Как создается протонный пучок?

Протон - один из строительных блоков атома. Протоны, наряду с нейтронами и электронами гораздо меньшего размера, составляют основные элементы. Когда эти микроскопические частицы фокусируются в узкий луч и стреляют с чрезвычайно высокой скоростью, это называется протонным лучом. Протонные пучки - чрезвычайно полезная вещь как для физиков-экспериментаторов, так и для врачей.

Протоны имеют положительный электрический заряд. Вещи с противоположным зарядом притягиваются друг к другу, а предметы с одинаковым зарядом - отталкиваются. Это центральный принцип ускорителя частиц - машины, используемой для создания пучков протонов. Протоны через трубку ускоряются электромагнитами. Когда протон находится за магнитами, магнит переключается на отрицательный заряд, притягивая протон к себе. Когда протон проходит мимо магнита, заряд переключается на положительный, чтобы оттолкнуть протон от него, ускоряя его еще больше. Целый ряд протонов в ряду образует пучок протонов.

Пучок протонов может двигаться почти со скоростью света, но требуется время, чтобы заставить частицы двигаться. Один из способов сделать это - использовать большой линейный ускоритель. Линейные ускорители - штука массивная - до 2 миль в длину.

Другой способ сделать это - использовать круговой ускоритель. Круговые ускорители или циклотроны имеют магнитное поле, предназначенное для изгиба движения частицы по окружности. Пучок протонов в циклотроне будет вращаться вокруг и вокруг, пока не наберет достаточную скорость. Тогда они будут подстрелены по их цели.

У протонных пучков есть много полезных применений. Их часто используют в теоретической физике. Ускорители элементарных частиц разбивают протоны на другие протоны, а также на нейтроны и другие элементарные частицы. Когда частицы сталкиваются, ученые измеряют маленькие частицы, выброшенные в результате столкновения. Они пытаются узнать кое-что о глюонах, кварках и других элементарных частицах, из которых состоят протоны.

Пучки протонов также используются в лучевой терапии. Протоны тщательно нацелены и стреляют в опухоли, где они повреждают их ДНК и убивают раковые клетки. Этот вид терапии практически не повреждает окружающие ткани. В отличие от хирургического вмешательства, он не требует разрезания, что делает его более безопасным и менее опасным для определенных видов опухолей. В частности, пучки протонов оказались очень эффективными при лечении некоторых типов рака глаза. Раньше, чтобы добраться до опухоли, нужно было удалить глаз, но теперь на него можно нацелить пучок протонов.