كيف يتم إنشاء شعاع البروتون؟

البروتون هو أحد اللبنات الأساسية للذرة. تشكل البروتونات والنيوترونات والإلكترونات الأصغر بكثير العناصر الأساسية. عندما تتركز هذه الجسيمات المجهرية في شعاع ضيق ويتم إطلاقها بسرعات عالية جدًا ، يطلق عليها شعاع البروتون. تعتبر حزم البروتونات أشياء مفيدة للغاية ، لكل من الفيزيائيين التجريبيين والأطباء.

البروتونات لها شحنة كهربائية موجبة. الأشياء ذات الشحنات المعاكسة تجذب بعضها البعض ، بينما الأشياء التي تحمل نفس الشحنة تتنافر. هذا هو المبدأ المركزي في مسرع الجسيمات - الآلة المستخدمة لصنع حزم البروتون. يتم تسريع البروتونات عبر أنبوب بواسطة مغناطيس كهربائي. عندما يكون البروتون خلف المغناطيس ، يتحول المغناطيس إلى شحنة سالبة لسحب البروتون تجاهه. عندما يتجاوز البروتون المغناطيس ، تتحول الشحنة إلى موجبة ، لدفع البروتون بعيدًا عنه ، مما يؤدي إلى تسريعه أكثر. يصنع صف كامل من البروتونات على التوالي شعاع بروتون.

يمكن لشعاع البروتون أن يقترب من سرعة الضوء ، لكن الأمر يستغرق بعض الوقت لتستمر الجسيمات. طريقة واحدة للقيام بذلك هي استخدام مسرع خطي كبير. المسرعات الخطية هي أشياء ضخمة - يصل طولها إلى ميلين.

هناك طريقة أخرى للقيام بذلك وهي باستخدام مسرع دائري المسرعات الدائرية ، أو السيكلوترونات ، لها مجال مغناطيسي مصمم لثني مسار الجسيم في دائرة. سوف تدور حزمة من البروتونات في السيكلوترون حولها وتدور حولها حتى تحصل على السرعة الكافية. ثم سيتم إطلاق النار عليهم على هدفهم.

لحزم البروتون العديد من التطبيقات المفيدة. غالبًا ما تستخدم في الفيزياء النظرية. تسحق مسرعات الجسيمات البروتونات في البروتونات الأخرى ، وكذلك النيوترونات والجسيمات الأولية الأخرى. عندما تصطدم الجسيمات ، يقيس العلماء الجسيمات الصغيرة التي ألقيت من الاصطدام. يحاولون اكتشاف أشياء عن الغلوونات والكواركات والجسيمات الأساسية الأخرى التي تتكون منها البروتونات.

تُستخدم حزم البروتون أيضًا في العلاج الإشعاعي. يتم توجيه البروتونات بعناية وإطلاق النار على الأورام ، حيث تتلف الحمض النووي وتقتل الخلايا السرطانية. هذا النوع من العلاج يسبب ضررًا بسيطًا جدًا للأنسجة المحيطة. على عكس الجراحة ، فهي لا تتطلب القطع ، مما يجعلها أكثر أمانًا وأقل ضررًا لأنواع معينة من الأورام. على وجه الخصوص ، كانت حزم البروتونات فعالة جدًا في علاج أنواع معينة من سرطان العين. في السابق كان لابد من إزالة العين للوصول إلى الورم ، ولكن الآن يمكن استهدافها بواسطة شعاع البروتون.