Kennenlernen: Kapitel "Wie beschleunigen?" / 1 [DESYs KworkQuark]

Die Grundidee: Spannung

Mit Hilfe elektrischer Spannungen bringen Physiker geladene Teilchen auf Trab und somit auf hohe Energien.

Wie beschleunigt man kleinste Teilchen? Wie bringt man sie auf Trab? Viele Möglichkeiten gibt es nicht: Die Schwerkraft scheidet aus. Sie ist zu schwach, als dass es reichen würde, ein Elektron von einem Turm zu werfen, und zu hoffen, dass es unten schnell aufprallt. Düsentriebwerke für die winzigen Teilchen gibt es auch keine.

Noch ohne Patent: Düsentriebwerke für Elektronen.

Es gibt aber elektrische Felder. Und in diesen wandern negativ geladene Elektronen immer zum positiv geladenen Pluspol. So passiert es in Stromleitungen, beim Blitzeinschlag und in modernen Teilchenbeschleunigern: Elektrische Spannungen sind die einzigen Möglichkeiten, Teilchen auf Trab zu bringen.

Spannungen und elektrische Feldstärke

Die Einheit der Spannung ist das Volt. An einem Antennenkabel liegen 0,1 Tausendstel Volt an, eine Autobatterie liefert 12 Volt, Hochspannungsleitungen kommen mit 800.000 Volt daher und in einem Blitz gibt es bis zu 100 Millionen Volt.

Wo Spannungen sind, gibt es auch elektrische Felder. Deren Stärke gibt die Kraft pro Ladung an und ist damit die eigentlich maßgebliche Größe für Beschleunigerphysiker. Es gilt dabei: Je höher die Spannung zwischen zwei Platten und je kleiner ihr Abstand, umso größer ist die Stärke des elektrischen Feldes.

Hier ein paar elektrische Feldstärken zum Vergleich:

Stereo-Radioemfang: 50 Millionstel Volt pro Meter
Feldstärke zwischen zwei Hochspannungsleitungen: 100.000 Volt pro Meter
Feldstärke in Gewitterluft kurz vor dem Blitzeinschlag: 2 bis 3 Millionen Volt pro Meter
Feldstärke im Vakuum von DESYs Beschleuniger HERA: 6 Millionen Volt pro Meter
Feldstärke beim Zukunftsprojekt ILC: 25 Millionen Volt pro Meter