Welche Arten von Linearbeschleunigern gibt es?

Es gibt verschiedene Arten von Linearbeschleunigern.

• Es gibt Linearbeschleuniger, bei denen es nur eine Sorte von geladenen Teilchen gibt, z.B. Elektronen, die auf ein festes Target geschossen werden.

• Es gibt Linearbeschleuniger, bei denen aus zwei entgegengesetzt beschleunigenden Beschleunigern die Teilchen an einem Punkt zur Kollision gebracht werden.

• Es gibt Linearbeschleuniger, in denen sowohl eine Sorte von Teilchen als auch dessen Antiteilchen beschleunigt werden, z.B. Elektron und Positron. Dies ist möglich, da wie oben gezeigt auf den Beschleunigungsstrecken die Platten zur Erzeugung der elektrischen Felder ständig umgepolt werden. Somit kehren sich auch die elektrischen Felder ständig um und können somit sowohl positiv als auch negativ geladene Teilchen beschleunigen. Wenn sie genug beschleunig sind, kann man ihre Bahnen mit Hilfe eines Magnetfeldes trennen und sie an einem bestimmten Punkt kollidieren lassen. Wieso Teilchen mit unterschiedlicher elektrischer Ladung im Magnetfeld unterschiedliche Ablenkungen erfahren, kannst Du weiter unten zu den Ringbeschleunigern nachlesen.

Wie werden die Teilchen in den Ringbeschleunigern auf eine Kreisbahn gebracht?

Würde man nur Linearbeschleuniger bauen, könnte man diese nur begrenzt lang machen, und diese Länge wäre die Beschleunigungsstrecke für die Teilchen. Daher nutzt man eine zweite Eigenschaft von elektrisch geladenen Teilchen, nämlich die, daß diese sich als bewegte Teilchen in Magnetfeldern ablenken lassen. Dies geschieht nach der Dir vielleicht noch bekannten Drei-Finger-Regel der linken Hand, die für negativ geladene Teilchen in Magnetfeldern gilt.

Wie lautet die Drei-Finger-Regel der linken Hand für Elektronen?   Zeigt der Daumen der linken Hand in Bewegungsrichtung der Elektronen und der Zeigefinger der rechten Hand in Richtung des Magnetfeldes, so gibt der Mittelfinger der linken Hand die Richtung der wirkenden Kraft an. Zeigt der Daumen der rechten Hand in Bewegungsrichtung der Elektronen und der Zeigefinger in Richtung des Magnetfeldes, so gibt der Mittelfinger die Richtung der wirkenden Kraft an. Zeigt der Daumen der linken Hand in Bewegungsrichtung der Elektronen und der Zeigefinger in Richtung des Magnetfeldes, so gibt der Mittelfinger die Richtung der wirkenden Kraft an. Zeigt der Zeigefinger der linken Hand in Bewegungsrichtung der Elektronen und der Daumen in Richtung des Magnetfeldes, so gibt der Mittelfinger die Richtung der wirkenden Kraft an.

Diese Eigenschaft von elektrisch geladenen Teilchen nutzt man in Ringbeschleunigern aus. Hier werden die elektrisch geladenen Teilchen auf bestimmten Strecken beschleunigt, auf anderen Strecken abgelenkt. Dadurch ergibt sich folgender schematischer Aufbau:

Welche Arten von Ringbeschleunigern gibt es?

Es gibt wiederum mehrere Arten von Ringbeschleunigern.

• Es gibt Ringbeschleuniger, bei denen die Teilchenpakete in einem Linearbeschleuniger vorbeschleunigt werden, dann in den Ringbeschleuniger eingeschossen werden, wo sie bis zu ihrer endgültigen Energie weiterbeschleunigt werden.

• Weiter gibt es Ringbeschleuniger, bei denen die Teilchenpakete in einem Ringbeschleuniger schon auf ihre endgültige Energie gebracht werden und im Ringbeschleuniger nur noch "gespeichert" werden. Daher nennt man diese Art auch Speicherring. Hier wird in den Beschleunigungsstrecken nur noch der Energieverlust ausgeglichen, den die Teilchen beim Zirkulieren erfahren. Auf diese Art zirkulieren die Teilchenpakete für mehrere Stunden in dem Ring.

• Läßt man in einem Ringbeschleuniger Teilchen und Antiteilchen zirkulieren, so kann man sie in einer Beschleunigerröhre laufen lassen. Dafür nutzt man eine weitere Eigenschaft elektrisch geladener Teilchen aus:

  Elektrisch positiv und elektrisch negativ geladene Teilchen verhalten sich sowohl im Magnetfeld als auch im elektrischen Feld entgegengesetzt. In den Beschleunigungsstrecken werden sie in entgegengesetzte Richtungen beschleunigt, und in den Ablenkmagneten in entgegengesetzte Richtungen abgelenkt.
  (Zur Abbildung rechts: Als Positronen bezeichnet man die "positiv gelandenen Elektronen".)

  Dadurch kann man Teilchenpakete aus positiven Teilchen und solche aus ihren negativen Antiteilchen gegeneinander laufen lassen, und sie immer wieder zur Kollision bringen.

• Läßt man in einem Ringbeschleuniger Teilchen gleicher elektrischer Ladung (z.B. Proton und Proton) oder unterschiedlicher Masse (z.B. Proton und Elektron) gegeneinander laufen, hat man keine so elegante Lösungsmöglichkeit wie im letzten Punkt. In diesem Fall braucht man zwei Beschleunigungsröhren. Jede hat ihre eigenen Beschleunigungs- und Ablenkvorrichtungen, und an manchen Stellen kreuzen sich die beiden Röhren. Dort werden die Teilchenpakete aus beiden Röhren dann zur Kollsion gebracht.

Um etwas über die existierenden Beschleunigeranlagen zu erfahren, gehe zur Seite CERN.

Auf der nächsten Seite Teilchenkollisionen kann man nun näheres zu den Teilchenkollsionen erfahren.

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