4. Kreisbeschleuniger |
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| Beim Linearbeschleuniger, wie er auf der vorangegangenen Seite beschrieben wird, benötigt man viel Platz, um möglichst viele Beschleunigungsstrecken hintereinanderreihen zu können. | |
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Platz kann man sparen, indem man zu Ringbeschleunigern
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In Kreisbeschleunigern werden kurze Beschleunigungsstrecken benötigt , die aus einigen der unten abgebildeten Kammern bestehen, man nennt sie Kavitäten. |
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| Es handelt sich hierbei um Hohlräume,
deren Abmessungen auf wenige Mikrometer genau der Wellenlänge der zur
Beschleunigung eingestrahlten elektromagnetischen Welle entsprechen. Dadurch
entstehen stehende elektromagnetische Wellen, deren Periode genau mit der
Frequenz der durchfliegenden Teilchen abgestimmt sind (Hohlraumresonatoren). |
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| Um die geladenen Teilchen auf eine Kreisbahn zu zwingen, bedient man sich der Lorentz-Kraft. Diese zwingt geladene Teilchen in einem Magnetfeld auf eine Kreisbahn. So kann man eine Beschleunigungsstrecke mehrfach nutzen, man muß nur das Magnetfeld der zwischen den Beschleunigungsstrecken befindlichen Ablenkungsmagnete dem jeweils gestiegenen Teilchenimpuls anpassen. Aufgrund dieser "synchronen" Anpassung des Magnetfelds nennt man einen Ringbeschleuniger auch "Synchrotron". Die Wirkung der Lorentz-Kraft hängt vom Ladungsvorzeichen ab, so daß man Teilchen und Antiteilchen im gleichen Ring beschleunigen kann. Bei einem Ringbeschleuniger entsteht jedoch das Problem der Synchrotronstrahlung, die die Teilchen während eines Umlaufs um den Ring einen nicht geringen Energiebetrag verlieren läßt. Die abgestrahlte Leistung ist umso stärker, je größer die Kreisbeschleunigung im Vergleich zur Ruhemasse des beschleunigten Teilchens ist. Daher gibt es insbesondere bei Elektronenbeschleunigern eine Grenze für die höchste erreichbare Energie. Ringbeschleuniger ab einer Teilchenenergie von 100 GeV werden daher unwirtschaftlich. | |
| Man kann alle stabilen geladenen Teilchen in Beschleunigern auf hohe Energien bringen. Heute hat man Beschleuniger für Elektronen, Positronen, für Protonen und Antiprotonen und sogar für Ionen bis zum Kern des Bleiatoms. Kollidieren hochenergetische Teilchen mit Materie, so entsteht eine Vielzahl anderer Teilchen, die in Richtung des ursprünglichen Teilchens fliegen. Durch geeignete Wahl der Materie und eine folgende Selektion mit Hilfe von Magneten und Kollimatoren (Blenden) lassen sich gezielt Strahlen der neuen Teilchen erzeugen. Heute stehen an den Beschleunigerzentren Strahlen aus vielen verschiedenartigen hochenergetischen Teilchen für Experimente zur Verfügung. Elektron-Positron-Paare erzeugt man z. B., indem man Photonen auf ein Blei-Target schießt: | |
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| Durch die Teilchenbeschleuniger hat man sehr hohe Energien (hunderte GeV) für Experimente zur Verfügung, die einer Auflösung von 10-18 m und besser entsprechen. Wir können nun die Bezeichnung Hochenergiephysik für die Teilchenphysik nachvollziehen. | |
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