Як створюється протонний пучок?

Протон є одним із будівельних блоків атома. Протони разом з нейтронами та значно меншими електронами складають основні елементи. Коли ці мікроскопічні частинки фокусуються у вузький промінь і вистрілюють з надзвичайно високою швидкістю, це називається протонним пучком. Протонні пучки - надзвичайно корисні речі як для фізиків-експериментаторів, так і для лікарів.

Протони мають позитивний електричний заряд. Речі з протилежними зарядами приваблюють один одного, тоді як речі з однаковим зарядом відштовхуються. Це центральний принцип у прискорювачі частинок - машина, яка використовується для виготовлення протонних пучків. Протони прискорюються через трубку за допомогою електромагнітів. Коли за магнітами знаходиться протон, магніт перемикається на негативний заряд, щоб тягнути протон до нього. Коли протон проходить швидше за магніт, заряд перемикається на позитивний, щоб відштовхнути протон від нього, прискорюючи його ще більше. Цілий ряд протонів підряд робить протонний пучок.

Протонний промінь може рухатися майже зі швидкістю світла, але для того, щоб частки рухались, потрібен деякий час. Один із способів зробити це - використовувати великий лінійний прискорювач. Лінійні прискорювачі - це масивні речі - довжиною до 2 миль.

Інший спосіб зробити це за допомогою кругового прискорювача. Кругові прискорювачі, або циклотрони, мають магнітне поле, призначене для згинання шляху частинки по колу. Промінь протонів у циклотроні буде обертатися навколо і навколо, поки вони не наберуть достатньої швидкості. Тоді вони будуть розстріляні в ціль.

Протонові пучки мають багато корисних застосувань. Вони часто використовуються в теоретичній фізиці. Прискорювачі частинок розбивають протони на інші протони, а також нейтрони та інші елементарні частинки. Коли частинки стикаються, вчені вимірюють дрібні частинки, викинуті під час зіткнення. Вони намагаються виявити речі про глюони, кварки та інші основні частинки, з яких складаються протони.

Протонові пучки також використовуються в променевій терапії. Протони ретельно націлюються і стріляють у пухлини, де вони пошкоджують їх ДНК і вбивають ракові клітини. Цей вид терапії дуже мало пошкоджує навколишні тканини. На відміну від хірургічного втручання, воно не вимагає різання, що робить його набагато безпечнішим і менш шкідливим для певних видів пухлин. Зокрема, протонні пучки були дуже ефективними при лікуванні деяких видів раку очей. Раніше око потрібно було видалити, щоб дістатися до пухлини, але тепер воно може бути націлене протонним пучком.