כיצד נוצרת קרן פרוטון?

פרוטון הוא אחד מאבני הבניין של האטום. פרוטונים, יחד עם נויטרונים ואלקטרונים קטנים בהרבה, מהווים את היסודות הבסיסיים. כאשר חלקיקים מיקרוסקופיים אלה ממוקדים לקרן צרה ויורים במהירות גבוהה במיוחד, זה נקרא קרן פרוטון. קורות פרוטון הן דברים שימושיים ביותר, הן לפיזיקאים ניסיוניים והן לרופאים.

לפרוטונים יש מטען חשמלי חיובי. דברים עם מטענים מנוגדים מושכים זה את זה, בעוד דברים עם אותו מטען דוחים. זהו העיקרון המרכזי במאיץ חלקיקים - המכונה המשמשת לייצור קורות פרוטון. הפרוטונים מואצים דרך צינור באמצעות אלקטרומגנטים. כאשר פרוטון נמצא מאחורי המגנטים, המגנט מועבר למטען שלילי כדי למשוך את הפרוטון אליו. כאשר הפרוטון חולף על פני המגנט, המטען עובר לחיובי, כדי להרחיק את הפרוטון ממנו, מאיץ אותו יותר. שורה שלמה של פרוטונים בשורה יוצרת קרן פרוטון.

קרן פרוטון יכולה לעבור כמעט את מהירות האור, אך לוקח זמן לחלק את החלקיקים. אחת הדרכים לעשות זאת היא להשתמש במאיץ לינארי גדול. מאיצים לינאריים הם דברים מאסיביים - באורך של עד כ -2 ק"מ.

דרך נוספת לעשות זאת היא באמצעות מאיץ מעגלי. למאיצים מעגליים, או ציקלוטרונים, שדה מגנטי שנועד לכופף את נתיב החלקיק במעגל. קרן פרוטונים בציקלוטרון מסתובבת סביב ומסביב עד שהם מקבלים מספיק מהירות. ואז הם יירו לעבר היעד שלהם.

לקורות פרוטון יש יישומים שימושיים רבים. הם משמשים לעתים קרובות בפיזיקה תיאורטית. מאיצי חלקיקים מנפצים פרוטונים לפרוטונים אחרים, כמו גם נויטרונים וחלקיקים אלמנטריים אחרים. כאשר החלקיקים מתנגשים, המדענים מודדים את החלקיקים הקטנים שנזרקים מההתנגשות. הם מנסים לגלות דברים על גלואונים, קווארקים ושאר החלקיקים הבסיסיים המרכיבים פרוטונים.

קורות פרוטון משמשות גם לטיפול בהקרנות. הפרוטונים מכוונים בקפידה ויורים לעבר גידולים, שם הם פוגעים ב- DNA שלהם והורגים את התאים הסרטניים. סוג זה של טיפול גורם מעט מאוד נזק לרקמה שמסביב. שלא כמו ניתוח, זה לא דורש חיתוך, מה שהופך אותו לבטוח הרבה יותר ופחות מזיק לסוגים מסוימים של גידולים. בפרט, קרני פרוטון היו יעילות מאוד לטיפול בסוגים מסוימים של סרטן עיניים. בעבר היה צריך להסיר את העין כדי להגיע לגידול, אך כעת ניתן לכוון אותה על ידי קרן הפרוטון.