deeltjesbeam

Een deeltjesbeam is een geconcentreerde stroom van deeltjes die onder een gezamenlijke richting bewegen. Meestal wordt een deeltjesbeam geproduceerd door een bronnenapparaat en een versneller, en vervolgens langs een vacuümkanaal geleid met magnetische en elektrische elementen om richting, energie en focus te beheersen. Deeltjes in een beam kunnen geladen zijn (zoals elektronen, protonen of ionen) of neutraal (bijvoorbeeld neutronen in neutronenbeams).

Een beam wordt gevormd met een combinatie van bronnen, versnellers en beamline-elementen. Bronnen leveren deeltjes; versnellers brengen ze in hoge temperatuur, snelheid en energie. Voorbeelden zijn elektronenguns, ionenkoppen, lineaire acceleratoren (linacs), cyclotrons en synchrotrons. In colliders komen twee beams uit twee richtingen samen bij een interactiepunt. Beams bestaan doorgaans uit bunched packets en worden gefocust met magneten (dipolen voor afbuiging, quadrupolen voor focus) en gestuurd door een vacuümkanaal. Belangrijke parameters zijn energie, intensiteit, emittantie (spreiding in positie en snelheid) en luminositeit (meetwaarde voor het aantal botsingen per tijdseenheid bij colliders).

Toepassingen van deeltjesbeams zijn breed. In de fundamentele fysica leveren colliders zoals die in grote deeltjesfaciliteiten inzichten in elementaire deeltjes en krachten. In de geneeskunde worden protonen- en koolstofiontherapieën gebruikt voor kankertumoren. In de industrie en materiaalwetenschap worden ionen geïmplanteerd en beamtechnologieën toegepast bij beeldvorming en lithografie; röntgenstraling uit synchrotron- en free-electron-lasers wordt geproduceerd door snelle elektronenbeams.

Veiligheid en beheer van de stralingsbelasting zijn cruciaal. Stralingsbescherming, afscherming en beperking van beamlosses zijn centrale aandachtspunten naast uitdagingen zoals beamstabiliteit, ruimte-kraag en activatie van materialen.