Kuidas luuakse prootonkiir?

Prooton on üks aatomi ehitusplokkidest. Prootonid koos neutronite ja palju väiksemate elektronidega moodustavad põhielemendid. Kui need mikroskoopilised osakesed fokuseeritakse kitsasse kiiresse ja lastakse ülikiirel kiirusel, nimetatakse seda prootonkiireks. Prootonkiired on äärmiselt kasulikud asjad nii eksperimentaalfüüsikute kui ka arstide jaoks.

Prootonitel on positiivne elektrilaeng. Vastupidise laenguga asjad meelitavad üksteist, samal ajal kui sama laenguga asjad tõrjuvad. See on osakeste kiirendi keskne põhimõte - masin prootonkiirte valmistamiseks. Prootoneid kiirendatakse läbi toru elektromagnetite abil. Kui prooton on magnetite taga, lülitatakse magnet prootoni selle poole tõmbamiseks negatiivsele laengule. Kui prooton magnetist möödub, lülitatakse laeng positiivseks, et prooton sellest eemale lükata, kiirendades seda veelgi. Terve rida prootoneid järjest moodustab prootonkiire.

Prootonkiir võib läbida peaaegu valguskiiruse, kuid osakeste käivitamiseks kulub veidi aega. Üks võimalus selleks on kasutada suurt lineaarkiirendit. Lineaarkiirendid on massiivsed asjad - kuni 2 miili pikkused.

Teine võimalus seda teha on ringkiirendi abil. Ringikujulistel kiirenditel ehk tsüklotronitel on magnetväli, mis on ette nähtud osakese tee ringjooneks painutamiseks. Tsüklotronis olev prootonikiir pöörleb ringi ja ümber, kuni nad saavad piisavalt kiirust. Siis lastakse nad oma sihtmärgi pihta välja.

Prootonkiirtel on palju kasulikke rakendusi. Neid kasutatakse sageli teoreetilises füüsikas. Osakekiirendid purustavad prootonid teisteks prootoniteks, samuti neutroniteks ja muudeks elementaarosakesteks. Osakeste kokkupõrkel mõõdavad teadlased kokkupõrkest välja visatud väikesi osakesi. Nad püüavad avastada asju gluunide, kvarkide ja muude prootoneid moodustavate põhiosakeste kohta.

Prootonkiire kasutatakse ka kiiritusravis. Prootonid on hoolikalt suunatud kasvajatele, kus nad kahjustavad nende DNA-d ja tapavad vähirakke. Seda tüüpi ravi kahjustab ümbritsevat koe väga vähe. Erinevalt operatsioonist ei vaja see lõikamist, mistõttu on see teatud tüüpi kasvajate puhul palju turvalisem ja vähem kahjulik. Eelkõige on prootonkiired olnud väga tõhusad teatud tüüpi silmavähi ravimisel. Varem tuli kasvaja juurde pääsemiseks silm eemaldada, kuid nüüd saab selle prootonkiir suunata.