Πώς δημιουργείται ένα Proton Beam;

Ένα πρωτόνιο είναι ένα από τα δομικά στοιχεία του ατόμου. Τα πρωτόνια, μαζί με τα νετρόνια και τα πολύ μικρότερα ηλεκτρόνια, αποτελούν τα βασικά στοιχεία. Όταν αυτά τα μικροσκοπικά σωματίδια εστιάζονται σε μια στενή ακτίνα και πυροβολούνται σε εξαιρετικά υψηλές ταχύτητες, ονομάζεται δέσμη πρωτονίων. Οι δέσμες πρωτονίων είναι εξαιρετικά χρήσιμα πράγματα, τόσο για πειραματικούς φυσικούς όσο και γιατρούς.

Τα πρωτόνια έχουν θετικό ηλεκτρικό φορτίο. Τα πράγματα με αντίθετες χρεώσεις προσελκύουν το ένα το άλλο, ενώ τα πράγματα με την ίδια φόρτιση αποκρούουν. Αυτή είναι η κεντρική αρχή ενός επιταχυντή σωματιδίων - η μηχανή που χρησιμοποιείται για την κατασκευή δοκών πρωτονίων. Τα πρωτόνια επιταχύνονται μέσω ενός σωλήνα με ηλεκτρομαγνήτες. Όταν ένα πρωτόνιο βρίσκεται πίσω από τους μαγνήτες, ο μαγνήτης αλλάζει σε αρνητικό φορτίο για να τραβήξει το πρωτόνιο προς αυτό. Καθώς το πρωτόνιο επιταχύνει πέρα ​​από τον μαγνήτη, το φορτίο μετατρέπεται σε θετικό, για να απομακρυνθεί το πρωτόνιο από αυτό, επιταχύνοντας περισσότερο. Μια ολόκληρη σειρά πρωτονίων στη σειρά κάνει μια δέσμη πρωτονίων.

Μια δέσμη πρωτονίων μπορεί να φτάσει σχεδόν την ταχύτητα του φωτός, αλλά χρειάζεται λίγος χρόνος για να ξεκινήσουν τα σωματίδια. Ένας τρόπος για να γίνει αυτό είναι να χρησιμοποιήσετε έναν μεγάλο γραμμικό επιταχυντή. Οι γραμμικοί επιταχυντές είναι τεράστια πράγματα - μήκους έως 2 μίλια.

Ένας άλλος τρόπος για να γίνει αυτό είναι με έναν κυκλικό επιταχυντή. Οι κυκλικοί επιταχυντές, ή τα κυκλοτρόνια, έχουν ένα μαγνητικό πεδίο σχεδιασμένο να λυγίζει τη διαδρομή του σωματιδίου σε κύκλο. Μια δέσμη πρωτονίων σε ένα κυκλοτρόνιο θα περιστρέφεται γύρω και γύρω έως ότου αποκτήσουν αρκετή ταχύτητα. Τότε θα πεταχτούν στον στόχο τους.

Οι δέσμες Proton έχουν πολλές χρήσιμες εφαρμογές. Χρησιμοποιούνται συχνά στη θεωρητική φυσική. Οι επιταχυντές σωματιδίων συνθλίβουν πρωτόνια σε άλλα πρωτόνια, καθώς και νετρόνια και άλλα στοιχειώδη σωματίδια. Όταν τα σωματίδια συγκρούονται, οι επιστήμονες μετρούν τα μικρά σωματίδια που απορρίπτονται από τη σύγκρουση. Προσπαθούν να ανακαλύψουν πράγματα για γλουόνια, κουάρκ και άλλα βασικά σωματίδια που απαρτίζουν πρωτόνια.

Οι ακτίνες πρωτονίων χρησιμοποιούνται επίσης στη θεραπεία ακτινοβολίας. Τα πρωτόνια στοχεύουν προσεκτικά και πυροδοτούνται σε όγκους, όπου βλάπτουν το DNA τους και σκοτώνουν τα καρκινικά κύτταρα. Αυτός ο τύπος θεραπείας προκαλεί πολύ μικρή ζημιά στον περιβάλλοντα ιστό. Σε αντίθεση με τη χειρουργική επέμβαση, δεν απαιτεί κοπή, καθιστώντας το πολύ πιο ασφαλές και λιγότερο επιβλαβές για ορισμένα είδη όγκων. Συγκεκριμένα, οι δέσμες πρωτονίων ήταν πολύ αποτελεσματικές στη θεραπεία ορισμένων τύπων καρκίνου των ματιών. Προηγουμένως το μάτι έπρεπε να αφαιρεθεί για να φτάσει στον όγκο, αλλά τώρα μπορεί να στοχευθεί από τη δέσμη πρωτονίων.