2) как лёгкие, так и тяжёлые только заряженные частицы (+)
3) лёгкие и тяжёлые заряженные и незаряженные частицы
4) только тяжёлые заряженные частицы
Синхротрон предназначен для ускорения заряженных частиц, поскольку принцип его работы основан на воздействии электрического поля, увеличивающего энергию частиц, и магнитного поля, удерживающего их на заданной замкнутой орбите. По мере роста импульса частицы магнитное поле синхронно изменяется, что позволяет сохранять практически постоянный радиус траектории. Поэтому в синхротронах могут ускоряться как лёгкие заряженные частицы, например электроны и протоны, так и более тяжёлые ионы.
Незаряженные частицы непосредственно ускорить таким способом невозможно: электрическое поле не сообщает им направленного ускорения, а магнитное поле не обеспечивает необходимого управления траекторией посредством силы Лоренца. В медицинской физике особое значение имеют протонные и ионные синхротроны, применяемые для получения терапевтических пучков высокой энергии. Тяжёлые ионы, в частности ионы углерода, сочетают выраженную пространственную селективность энерговыделения с высокой линейной передачей энергии, что используется в современной корпускулярной лучевой терапии.
| Тип частиц | Электрический заряд | Возможность ускорения в синхротроне | Практическое значение |
|---|---|---|---|
| Электроны | Отрицательный | Да | Источники синхротронного излучения, ускорительная техника |
| Протоны | Положительный | Да | Протонная лучевая терапия |
| Ионы углерода | Положительный после ионизации | Да | Ионная терапия опухолей |
| Другие тяжёлые ионы | Положительный | Да | Исследовательские и специализированные медицинские установки |
| Нейтроны | Нулевой | Нет, непосредственно | Получаются преимущественно во вторичных ядерных реакциях |
| Фотоны | Нулевой | Нет | Могут генерироваться ускоренными заряженными частицами |
Выбор ускоряемых частиц определяется не их массой, а прежде всего наличием электрического заряда, обеспечивающего взаимодействие с ускоряющими и управляющими электромагнитными полями. Синхронное изменение параметров магнитной системы позволяет работать с частицами, существенно различающимися по массе и энергии. В лучевой терапии это делает синхротроны особенно ценными источниками протонных и тяжёлоионных пучков. Характерное дозовое распределение таких частиц, включая пик Брэгга, позволяет концентрировать энергию в области мишени при относительном снижении дозы в окружающих тканях.