原子加速指对中性原子或原子核施加力,使其速度或动能增加的技术与方法。
传统的粒子加速器通过电场和磁场加速带电粒子,而原子加速可涵盖离子加速、同位素分离、以及近年兴起的中性原子操控技术。
常见方法包括电场/射频腔加速带电离子、激光束驱动的光学钳和光学谱加速、以及通过磁光阱和光学镊子实现的受控弹射。
原子加速在基础物理(高能核物理、反物质研究)、精密测量(原子干涉仪、原子钟)、以及应用领域(同位素制备、肿瘤放射治疗、材料改性)中都有重要作用。
面临的挑战包括控制束流相干性、减少能量散布和处理高能束流的辐射与热管理。
在实验室中,激光冷却和蒸发冷却可先将原子降温到微开尔文水平,再通过脉冲电场或光脉冲对其动量进行精确加速;利用原子芯片和微波/光学波导可实现小型化和集成化的原子束源。
工业上,离子加速器已用于半导体离子注入和表面改性,医疗领域则依赖加速同位素生产和质子/离子治疗。
随着量子信息与纳米制造的发展,原子加速技术的可控性与多功能性将进一步提升,并推动量子传感、核医学和基础常数测量的新突破。