Wie entsteht ein Protonenstrahl?

Ein Proton ist einer der Bausteine ​​des Atoms. Protonen bilden zusammen mit Neutronen und viel kleineren Elektronen die Grundelemente. Wenn diese mikroskopischen Partikel zu einem schmalen Strahl fokussiert und mit extrem hoher Geschwindigkeit geschossen werden, wird dies als Protonenstrahl bezeichnet. Protonenstrahlen sind äußerst nützliche Dinge, sowohl für Experimentalphysiker als auch für Ärzte.

Protonen haben eine positive elektrische Ladung. Dinge mit entgegengesetzter Ladung ziehen sich an, während sich Dinge mit gleicher Ladung abstoßen. Dies ist das zentrale Prinzip eines Teilchenbeschleunigers – der Maschine, mit der Protonenstrahlen erzeugt werden. Die Protonen werden von Elektromagneten durch eine Röhre beschleunigt. Wenn sich ein Proton hinter den Magneten befindet, wird der Magnet auf eine negative Ladung geschaltet, um das Proton zu sich zu ziehen. Wenn das Proton am Magneten vorbeifährt, wird die Ladung auf positiv geschaltet, um das Proton von ihm wegzudrücken und es zu beschleunigen. Eine ganze Reihe von Protonen hintereinander ergibt einen Protonenstrahl.

Ein Protonenstrahl kann fast Lichtgeschwindigkeit erreichen, aber es dauert eine Weile, bis die Teilchen in Gang kommen. Eine Möglichkeit, dies zu tun, ist die Verwendung eines großen Linearbeschleunigers. Linearbeschleuniger sind riesige Dinger – bis zu 2 Meilen lang.

Eine andere Möglichkeit ist dies mit einem Kreisbeschleuniger. Kreisbeschleuniger oder Zyklotrone haben ein Magnetfeld, das so ausgelegt ist, dass es die Bahn des Teilchens in einem Kreis biegt. Ein Strahl von Protonen in einem Zyklotron dreht sich herum und herum, bis er genug Geschwindigkeit erreicht. Dann werden sie auf ihr Ziel geschossen.

Protonenstrahlen haben viele nützliche Anwendungen. Sie werden häufig in der theoretischen Physik verwendet. Teilchenbeschleuniger zertrümmern Protonen in andere Protonen sowie Neutronen und andere Elementarteilchen. Wenn die Teilchen kollidieren, messen die Wissenschaftler die kleinen Teilchen, die bei der Kollision herausgeschleudert werden. Sie versuchen, Dinge über Gluonen, Quarks und die anderen grundlegenden Teilchen herauszufinden, aus denen Protonen bestehen.

Protonenstrahlen werden auch in der Strahlentherapie verwendet. Die Protonen werden sorgfältig auf Tumore gerichtet und geschossen, wo sie deren DNA schädigen und die Krebszellen abtöten. Diese Art der Therapie schädigt das umliegende Gewebe nur sehr wenig. Im Gegensatz zu einer Operation ist kein Schneiden erforderlich, was es viel sicherer und weniger schädlich für bestimmte Arten von Tumoren macht. Insbesondere waren Protonenstrahlen bei der Behandlung bestimmter Arten von Augenkrebs sehr wirksam. Früher musste das Auge entfernt werden, um an den Tumor zu gelangen, jetzt kann er mit dem Protonenstrahl gezielt werden.