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3. Teilchenbeschleuniger
Die Beschleunigung von Teilchen geschieht durch elektrische Felder. Elektrisch geladene Teilchen (Ladung Qe, Elementarladung e) erfahren im elektrischen Feld E eine Kraft F (F = QeE), die sie beschleunigt und dabei ihre Energie erhöht. Ein Beispiel hierfür ist die Braunsche Röhre.
Liegt zwischen zwei Metallplatten eine Spannung an, bildet sich zwischen den Platten ein elektrisches Feld aus. Einem sich darin befindenden geladenen Teilchen wird durch dieses elektrische Feld Energie zugeführt. Beträgt die Spannung 1 V, so erhöht sich auf dem Weg von der einen zur anderen Platte die Bewegungsenergie eines Teilchen mit der elektrischen Ladungsmenge Q = 1 um ein Elektronenvolt (1 eV).

Da die Ladung der Teilchen konstant ist, muss man also hohe Beschleunigungsspannungen anlegen, damit den Teilchen möglichst viel Energie zugeführt wird.
Das folgende Bild zeigt nochmals eine vereinfachte Darstellung einer linearen Beschleunigungsstrecke.

Um den zu beschleunigenden Teilchen höhere Energien zuzuführen, werden die Teilchen nicht nur durch ein einziges elektrisches Feld beschleunigt. Die Teilchen sollten hintereinander viele kleine Spannungsdifferenzen ausnutzen.
Um ein Elektron, das bereits die Ruheenergie von E_e^-= 0.511 MeV hat, mit einer Energie von 1.0 MeV auszustatten, benötigt man 489 Beschleunigungsstrecken mit einer Spannungsdifferenz von je 1000 V. Zunächst langsame Elektronen werden immer schneller, und so muß der Abstand der Platten größer werden.

Mit dem hier ladbaren Java-Applet wird ein Linearbeschleuniger simuliert.
Linearbeschleuniger bestehen aus in einer Folge aufgestellten Beschleunigungsstrecken. Baut man einen solchen Linearbeschleuniger durch Aneinanderreihen von geraden Beschleunigungsstrecken, so benötigt man viel Platz, um möglichst viele Beschleunigungsstrecken hintereinanderreihen zu können. Darin wird eine hochfrequente elektromagnetische Welle erzeugt, mittels derer die Teilchen beschleunigt werden.
Ähnlich wie ein Surfer auf einer Wasserwelle reitet, "reiten" geladene Teilchen auf elektromagnetischen Wellen. Teilchen, die sich näher an den Wellenbergen und -tälern befinden, erfahren einen größeren Energiezuwachs. Teilchen, die sich näher an der "Wellenmitte" befinden, erfahren einen geringeren Energiezuwachs. Das ganze Teilchenpaket wird somit zusammengehalten, da - anschaulich gesprochen - bzgl. dem Mittelfeld eines Pakets die zurückfallenden Teilchen angeschoben und die vorauseilenden Teilchen etwas gebremst werden. Mit dieser Technik kann z.B. in Elektronen-Linearbeschleunigern eine Energie von 15 MeV pro Meter (!) zugeführt werden.

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3. Teilchenbeschleuniger