也许，“粒子加速器”对你来说早已不是什么新鲜名词。甚至，它的应用你也能说出个一二三：服务于物理实验，被用来治疗癌症，在农业、工业、航空航天、能源等领域都有着广泛的应用......BINGO, 以上全对！
不过，你可能不知道加速器还有一种特别接地气的应用——预防大火、降低火灾风险。什么，这也能和加速器扯上关系？！的确，能触及如此多的领域，看来“科学界最强跨界能手”非它莫属了！
几根电缆引发的血案
上世纪70年代初，人们在总结了一连串的火灾事故教训后，提出了“阻燃PVC塑料电线电缆”的概念，这在当时被认为是一个了不起的科技进步。然而，在1982年英国与阿根廷之间爆发的马岛战争中，人们觉得阻燃PVC已经无法符合环保标准和安全要求了。
战争中，英国军舰被阿根廷战斗机击中，瞬间，火光冲天、电路中断、烟雾滚滚，造成大量人员死亡。事后，英国海军经过研究发现，火灾引起的浓烟含有强烈的刺激性的有毒气体，一经吸入，便会窒息身亡。而这些气体绝大部分是由舰艇上的PVC电线电缆燃烧所产生的。于是，英国海军发出命令，必须将用于舰艇上的电线电缆全面低烟无卤化。
图 阿根廷空军击中英军谢菲尔德号驱逐舰 图源| 环球情报员
电线电缆燃烧造成的火灾事故在日常生活中并不少见：伦敦国王十字地铁站大火、德国杜塞尔多夫机场大火，里昂、东京、芝加哥等地的电信局火灾……常规的电缆材料十分易燃，且会放出浓黑的烟雾及腐蚀性、刺激性气体，给及时扑灭火灾和人员逃生带来了极大的困难。
图 1987年火灾后的伦敦国王十字地铁站 图源| 大科技杂志社
有没有一种方法，能让电线电缆更安全、更环保？
辐照加工就是一种可行的方式。
图 电线电缆
辐照一下，更安全
说起电离辐射，不少人谈之色变。然而，只要合理利用电离辐射，我们的生活也可以更安全！通过电离辐射，我们可以改变电线电缆的分子结构，让它们更加环保、安全和耐用。
当我们对电线电缆的护套进行辐照后，电缆的绝缘层会由线型分子结构变为三维立体网状结构。线性分子间形成横向键，形成了具有更高分子量的三维四状聚合物，分子结构更加牢固。我们也称这种方式为“辐照交联”。
图 辐照交联过程示意图
通过辐照交联，电线电缆的阻燃性、抗老化、耐热能力可以大幅提升，能在一些特殊环境，例如紫外线强照射、高温、严寒等环境下正常使用。举个简单的例子，普通电缆的长期允许工作温度通常为70℃或90℃，而辐照交联后的电缆长期允许工作温度可达125℃甚至更高，耐温性大大增强。
同时，相较于普通电缆发生燃烧时会产生腐蚀性、有毒气体这一常被人诟病的缺陷，辐照交联电缆在发生燃烧状况时，低烟、无卤、无味，不会对人体及环境造成二次伤害。
图 辐照交联生产线 图源| 中广核达胜加速器技术有限公司
辐照加工的一把利器
说了这么多辐照交联的优点，可需要用什么样的工具才能实现呢？是时候让咱们粒子加速器大家族的一员大将——电子加速器闪亮登场了！
其实在工业领域，辐照交联一般会有两种方式：一种是利用电子加速器产生的高能电子束进行辐照；第二种是使用钴-60等放射性同位素产生的γ射线进行辐照。相对而言，电子加速器因其更加环保、加工效率更高而具有明显的优势。
自上世纪50年代起，发达国家就凭借辐照加工技术创造了良好的经济收益。我国的辐照加工虽起步较晚，但近年来也获得了长足的发展。目前我国用于辐照加工的电子加速器数量可观，其中用于电线电缆辐照的电子加速器约有500台。
电子加速器有许多种类，我们可以使用哪种加速器来对电线电缆进行辐照加工呢？
这就不得不提到“高压变压器型电子加速器”了。
高压变压器型电子加速器（DG型加速器，根据辐射行业标准命名为“DG”型）属于直流高压电子加速器的一种，主要特色是结构紧凑、电能转换效率高、操作方便、长时期运行稳定、工业化应用性价比高。
它的工作原理也很简单：电子束从电子枪发射，在由感应耦合式级联高压系统产生的电场中，通过加速管被加速、聚焦，最终从扫描引出装置出射到大气中。而辐照样品则经过传动系统被传送到扫描窗下进行辐照加工。
图 高压变压器型电子加速器示意图（DG-2.5型） 图源| 中科院近代物理所
自1997年开始，中国科学院近代物理研究所开始研制高压变压器型电子加速器，于2007年成功研制了具有自主知识产权的DG型电子加速器。随后针对不同的应用需求，近代物理所又研制了不同参数的DG型加速器，形成了系列化产品。
表 近代物理所研制的不同参数型号的DG型电子加速器
除了辐照电线电缆，DG型电子加速器也在热缩材料、橡胶硫化、泡沫塑料、表面固化、医疗用品消毒等领域形成了产业规模。
01
辐照薄膜
02
发泡材料
在环保领域，DG型电子加速器也可以大展身手。利用电子束照射，工业废水、生活废水和养殖业废水都可被处理净化。而它在污泥处理方面也有很大的发展潜力：相较于传统的填埋、焚烧、堆肥等污泥处理方式，电子束辐射法被认为是一种清洁、高效、无二次污染的处理方法，受到了科学家们的重视与青睐。
图 广东江门电子束处理印染废水项目现场 图源| 中广核达胜加速器技术有限公司
图 车载型医疗废水处理示范加速器 图源| 中广核达胜加速器技术有限公司
结语
利用电子加速器进行辐照加工是民用非动力核技术应用的一个重要方向。作为“科学届的最强跨界能手”，加速器不仅引领人们探索宇宙最深处的奥秘，也在治疗疾病、改善环境、食品灭菌、降低火灾风险等等“接地气”的领域让我们的生活更加安全、健康和舒适。而DG型电子加速器也在自己“擅长”的领域大放异彩。
未来，我们期待“最强跨界能手”能为我们的日常生活带来更多意想不到的惊喜。
作者| 马丽霞 李中平
编辑| 刘芳
封面图来源| Ronald Plett / Pixabay
#参考文献：
1.曹树春. 高压变压器型电子加速器理论与实验研究[D].中国科学院研究生院,2009.
2.曹树春,张子民,李中平,万明,刘铭,张应发,苏雅龙,陆锡宏,景漪,肖荣庆,袁平.DG系列大功率工业辐照电子加速器[J].核技术,2009,32(03):206-209.
3.黄江. 核技术应用中若干技术问题研究[D].华中科技大学,2013.
4.奚玉良.浅谈辐照交联无卤电线电缆[J].家电科技,2009,No.(15):49.
本文经授权转载自微信公众号：中科院近代物理所 作者：马丽霞 李中平
转载内容仅代表作者观点
不代表中科院高能所立场
编辑：楚墨
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