利用加速器了解環境和解決污染問題

重金屬和其他有毒化學品會污染空氣、水和土壤，從而危害動植物。為了處理這些元素，科學家首先需要更好地了解它們的行為。加速器通過使用帶電粒子束撞擊選定材料，分析或改變其表面、成分、結構或其他特性，有助于這項工作。

“加速器技術可提供獨特的能力，能夠以快速、非破壞性和具有成本效益的方式對污染進行深入了解。”原子能機構核儀器儀表物理學家Román Padilla說，“用于了解和改善環境的粒子加速器有各種形狀和大小，特別是基于加速器的離子束方法，能夠有助于我們表征土壤、沉積物、生物群、水或空氣細顆粒物的樣品。”

最常用于環境監測樣品表征的加速器是靜電加速器。

評估空氣和水污染對解決全球健康問題至關重要。亞洲擁有世界上60%以上的人口和13個最大城市。空氣和水污染治理成為亞洲主要城市化地區的重要任務。為協助專家確定空氣樣品特征，原子能機構一直在與15個亞洲國家合作，每周收集空氣細顆粒物和粗顆粒物樣品，這些顆粒物影響著超過1.1億人呼吸的空氣質量。從2002年至2017年，基于加速器的離子束技術不僅揭示了所收集樣品中許多元素的存在狀況，而且幫助確定了空氣污染的可能來源。

此外，電子束與離子束不同，可用于處理廢水或塑料。例如，與傳統的水處理技術（如化學和生物處理方法）相比，電子束技術具有明顯的優勢：使用電子束，不需要用化學消毒劑進行微生物消殺。在中國湖北省，有一個專門處理設施，利用電子束技術進行醫療廢水消毒滅菌和抗生素分解。該設施每天能夠處理3000萬升工業廢水，是世界上最大的輻照處理廢水裝置，是在原子能機構轉讓的技術上建成的。這種處理工藝每年可節省45億升淡水——足以滿足10萬人用水需求。

與此同時，同步加速器，一種特殊類型的環形加速器，也被用于環境研究，幫助專家分析元素，繪制元素分布圖和確定其化學種類。這些復雜的加速器使用X射線作為探針，可以部署在采礦和工業過程中，而在這些過程中，傳統方法無法提供足夠的數據來預測可能的環境結果、生物利用率或污染帶來的風險。例如，在采礦業，同步加速器有助于預測未來的行為，如金屬或礦物的移動或溶解。

七年多來，原子能機構一直在與意大利Elettra-Sincrotrone Trieste公司（EST）聯合運行多用途X射線熒光束線和光譜分析終端站，并開發了新的硬件和分析方法。原子能機構通過這種協作，支持和促進研究小組基于同步輻射的研究和培訓活動，特別是在獲得和使用同步輻射裝置的經驗和資源有限的國家。這些實驗為一些國家的環境問題研究提供了幫助，包括匈牙利和約旦大氣氣溶膠微粒和室內顆粒物研究；西班牙采礦環境周圍生長植被中鉛的空間分布研究；意大利牡蠣和扇貝中累積鎘的分布和化學狀態研究；墨西哥利用水處理廠的污泥改良農業土壤中的鈦研究；以及減少意大利礦山污染的河流中污染物的微觀過程研究。