Der erste Kreisbeschleuniger wurde in den 1930er Jahren entwickelt – und zwar von Ernest Orlando Lawrence in Berkeley (USA), der dafür im Jahr 1939 den Physik-Nobelpreis erhielt.

Der erste Kreisbeschleuniger: das Zyklotron.

Die Hochzeiten der Zyklotrone sind vorbei. Diese Beschleuniger werden nämlich recht schnell unhandlich, um hohe Energien zu erreichen. So wurde das größte Zyklotron 1954 im russischen Dubna gebaut und brachte 7.200 Tonnen auf die Waage.

Erfinder des Zyklotrons: Ernest Orlando Lawrence 1901-1958

Ein Zyklotron besteht aus zwei D-förmigen Kammern, zwischen denen eine Wechselspannung angelegt wird. Diese ist immer so gepolt, dass die Teilchen beschleunigt und nicht abgebremst werden, wenn sie sich im Spalt zwischen den beiden Kammern befinden. Die Kammern selbst sind von einem Magnetfeld durchsetzt, das die Teilchen auf eine Kreisbahn zwingt. Mit zunehmender Energie wird die Kreisbahn der Teilchen immer größer, bis sie das Zyklotron verlassen.

Das Zyklotron kann nur bei nicht-relativistischen Teilchen verwendet werden (deswegen meist Protonen, keine Elektronen), weil es sonst zu Taktlosigkeiten kommt und die Beschleunigungsspannung nicht mehr in die richtige Richtung zeigt. Maschinen, die diesen Effekt ausgleichen heißen Synchrozyklotrons. Bei ihnen ändert sich die Stärke des Magnetfeldes mit der Zeit.

Energien, die man in einem Zyklotron erreichen kann.

Gehen wir davon aus, dass sich die Geschwindigkeit der Teilchen noch weit unter der des Lichts bewegt. Dann gilt für die Bewegungsenergie:

Auf der anderen Seite gilt für die Bahn des Teilchens, dass Lorentz-Kraft und Radialbeschleunigung im Gleichgewicht sind

Bei einem Proton, einem Magnetfeld von 1,6 Tesla und einem Zyklotronradius von 0,3 Metern ergibt dies: 11 Millionen Elektronenvolt.