什么是粒子束(Particle Beam)？

粒子束是一束加速粒子束，通常是带电粒子（离子）。粒子束在现实生活中的应用包括粒子加速器（"原子粉碎器"）、等离子体物理、阴极射线管电视、计算机显示器和癌症治疗。在20世纪80年代对粒子束武器进行了短暂的研究之后，这样的研究大多被放弃了，激光和其他定向能武器现在得到了关注和研究资金。粒子束的一个自然例子就是闪电，电子从带负电荷的云跃迁到中性地。放射疗法使用粒子束来杀死癌细胞。大多数类型的粒子束由带电粒子组成，如质子或电子，因为带电粒子在使用磁铁时很容易加速。大多数粒子束是通过一系列装置使粒子流产生的，每一个都会对束流施加一点微推，直到它被加速到一个显著的速度。在一些粒子加速器中，这个速度可以高达速度的99.999%由电子组成的粒子束是最快的，由于这些粒子比质子轻一千多倍，因此最容易加速。阴极射线管使用粒子束在电视和电脑显示器上产生图像。虽然"粒子束"一词有科幻的感觉，粒子束存在于所有的阴极射线管电视中。甚至所有的电缆都可以被认为包含一种电子粒子束，尽管它们的路径很少是线性的。在阴极射线管电视中，粒子束是由电子枪产生的电子枪向荧光屏发射电子，荧光屏对入射的粒子做出反应而亮起，产生图像。粒子束的一个创新用途是在放射治疗中，用粒子束杀死癌细胞。这种方法的缺点是对健康细胞的损害和过度辐射的风险。其作用机制是辐射破坏恶性细胞的DNA，使其无法自我繁殖。这种放射疗法的一个挑战是低氧肿瘤的形成——血液供应不足的肿瘤。高含氧量的肿瘤是放射治疗的理想选择，因为用辐射轰击含氧组织会释放大量自由基，从而对癌细胞造成二次伤害。世界上最强大的粒子束是用在最大的粒子加速器，如瑞士日内瓦附近的大型强子对撞机（LHC）。大型强子对撞机位于一个周长27公里（17英里）的隧道内，地下175米（570英尺）。LHC耗资约100亿美元，是有史以来建造的最大和最昂贵的机器之一。