粒子ビームとは何ですか？

粒子ビームは、通常は荷電粒子（イオン）である加速粒子のビームです。 粒子ビームの実際のアプリケーションには、プラズマ物理学、ブラウン管テレビ、コンピューターディスプレイ、およびがん治療における粒子加速器（「原子粉砕機」）が含まれます。 1980年代に粒子ビーム兵器の研究が短期間続いた後、そのような調査はほとんど中止され、最近ではレーザーやその他の指向性エネルギー兵器が注目を集めて研究費を集めています。 粒子ビームの自然な例は、電子が負に帯電した雲から中性の地面にジャンプする雷です。

ほとんどのタイプの粒子ビームは、陽子や電子などの荷電粒子で構成されています。これは、荷電粒子は磁石を使用すると加速しやすいためです。 ほとんどの粒子ビームは、一連のデバイスに粒子の流れを流すことで作成されます。各デバイスは、ビームがかなりの速度に加速されるまで、ビームにわずかな微調整を与えます。 一部の粒子加速器では、この速度は光の速度の99.999％に達する場合があります。 電子で構成された粒子ビームは、陽子よりも千倍以上軽いため、最も簡単に加速できるため、最速になる傾向があります。

「粒子線」という用語にはSFの感覚がありますが、粒子線はすべてのブラウン管テレビで見られます。 すべての電気ケーブルでさえ、その経路はほとんど直線的ではありませんが、一種の電子粒子ビームを含むと考えることができます。 ブラウン管テレビでは、電子銃によって粒子ビームが生成されます。 電子銃は蛍光スクリーンで電子を発射します。蛍光スクリーンは、入ってくる粒子に反応して点灯し、画像を生成します。

粒子線の革新的な使用法の1つは、放射線療法であり、粒子線はがん細胞を殺すように向けられています。 このアプローチの欠点は、健康な細胞への損傷と過剰な放射線被曝のリスクです。 作用のメカニズムは、放射線が悪性細胞のDNAを損傷し、それらが自己再生不能になることです。 このタイプの放射線療法の課題の1つは、低酸素腫瘍の形成です。これは、血液供給量を上回る腫瘍です。 高レベルの酸素を含む腫瘍は、放射線療法に理想的です。酸素を含む組織に放射線を当てると、ガン細胞に二次的な損傷を引き起こす多数のフリーラジカルが放出されます。

世界で最も強力な粒子ビームは、スイスのジュネーブ近くの大型ハドロン衝突型加速器（LHC）などの最大の粒子加速器で使用されているものです。 大型ハドロン衝突型加速器は、周囲27 km（17マイル）、地下175メートル（570フィート）のトンネル内にあります。 約100億ドル（米ドル）のコストで、LHCはこれまでに製造された中で最大かつ最も高価な機械の1つです。