Wat u moet weten over ionenstralen
Of het nu gaat om het bepalen van de oorsprong van verontreinigende stoffen, het karakteriseren van verontreinigende stoffen in voedsel, het in beeld brengen van afzonderlijke biologische cellen of het dateren van historische voorwerpen, wetenschappers gebruiken ionenbundels om ons te helpen antwoorden te vinden. Maar wat zijn ionenbundels en hoe worden ze gebruikt?
Ter voorbereiding van de internationale conferentie van volgende week over versnellers voor onderzoek en duurzame ontwikkeling: From Good Practices Towards Socioeconomic Impact', hebben wij de informatie die u nodig heeft. De conferentie zal ionenbundels en hun toepassingen onder de aandacht brengen en de best practices en baanbrekende wetenschappelijke resultaten bespreken. De conferentie wordt ook wereldwijd uitgezonden, en waarnemers kunnen zich nog steeds registreren voor virtuele aanwezigheid.
Ionenbundels zijn, zoals de naam al zegt, stromen van elektrisch geladen atomen. De ionen in een bundel worden geproduceerd door speciale instrumenten, ionenbronnen genaamd. Zij winnen aan snelheid wanneer zij een elektrisch veld, dat in een deeltjesversneller wordt opgewekt, binnengaan en worden door magnetische velden gestuurd en gefocusseerd om in een vacuüm in een metalen buis parallelle banen af te leggen. Afhankelijk van het type versneller kunnen ionenbundels worden versneld met een snelheid die de lichtsnelheid benadert.
In het geval van tandem-elektrostatische versnellers worden ionenbundels in een materiaalmonster of -voorwerp gebombardeerd. De interactie met het materiaal kan de ionen in de bundel dwingen van koers te veranderen, of de botsing kan deeltjes of straling doen vrijkomen, voornamelijk in de vorm van röntgen- of gammastralen. Deze straling kan vervolgens worden gedetecteerd en geanalyseerd. De eigenschappen van de energie en van de uitgezonden straling onthullen details over de samenstelling van het gebombardeerde monster, zoals of het al dan niet kristallijn is, de hardheid en de fysische eigenschappen, die van belang zijn voor opkomende technologieën. Gebombardeerde monstermaterialen of objecten kunnen ook variëren in vorm en fasen van materie en kunnen dunne folies zijn; kleine grondkorrels; menselijke, dierlijke of plantencellen; zaden; rotsen; vloeistoffen; of zelfs historische artefacten of standbeelden. Afhankelijk van de vorm en samenstelling van het materiaal kan het bombarderen plaatsvinden in een vacuüm of in lucht.
Vanwege hun unieke analytische en modificerende mogelijkheden worden versnelde ionenbundels in veel toepassingen gebruikt. Bij het kweken van plantmutaties worden ionenbundels gebruikt om plantmateriaal of zaailingen te bestralen, om hun natuurlijke evolutieproces van geïnduceerde mutaties te versnellen en gewassen te ontwikkelen die een hogere opbrengst hebben of resistent zijn tegen ziekten en droogte.
Protonen en andere ionen worden op grote schaal gebruikt om de radio-isotopen te produceren die nodig zijn voor de aanmaak van radiofarmaceutica voor de diagnose en behandeling van kanker. Bij kankertherapie worden proton- en koolstofionenbundels gebruikt om kankertumoren te bombarderen, vooral wanneer geen alternatieve therapie mogelijk is. Deze stralen leveren energie aan een tumor om deze te verhitten en te desintegreren. "Deeltjesbundels zijn unieke sondes die niet alleen kunnen worden gebruikt om het universum beter te begrijpen, maar ook om fysische processen te analyseren en te benutten die het leven kunnen verbeteren en de economische groei kunnen ondersteunen", aldus Danas Ridikas, hoofd van de afdeling Fysica bij de IAEA. "Deeltjesversnellers zijn een kosteneffectieve investering om duurzame ontwikkeling te helpen verwezenlijken. Met een nieuwe tandem-ionenbundelversneller kan de IAEA landen verder helpen bij het versterken van hun capaciteiten op het gebied van versnellertechnologieën en de toepassingen daarvan."
Het complete artikel is te lezen op de website van de IAEA.
Foto: IAEA