Vad är en partikelstråle?
En partikelstråle är en stråle av accelererade partiklar, vanligtvis laddade partiklar (joner). Verklighetsapplikationer av en partikelstråle inkluderar partikelacceleratorer ("atomspridare"), i plasmafysik, katodstrålerör, TV-skärmar och i cancerterapier. Efter en kort rörelse av forskning om partikelstrålsvapen på 1980-talet släpptes sådana undersökningar mestadels, med lasrar och andra riktade energivapen idag. Ett naturligt exempel på en partikelstråle skulle vara blixtnedslag, där elektroner hoppar från negativt laddade moln till den neutrala marken.
De flesta typer av partikelstrålar består av laddade partiklar som protoner eller elektroner, eftersom laddade partiklar är lätta att accelerera med magneter. De flesta partikelstrålar skapas genom att driva en ström av partiklar genom en serie enheter, som var och en ger strålen lite, tills den accelereras till en betydande hastighet. I vissa partikelacceleratorer kan denna hastighet vara så mycket som 99,999% av ljusets hastighet. Partikelstrålar som består av elektroner tenderar att vara de snabbaste, eftersom dessa partiklar är mer än tusen gånger lättare än protoner och således kan accelereras lättast.
Även om termen "partikelstråle" har en sci-fi-känsla, finns partikelstrålar i alla tv-apparater med katodstrålerör. Även alla elektriska kablar kan anses innehålla en slags elektronpartikelstråle, även om deras bana sällan är linjär. I en tv-katodstrålerör produceras en partikelstråle av en elektronpistol. Elektronpistolen avfyrar elektroner på en lysrörsskärm, som lyser som svar på de inkommande partiklarna, vilket ger en bild.
En innovativ användning av partikelstrålar är i strålterapi, där en partikelstråle riktas för att döda cancerceller. Nackdelen med detta tillvägagångssätt är skador på friska celler och risken för överdriven strålningsexponering. Handlingsmekanismen är den strålning som skadar DNA från maligna celler och får dem att bli oförmögna att själv reproducera. En utmaning i denna typ av strålterapi är bildandet av tumörer med låg syre - tumörer som växer ut från deras blodtillförsel. Tumörer med höga halter syre är idealiska för strålbehandling, eftersom bombardering av den syresatta vävnaden med strålning frigör många fria radikaler som orsakar sekundär skada på cancerceller.
De mest kraftfulla partikelstrålarna i världen är de som används i de största partikelacceleratorerna, till exempel Large Hadron Collider (LHC) nära Genève, Schweiz. Large Hadron Collider ligger i en tunnel på 27 km (17 mi) i omkrets, så mycket som 175 m (570 ft) under jord. Till en kostnad på cirka 10 miljarder USD (US Dollars) är LHC en av de största och dyraste maskinerna som någonsin har byggts.