Wat is een deeltjesstraal?
Een deeltjesstraal is een straal van versnelde deeltjes, meestal geladen deeltjes (ionen). Real-life toepassingen van een deeltjesbundel zijn onder andere deeltjesversnellers ("atom smashers"), in plasmafysica, kathodestraalbuistelevisies, computerschermen en in kankertherapieën. Na een korte vlaag van onderzoek naar deeltjesbundelwapens in de jaren tachtig, werden dergelijke onderzoeken meestal stopgezet, waarbij lasers en andere gerichte energiewapens tegenwoordig de aandacht en onderzoeksdollars krijgen. Een natuurlijk voorbeeld van een deeltjesstraal is bliksem, waarbij elektronen een sprong maken van negatief geladen wolken naar de neutrale grond.
De meeste soorten deeltjesbundels bestaan uit geladen deeltjes zoals protonen of elektronen, omdat geladen deeltjes eenvoudig te versnellen zijn met behulp van magneten. De meeste deeltjesstralen worden gecreëerd door een stroom deeltjes door een reeks apparaten te laten lopen, die elk een kleine duwtje geven aan de straal, totdat deze wordt versneld tot een significante snelheid. In sommige deeltjesversnellers kan deze snelheid oplopen tot 99,999% van de lichtsnelheid. Deeltjesbundels bestaande uit elektronen zijn meestal de snelste, omdat deze deeltjes meer dan duizend keer lichter zijn dan protonen en dus het gemakkelijkst kunnen worden versneld.
Hoewel de term "deeltjesbundel" een sci-fi-gevoel heeft, komen deeltjesbundels voor in alle televisies met kathodestraalbuizen. Zelfs alle elektrische kabels kunnen worden beschouwd als een soort elektronendeeltjesbundel, hoewel hun pad zelden lineair is. In een kathodestraalbuistelevisie wordt een deeltjesstraal geproduceerd door een elektronenkanon. Het elektronenkanon vuurt elektronen af op een fluorescerend scherm, dat oplicht in reactie op de binnenkomende deeltjes, waardoor een beeld wordt geproduceerd.
Een innovatief gebruik van deeltjesstralen is in bestralingstherapie, waarbij een deeltjesstraal wordt gericht op het doden van kankercellen. Het nadeel van deze benadering is schade aan gezonde cellen en het risico op overmatige blootstelling aan straling. Het werkingsmechanisme is de straling die het DNA van kwaadaardige cellen beschadigt, waardoor ze niet meer in staat zijn zichzelf te reproduceren. Een uitdaging bij dit soort bestralingstherapie is de vorming van zuurstofarme tumoren - tumoren die hun bloedtoevoer ontgroeien. Tumoren met een hoog zuurstofgehalte zijn ideaal voor bestralingstherapie, omdat bij het bombarderen van het zuurstofrijke weefsel met straling talloze vrije radicalen vrijkomen die secundaire schade aan kankercellen veroorzaken.
De krachtigste deeltjesbundels ter wereld zijn die welke worden gebruikt in de grootste deeltjesversnellers, zoals de Large Hadron Collider (LHC) in de buurt van Genève, Zwitserland. De Large Hadron Collider ligt in een omtrek van 27 km (17 mijl), maar liefst 175 m onder de grond. Met een kostprijs van ongeveer $ 10 miljard USD (US Dollars) is de LHC een van de grootste en duurste machines ooit gebouwd.