Cos'è un raggio di particelle?
Un raggio di particelle è un raggio di particelle accelerate, di solito particelle cariche (ioni). Le applicazioni di vita reale di un raggio di particelle includono acceleratori di particelle ("Atom Smashers"), in fisica al plasma, televisori a tubo a raggi catodici, display per computer e terapie del cancro. Dopo una breve raffica di ricerche sulle armi del raggio di particelle negli anni '80, tali indagini furono per lo più abbandonate, con laser e altre armi energetiche dirette che attirano l'attenzione e i dollari di ricerca al giorno d'oggi. Un esempio naturale di un raggio di particelle sarebbe un fulmine, in cui gli elettroni effettuano un salto da nuvole caricate negativamente al terreno neutro.
La maggior parte dei tipi di raggio di particelle è costituita da particelle cariche come protoni o elettroni, poiché le particelle cariche sono facili da accelerare usando i magneti. La maggior parte dei raggi di particelle viene creata eseguendo un flusso di particelle attraverso una serie di dispositivi, ognuno dei quali impartisce una piccola spinta al raggio, fino a quando non viene accelerata a una velocità significativa. In alcune partiAcceleratori CLE, questa velocità può essere fino al 99,999% della velocità della luce. I raggi di particelle costituiti da elettroni tendono ad essere il più veloce, poiché queste particelle sono più di mille volte più leggere dei protoni e possono quindi essere accelerate più facilmente.
Sebbene il termine "raggio di particelle" abbia una sensazione di fantascienza, i raggi di particelle si trovano in tutti i televisori a tubo a raggi catodici. Anche tutti i cavi elettrici possono essere considerati per contenere una sorta di raggio di particelle di elettroni, anche se il loro percorso è raramente lineare. In una televisione a tubo a raggi catodici, un raggio di particelle è prodotto da una pistola elettronica. La pistola elettronica spara elettroni su uno schermo fluorescente, che si illumina in risposta alle particelle in arrivo, producendo un'immagine.
Un uso innovativo di raggi di particelle è nella radioterapia, in cui un raggio di particelle è diretto a uccidere le cellule tumorali. L'aspetto negativo di questo approccio è il danno alle cellule sane e alRischio di eccesso di esposizione alle radiazioni. Il meccanismo d'azione è la radiazione che danneggia il DNA delle cellule maligne, causandole incapaci di auto-reproduzione. Una sfida in questo tipo di radioterapia è la formazione di tumori a basso ossigeno: tumori che superano l'afflusso di sangue. I tumori con alti livelli di ossigeno sono ideali per la radioterapia, poiché bombardare il tessuto ossigenato con radiazioni rilasciano numerosi radicali liberi che causano danni secondari alle cellule tumorali.
Le più potenti fasci di particelle del mondo sono quelle utilizzate nei più grandi acceleratori di particelle, come il grande Hadron Collider (LHC) vicino a Ginevra, Svizzera. Il grande Collider di Hadron si trova in un tunnel di 27 km (17 mi) di circonferenza, fino a 175 m (570 piedi) sottoterra. Ad un costo di circa $ 10 miliardi di dollari (dollari USA), l'LHC è una delle macchine più grandi e costose mai costruite.