生的同步輻射研究物質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)過(guò)程,特別是解析原子分子的結(jié)構(gòu)和工作機(jī)制,打開(kāi)了了解微觀世界的一扇窗戶(hù)。
人類(lèi)利用粒子加速器發(fā)現(xiàn)了絕大部分新的超鈾元素,合成了上千種新的人工放射性核素,發(fā)現(xiàn)了重子、介子、輕子和各種共振態(tài)粒子在內(nèi)的幾百種粒子。2012年7月,利用歐洲核子研究中心27公里周長(zhǎng)的大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī),物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)了希格斯玻色子——“上帝粒子”,讓40多年前的基本粒子預(yù)言成為現(xiàn)實(shí),又一次展示了粒子加速器在科學(xué)研究中的超強(qiáng)力量。比利時(shí)物理學(xué)家F.恩格勒特(F.Englert)和英國(guó)物理學(xué)家P.W.希格斯(P.W.Higgs)因預(yù)言希格斯玻色子的存在而被授予2013年度的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
隨著粒子加速器的發(fā)展,其應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)展,除了應(yīng)用于物理、化學(xué)及生物等領(lǐng)域的基礎(chǔ)科學(xué)研究外,還廣泛應(yīng)用在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)療衛(wèi)生、環(huán)境保護(hù)、材料科學(xué)、生命科學(xué)、國(guó)防等各個(gè)領(lǐng)域,如輻照電纜、輻射消毒滅菌、高分子材料輻射改性、食品輻照保鮮、輻射育種、生產(chǎn)放射性藥物、腫瘤放射治療與影像診斷等。目前,全球僅作為放療應(yīng)用的醫(yī)用直線(xiàn)加速器就有近2萬(wàn)臺(tái)。
粒子加速器的研制及應(yīng)用屬于典型的高新科技,受到世界各發(fā)達(dá)國(guó)家的高度重視并將其放在國(guó)家戰(zhàn)略的高度予以?xún)?yōu)先支持。粒子加速器的研制能力也是衡量一個(gè)國(guó)家綜合科技實(shí)力的重要標(biāo)志。我國(guó)的粒子加速器事業(yè)起步于20世紀(jì)50年代,經(jīng)過(guò)60多年的發(fā)展,我國(guó)的粒子加速器研究與應(yīng)用水平已步入國(guó)際先進(jìn)行列。
第1章 加速器質(zhì)譜學(xué)基礎(chǔ)
1.1 質(zhì)譜學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)
1.1.1 質(zhì)譜學(xué)的發(fā)展歷史
1.1.2 質(zhì)譜儀
1.2 離子源電離技術(shù)
1.2.1 有機(jī)質(zhì)譜電離源
1.2.2 無(wú)機(jī)質(zhì)譜和同位素質(zhì)譜離子源
1.3 離子質(zhì)量分析技術(shù)
1.3.1 電磁質(zhì)量分析器
1.3.2 無(wú)磁質(zhì)量分析器
1.4 加速器
1.4.1 加速器概念及歷史發(fā)展
1.4.2 加速器類(lèi)別
1.4.3 加速器質(zhì)譜儀中的加速器
1.5 射線(xiàn)探測(cè)技術(shù)與離子的質(zhì)譜檢測(cè)
1.5.1 射線(xiàn)與物質(zhì)的作用規(guī)律
1.5.2 射線(xiàn)探測(cè)技術(shù)
1.5.3 離子的質(zhì)譜檢測(cè)
1.6 離子質(zhì)量圖譜
參考文獻(xiàn)
第2章 加速器質(zhì)譜儀
2.1 加速器質(zhì)譜儀發(fā)展簡(jiǎn)史
2.2 加速器質(zhì)譜儀原理
2.2.1 加速器質(zhì)譜儀基本原理與結(jié)構(gòu)
2.2.2 加速器質(zhì)譜儀的發(fā)展
2.3 加速器質(zhì)譜儀核心技術(shù)的發(fā)展
2.3.1 離子源技術(shù)
2.3.2 在低能端排除同量異位素
2.3.3 制樣與進(jìn)樣技術(shù)
2.4 加速器質(zhì)譜儀豐度靈敏度
2.4.1 MS的豐度靈敏度
2.4.2 加速器質(zhì)譜儀的豐度靈敏度
2.4.3 影響豐度靈敏度的主要因素
2.5 本底
2.5.1 本底的定義及種類(lèi)
2.5.2 儀器本底
2.5.3 制樣本底
2.6 加速器質(zhì)譜儀新技術(shù)
2.6.1 小型化技術(shù)
2.6.2 更高靈敏度的儀器技術(shù)
2.6.3 新型儀器技術(shù)
參考文獻(xiàn)
第3章 加速器質(zhì)譜分析方法
3.1 加速器質(zhì)譜儀測(cè)量
3.1.1 加速器質(zhì)譜儀系統(tǒng)的傳輸、測(cè)量與定量過(guò)程
3.1.2 標(biāo)準(zhǔn)樣品和空白樣品
3.2 粒子探測(cè)器及鑒別方法
3.2.1 能量損失法
3.2.2 多陽(yáng)極氣體電離室
3.2.3 布拉格探測(cè)器
3.2.4 充氣磁譜儀法
3.2.5△E-Q3D磁譜儀法
3.2.6 入射粒子X(jué)射線(xiàn)法
……
第4章 加速器質(zhì)譜儀在核科學(xué)中的應(yīng)用
第5章 加速器質(zhì)譜儀在考古學(xué)中的應(yīng)用
第6章 加速器質(zhì)譜儀在地學(xué)中的應(yīng)用
第7章 加速器質(zhì)譜儀在生命科學(xué)和藥物開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用
第8章 加速器質(zhì)譜儀在環(huán)境和資源科學(xué)中的應(yīng)用
索引