Hoe wordt een protonenstraal gemaakt?

Een proton is een van de bouwstenen van het atoom. Protonen vormen samen met neutronen en veel kleinere elektronen de basiselementen. Wanneer deze microscopisch kleine deeltjes in een smalle straal worden gefocusseerd en met extreem hoge snelheden worden afgeschoten, wordt dit een protonenbundel genoemd. Protonenbundels zijn uiterst nuttige dingen, zowel voor experimentele natuurkundigen als voor artsen.

Protonen hebben een positieve elektrische lading. Dingen met tegengestelde ladingen trekken elkaar aan, terwijl dingen met dezelfde lading elkaar afstoten. Dit is het centrale principe in een deeltjesversneller - de machine die wordt gebruikt om protonenbundels te maken. De protonen worden door elektromagneten versneld door een buis. Wanneer een proton zich achter de magneten bevindt, wordt de magneet geschakeld naar een negatieve lading om het proton naar zich toe te trekken. Terwijl het proton langs de magneet snelt, wordt de lading overgeschakeld naar positief, om het proton ervan weg te duwen en het meer te versnellen. Een hele rij protonen op een rij vormt een protonenbundel.

Een protonenbundel kan bijna de lichtsnelheid hebben, maar het duurt even voordat de deeltjes op gang komen. Een manier om dit te doen is door een grote lineaire versneller te gebruiken. Lineaire versnellers zijn enorme dingen - tot 2 mijl lang.

Een andere manier om dit te doen is met een circulaire versneller. Cirkelversnellers, of cyclotrons, hebben een magnetisch veld dat is ontworpen om het pad van het deeltje in een cirkel te buigen. Een straal protonen in een cyclotron zal rond en rond draaien totdat ze genoeg snelheid krijgen. Dan worden ze op hun doel afgeschoten.

Protonenbundels hebben veel nuttige toepassingen. Ze worden vaak gebruikt in de theoretische natuurkunde. Deeltjesversnellers breken protonen in andere protonen, evenals neutronen en andere elementaire deeltjes. Wanneer de deeltjes botsen, meten de wetenschappers de kleine deeltjes die door de botsing worden weggeslingerd. Ze proberen dingen te ontdekken over gluonen, quarks en de andere basisdeeltjes waaruit protonen bestaan.

Protonenbundels worden ook gebruikt bij radiotherapie. De protonen worden zorgvuldig op tumoren gericht en afgeschoten, waar ze hun DNA beschadigen en de kankercellen doden. Dit type therapie veroorzaakt zeer weinig schade aan het omliggende weefsel. In tegenstelling tot een operatie hoeft het niet te worden gesneden, waardoor het veel veiliger en minder schadelijk is voor bepaalde soorten tumoren. In het bijzonder zijn protonenstralen zeer effectief geweest bij de behandeling van bepaalde soorten oogkanker. Voorheen moest het oog worden verwijderd om bij de tumor te komen, maar nu kan het worden gericht door de protonenstraal.