黑洞“加速器”真的能實(shí)現(xiàn)嗎?

黑洞首張照片的發(fā)布，在全球范圍內(nèi)引起巨大轟動。“黑洞是什么?黑洞里面有什么?我們可不可以制造一個人工黑洞?”對于前兩個問題，目前在科學(xué)研究領(lǐng)域存在許多爭議。但是，關(guān)于“制造”人工黑洞這個問題，借助一種科學(xué)裝置，也許我們可以在實(shí)驗(yàn)室中將其實(shí)現(xiàn)——這種科學(xué)裝置就是粒子加速器。

粒子加速器全名為“荷電粒子加速器”，是一種可以使帶電粒子在高真空環(huán)境中受磁場力控制、電場力加速而達(dá)到高能量的特種電磁、高真空裝置，也是為人類提供各種能量的粒子束或輻射線，如電子、質(zhì)子、氘核、α粒子、各種重離子以及其他一些微觀粒子的現(xiàn)代化裝備。

根據(jù)加速粒子種類的不同，粒子加速器可分為電子加速器、質(zhì)子和重離子加速器以及微物質(zhì)粒子，如粉末、灰塵等加速器(又稱微粒子團(tuán)加速器);根據(jù)加速粒子能量高低，粒子加速器可分為低能加速器、中能加速器、高能加速器以及超高能加速器;根據(jù)加速粒子運(yùn)動軌道的形狀不同，粒子加速器又可分為直線加速器、回旋加速器和環(huán)形加速器。

世界上著名的歐洲大型強(qiáng)子對撞機(jī)LHC就是一個超高能、環(huán)形粒子加速器，可以將質(zhì)子加速到極接近光速的超高能狀態(tài)。在LHC中，當(dāng)兩個極接近光速的質(zhì)子發(fā)生“碰撞”時，就有機(jī)會制造出微型的人工黑洞。因此，LHC被稱為潛在的“黑洞加工廠”。此外，科學(xué)家在2012年借助LHC發(fā)現(xiàn)了“上帝粒子”——希格斯玻色子，在補(bǔ)上了粒子物理學(xué)“標(biāo)準(zhǔn)模型”最后一塊板的同時，極大推動了物理學(xué)的進(jìn)步。

事實(shí)上，作為一種重要且安全的核技術(shù)應(yīng)用裝置，除了“制造”黑洞，粒子加速器在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)、環(huán)保、科學(xué)研究等多個領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。

在工業(yè)領(lǐng)域，粒子加速器已經(jīng)成為推進(jìn)新材料、新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備研發(fā)和應(yīng)用的重要工具和手段。例如，基于電子加速器開發(fā)的輻照交聯(lián)、輻照聚合、輻照接枝等輻照加工技術(shù)可以改性高分子材料，并顯著提高材料的多項(xiàng)性能。而基于電子加速器可以產(chǎn)生γ射線、X射線的原理，科研人員開發(fā)出工業(yè)CT等無損檢測裝置，它們在確定材料、設(shè)備、產(chǎn)品材質(zhì)、結(jié)構(gòu)、內(nèi)部缺陷和損傷中應(yīng)用突出。此外，基于重離子加速器開發(fā)的離子摻雜技術(shù)是半導(dǎo)體工業(yè)中實(shí)現(xiàn)離子精準(zhǔn)注入、材料導(dǎo)電性改變、半導(dǎo)體芯片制造的關(guān)鍵技術(shù)。又如，基于粒子加速器原理制造的顯像管、陰極射線管是電子顯示器的核心部件;基于電子加速器開發(fā)的輻照固化技術(shù)則在涂層、油墨、黏合劑固化、電子器件制造中應(yīng)用頗多;基于粒子加速器開發(fā)的中子測井技術(shù)更在石油、天然氣、水資源勘測中不可或缺。

在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，粒子加速器是癌癥與腫瘤治療中的關(guān)鍵和核心醫(yī)療設(shè)備。醫(yī)用直線加速器，又稱X刀或光子刀，可通過高能電子與大功率微波電場相互作用引出的能量電子打擊重金屬靶，并利用產(chǎn)生的X射線照射病灶，從而殺死腫瘤細(xì)胞。基于醫(yī)用質(zhì)子加速器的質(zhì)子治療技術(shù)，則是利用加速器形成的高能粒子束對病灶開展精確照射的一種放射治療技術(shù)，其利用質(zhì)子入射時形成的特殊“布拉格峰”，可在殺死腫瘤細(xì)胞的同時不損傷正常細(xì)胞，代表了放療未來方向。同時，基于醫(yī)用重離子加速器的重離子治療技術(shù)也是一種可以與質(zhì)子治療技術(shù)比肩的腫瘤治療先進(jìn)技術(shù)，具有廣泛應(yīng)用空間。

在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域，粒子加速器代表著三廢處理技術(shù)的重要發(fā)展方向。基于電子加速器的電子束輻照處理廢水技術(shù)，是一種利用高能電子束流輻射污水，使水中的污染物分解或降解、有害微生物發(fā)生變性等，以達(dá)到消毒凈化廢水為目的污水處理技術(shù)。同樣基于電子加速器的電子束輻照法脫硫脫硝技術(shù)，則在煙道氣脫硫脫硝、凈化空氣等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。

除此之外，在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，粒子加速器已經(jīng)廣泛應(yīng)用于輻照育種、農(nóng)產(chǎn)品加工和害蟲防治等領(lǐng)域，極大改變了傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的面貌，創(chuàng)造了巨大經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。在科學(xué)研究領(lǐng)域，粒子加速器則是研究粒子和原子核的重要工具。

目前，世界上運(yùn)轉(zhuǎn)的粒子加速器已經(jīng)達(dá)到了數(shù)萬臺，它們在各行各業(yè)、各個領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用。未來，隨著新型加速器技術(shù)的研發(fā)和推廣，粒子加速器將會更加廣泛、深入應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、環(huán)保等領(lǐng)域，進(jìn)一步助推我國經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，為人類生活生產(chǎn)帶來更多便利。