O que é um feixe de partículas?
Um feixe de partículas é um feixe de partículas aceleradas, geralmente partículas carregadas (íons). As aplicações da vida real de um feixe de partículas incluem aceleradores de partículas ("esmagadores de átomos"), em física de plasma, televisores de tubos de raios catódicos, monitores de computador e terapias contra o câncer. Após uma breve enxurrada de pesquisas sobre armamento com feixes de partículas na década de 1980, essas investigações foram praticamente suspensas, com lasers e outras armas de energia direcionada recebendo a atenção e o dinheiro da pesquisa hoje em dia. Um exemplo natural de um feixe de partículas seria um raio, onde os elétrons saltam de nuvens carregadas negativamente para o solo neutro.
A maioria dos tipos de feixe de partículas consiste em partículas carregadas, como prótons ou elétrons, porque as partículas carregadas são fáceis de acelerar com o uso de ímãs. A maioria dos feixes de partículas é criada executando um fluxo de partículas através de uma série de dispositivos, cada um dos quais dá uma pequena cutucada no feixe, até que seja acelerado a uma velocidade significativa. Em alguns aceleradores de partículas, essa velocidade pode chegar a 99,999% da velocidade da luz. Os feixes de partículas constituídos por elétrons tendem a ser os mais rápidos, pois são mais de mil vezes mais leves que os prótons e, portanto, podem ser acelerados com mais facilidade.
Embora o termo "feixe de partículas" tenha uma sensação de ficção científica, os feixes de partículas são encontrados em todas as televisões de tubo de raios catódicos. Mesmo todos os cabos elétricos podem ser considerados como contendo um tipo de feixe de partículas de elétrons, embora seu caminho raramente seja linear. Em uma televisão de tubo de raios catódicos, um feixe de partículas é produzido por uma pistola de elétrons. A pistola de elétrons dispara elétrons em uma tela fluorescente, que acende em resposta às partículas recebidas, produzindo uma imagem.
Um uso inovador dos feixes de partículas é na terapia de radiação, onde um feixe de partículas é direcionado para matar células cancerígenas. A desvantagem dessa abordagem é o dano às células saudáveis e o risco de exposição excessiva à radiação. O mecanismo de ação é a radiação que danifica o DNA das células malignas, tornando-as incapazes de se auto-reproduzir. Um desafio nesse tipo de radioterapia é a formação de tumores com baixo oxigênio - tumores que superam o suprimento sanguíneo. Tumores com altos níveis de oxigênio são ideais para terapia de radiação, pois bombardear o tecido oxigenado com radiação libera numerosos radicais livres que causam danos secundários às células cancerígenas.
Os feixes de partículas mais poderosos do mundo são os usados nos maiores aceleradores de partículas, como o Large Hadron Collider (LHC), perto de Genebra, na Suíça. O Large Hadron Collider fica em um túnel de 27 km (17 milhas) de circunferência, até 175 m (570 pés) de profundidade. A um custo de cerca de US $ 10 bilhões (dólares americanos), o LHC é uma das maiores e mais caras máquinas já construídas.