2) нейтроны
3) протоны (+)
4) фотоны
Правильный ответ — протоны. Протон обладает положительным электрическим зарядом и массой покоя, поэтому электрическое поле может совершать над ним работу, увеличивая его кинетическую энергию. В линейных ускорителях, циклотронах и синхротронах протоны ускоряются радиочастотными электрическими полями, а магнитные поля изменяют направление их движения и удерживают пучок на заданной траектории.
В медицинской физике ускоренные протоны применяются, в частности, в протонной лучевой терапии. При прохождении вещества они теряют энергию преимущественно в конце пробега, формируя пик Брэгга; это позволяет концентрировать дозу в области опухоли и уменьшать облучение тканей за её пределами. Нейтроны не имеют электрического заряда и не ускоряются непосредственно электрическим полем, хотя могут образовываться с высокой энергией в ядерных реакциях. Фотоны в вакууме распространяются с постоянной скоростью света, а нейтрино электрически нейтральны и практически не взаимодействуют с электромагнитными полями, поэтому обычному ускорению в медицинских ускорителях не подлежат.
| Частица | Электрический заряд | Возможность прямого ускорения электромагнитным полем | Медико-физическое значение |
|---|---|---|---|
| Протон | +1e | Да; электрическое поле увеличивает энергию, магнитное поле отклоняет траекторию | Протонная терапия, радионуклидное производство, ядерно-физические исследования |
| Электрон | −1e | Да; легко ускоряется в линейных ускорителях | Генерация тормозного рентгеновского излучения, электронная лучевая терапия |
| Нейтрон | 0 | Нет прямого ускорения электрическим полем; энергия обычно приобретается при ядерных реакциях | Нейтронные источники, нейтрон-захватная терапия, радиационная защита |
| Фотон | 0 | Нет: в вакууме скорость постоянна и равна скорости света; возможно изменение энергии, но не скорости | Рентгенодиагностика, лучевая терапия, лазерные и оптические системы |
| Нейтрино | 0 | Не ускоряется обычными электромагнитными полями из-за отсутствия заряда и крайне слабого взаимодействия | Фундаментальные исследования; практическое применение в клинической физике ограничено |
Ключевой критерий для прямого ускорения частицы в ускорителе — наличие электрического заряда и массы покоя. Ускорение означает изменение скорости или направления движения, а для массивной заряженной частицы в релятивистском режиме главным образом — увеличение энергии и импульса. Поэтому протоны являются типичным объектом ускорения и одновременно основой метода протонной терапии. Полученный пучок контролируют по энергии, интенсивности, геометрии и дозиметрическим характеристикам.