Kako nastane protonski žarek?

Proton je eden od gradnikov atoma. Protoni skupaj z nevtroni in veliko manjšimi elektroni tvorijo osnovne elemente. Ko se ti mikroskopski delci usmerijo v ozek žarek in streljajo z izjemno visoko hitrostjo, se imenuje protonski žarek. Protonski žarki so izjemno koristne stvari tako za eksperimentalne fizike kot zdravnike.

Protoni imajo pozitiven električni naboj. Stvari z nasprotnimi naboji se privlačijo, medtem ko se stvari z enakim nabojem odbijajo. To je osrednje načelo pospeševalnika delcev - stroj, ki se uporablja za izdelavo protonskih žarkov. Protone pospešujejo skozi cev elektromagneti. Ko je proton za magneti, se magnet preklopi v negativni naboj, da potegne proton proti sebi. Ko proton pospeši mimo magneta, se naboj preklopi na pozitivno, da potisne proton stran od njega in ga še pospeši. Celotna vrsta protonov v vrsti naredi protonski žarek.

Protonski žarek ima lahko skoraj hitrost svetlobe, vendar traja nekaj časa, da delci gredo naprej. Eden od načinov za to je uporaba velikega linearnega pospeševalnika. Linearni pospeševalniki so ogromne stvari - dolge do 2 milje.

Drug način za to je s krožnim pospeševalnikom. Krožni pospeševalniki ali ciklotroni imajo magnetno polje, zasnovano za upogibanje poti delca v krogu. Žarek protonov v ciklotronu se bo vrtel okoli in okoli, dokler ne dobijo dovolj hitrosti. Potem bodo ustreljeni v svojo tarčo.

Protonski žarki imajo veliko uporabnih aplikacij. Pogosto se uporabljajo v teoretični fiziki. Pospeševalci delcev razbijejo protone v druge protone, pa tudi nevtrone in druge elementarne delce. Ko delci trčijo, znanstveniki izmerijo majhne delce, ki jih vržejo iz trka. Poskušajo odkriti stvari o gluonih, kvarkih in drugih osnovnih delcih, ki tvorijo protone.

Protonski žarki se uporabljajo tudi v radioterapiji. Protoni so skrbno usmerjeni in ustreljeni proti tumorjem, kjer poškodujejo svojo DNA in uničijo rakave celice. Ta vrsta terapije zelo malo poškoduje okoliško tkivo. V nasprotju s kirurškim posegom ne zahteva rezanja, zaradi česar je veliko varnejši in manj škodljiv za nekatere vrste tumorjev. Zlasti protonski žarki so bili zelo učinkoviti pri zdravljenju nekaterih vrst očesnega raka. Prej je bilo treba oko odstraniti, da je prišlo do tumorja, zdaj pa ga lahko cilja protonski žarek.