Što je snop čestica?

Snop čestica je snop ubrzanih čestica, obično nabijenih čestica (iona). Stvarne primjene snopa čestica uključuju akceleratore čestica („razbijači atoma“), u fizici plazme, televizorima s katodnom cijevi, računalnim zaslonima i u terapiji raka. Nakon kratkog naleta istraživanja oružja snopa čestica 1980-ih, takva su istraživanja uglavnom odustala, a laseri i druga usmjerena energetska oružja danas su privukla pažnju i dolari za istraživanje. Prirodan primjer snopa čestica bila bi munja, gdje elektroni skaču iz negativno nabijenih oblaka na neutralno tlo.

Većina vrsta snopa čestica sastoji se od nabijenih čestica kao što su protoni ili elektroni, jer se nabijene čestice lako ubrzavaju pomoću magneta. Većina snopova čestica nastaje provođenjem struje čestica kroz niz uređaja, od kojih svaki daje mali pomak snopu, sve dok se ne ubrza do značajne brzine. U nekim akceleratorima čestica ova brzina može iznositi čak 99.999% brzine svjetlosti. Snope čestica sastavljene od elektrona obično su najbrže, jer su te čestice više od tisuću puta lakše od protona i stoga se najlakše mogu ubrzati.

Iako izraz “snop čestica” ima znanstveno-fantastični dojam, snopovi čestica nalaze se u svim televizorima s katodnom cijevi. Čak se i za sve električne kabele može smatrati da sadrže neku vrstu snopa elektronskih čestica, iako je njihov put rijetko linearan. U televiziji s katodnom cijevi, snop čestica proizvodi elektronski top. Elektronski pištolj ispaljuje elektrone na fluorescentni zaslon, koji svijetli kao odgovor na dolazne čestice, stvarajući sliku.

Jedna inovativna upotreba zraka čestica je u terapiji zračenjem, gdje je snop čestica usmjeren na ubijanje stanica raka. Loša strana ovog pristupa je oštećenje zdravih stanica i rizik od prekomjernog izlaganja zračenju. Mehanizam djelovanja je zračenje koje oštećuje DNK malignih stanica, zbog čega one postaju nesposobne za samoreprodukciju. Jedan izazov u ovoj vrsti terapije zračenjem je stvaranje tumora s niskim udjelom kisika – tumora koji prerastu svoju opskrbu krvlju. Tumori s visokom razinom kisika idealni su za terapiju zračenjem, jer bombardiranje oksigeniziranog tkiva zračenjem oslobađa brojne slobodne radikale koji uzrokuju sekundarna oštećenja stanica raka.

Najsnažniji snopovi čestica na svijetu su oni koji se koriste u najvećim akceleratorima čestica, kao što je Veliki hadronski sudarač (LHC) u blizini Ženeve u Švicarskoj. Veliki hadronski sudarač leži u tunelu opsega 27 km (17 milja), čak 175 m (570 stopa) pod zemljom. Po cijeni od oko 10 milijardi USD (US dolara), LHC je jedan od najvećih i najskupljih strojeva ikada napravljenih.