Hvordan er en protonbjælke skabt?

En proton er en af ​​byggestenene i atomet. Protoner, sammen med neutroner og meget mindre elektroner, udgør de grundlæggende elementer. Når disse mikroskopiske partikler er fokuseret i en smal stråle og skudt ved ekstremt høje hastigheder, kaldes det en protonstråle. Protonbjælker er yderst nyttige ting, både for eksperimentelle fysikere og læger.

Hvordan protonbjælker er skabt

Protoner har en positiv elektrisk ladning. Ting med modsatte ladninger tiltrækker hinanden, mens ting med samme ladning afviser. Dette er det centrale princip i en partikelaccelerator - maskinen bruges til fremstilling af protonbjælker. Protonerne accelereres gennem et rør af elektromagneter. Når en proton ligger bag magneterne, skiftes magneten til en negativ ladning for at trække protonen mod den. Da protonen springer forbi magneten, skiftes ladningen til positiv for at skubbe protonen væk fra den og fremskynde den mere. En hel række protoner i træk skaber en protonstråle.

En protonstråle kan gå næsten lysets hastighed, men det tager et stykke tid at få partiklerne til at gå. En måde at gøre dette på er at bruge en stor lineær accelerator. Lineære acceleratorer er massive ting - op til 2 miles lang.

En anden måde at gøre dette på er med en cirkulær accelerator. Cirkulære acceleratorer eller cyklotroner har et magnetfelt designet til at bøje partiklens bane i en cirkel. En stråle af protoner i en cyklotron vil spinde rundt og omkring, indtil de får nok hastighed. Så vil de blive skudt ud på deres mål.

Applikationer

Proton bjælker har mange nyttige applikationer. De bruges ofte i teoretisk fysik. Partikelacceleratorer ødelægger protoner i andre protoner, såvel som neutroner og andre elementære partikler. Når partiklerne kolliderer, måler forskerne de små partikler kastet ud af kollisionen. De forsøger at opdage ting om gluoner, kvarker og de andre grundpartikler, der udgør protoner.

Protonbjælker bruges også i strålebehandling. Protonerne er omhyggeligt rettet mod og skudt i tumorer, hvor de beskadiger deres DNA og dræber kræftcellerne. Denne type terapi gør meget lidt skade på det omgivende væv. I modsætning til kirurgi kræver det ikke skæring, hvilket gør det meget sikrere og mindre skadeligt for visse former for tumorer. Protonbjælker har især været meget effektive til behandling af bestemte typer af øjenkræft. Tidligere måtte øjet fjernes for at komme til tumoren, men nu kan det målrettes af protonstrålen.