5. Speicherringe:


Die Idee, Teilchen in einem Kreisbeschleuniger bei konstanter Energie möglichst lange ohne große Intensitätsverluste umlaufen zu lassen, sie auf diese Weise also zu speichern, wurde schon 1943 von Rudolf Kollath, Bruno Touschek und Rolf Wideröe geäußert. Es dauerte aber noch 12 Jahre, bis Donald W. Kerst 1955 und kurz darauf auch Gerry O'Neill detailliertere Vorschläge zum Bau eines dazu geeigneten Beschleunigers machten. Ab 1958 wurden in Stanford und in Moskau Pläne für den Bau derartiger Anlagen ausgearbeitet. Im eigentlichen Sinne ist ein Speicherring kein Beschleuniger, denn die Teilchenenergie und -geschwindigkeit sollen konstant gehalten werden . In der Praxis wird aber oft ein und derselbe Ring für beide Aufgaben, zuerst zum Beschleunigen und dann zum Speichern, verwendet. Der Zweck eines Speicherings ist es, einen möglichst intensiven Teilchenstrahl durch das ständige Hinzufügen neuer Teilchen zu den bereits im Speicherring vorhandenen zu erzeugen und den Strahl nach einer evtl. weiteren Beschleunigung ohne nennenswerte Verluste viele Stunden umlaufen zu lassen.

Aufbau und Funktionsweise eines Speicherrings

In rechter Skizze ist der prinzipielle Aufbau eines Elektronen-Positronen- Speicherrings dargestellt. An diesem soll die Funktionsweise des Speicherrings erklärt werden.
Der Speicherring besteht aus den gleichen Komponenten wie das Synchrotron, d.h. aus Ablenkmagneten , Fokussierungsmagneten  und Beschleunigungsstrecken . Es gibt zwei Injektionspunkte, an denen jeweils Elektronen und Positronen in den Speicherring geleitet werden. Diese können auf Grund ihrer entgegengesetzten Ladung, aber identischen Masse dieselbe Magnetstruktur in entgegengesetzter Richtung durchlaufen.
Vor dem Kollisionspunkt sind spezielle Fokussierungsmagnete installiert, um die Trefferwahrscheinlichkeit zu erhöhen. 		Prinzipieller Aufbau eines Speicherrings
Läßt man Teilchen und Antiteilchen in sogenannten Paketen, Wolken dieser Teilchen, in entgegengesetzten Richtungen umlaufen, kann man diese an mehreren Punkten des Rings zur Kollision bringen.

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Im Falle von Elektronen und Positronen kollidieren nicht immer zwei Teilchen miteinander, wenn sich die Pakete durchsetzen. Kollidieren jedoch zwei Teilchen, so steht am Wechselwirkungspunkt die Summe ihrer Energien zur Verfügung. Alle weiteren Teilchen der Pakete stehen für Kollisionen in weiteren Umläufen zur Verfügung.

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Um den Kollisionspunkt ist der Großdetektor  gebaut, er nimmt verschiedenste Daten der entstandenen Teilchen auf.
Trotz der konstanten Teilchenenergie benötigen auch Speicherringe Beschleunigungsstrecken.
Der Grund hierfür ist der Energieverlust, den die Teilchen bei der Ablenkung im Magnetfeld durch Aussenden von Synchrotronstrahlung  erfahren und der kompensiert werden muss. Einen hohen Fluss des Teilchenstrahls erreicht man dank des Speicherprinzips durch viele aufeinanderfolgende Strahlinjektionen aus einem Vorbeschleuniger.
So lässt sich in einem Speicherring ein Strahl aufbauen, dessen Fluss das mehr als Hundertfache des Flusses des vom Vorbeschleuniger gelieferten Strahls beträgt.
Die Einstellungen und Messungen am Speicherring werden von entfernten Kontrollräumen ausgeführt, denn während des Betriebs geht von einem Teilchenbeschleuniger starke elektromagnetische Strahlung aus. Die Kontrolleinrichtungen einer Beschleunigeranlage überwachen im wesentlichen das Vakuum im Strahlrohr und die exakte Teilchenbahn .
Von den Kontrollräumen aus wird ununterbrochen die Position des Teilchenstrahls im Strahlrohr überprüft. Hierzu verwendet man vier Elektroden, die vom Orbit den gleichen Abstand besitzen. Beim Durchlaufen erzeugen die Teilchen- Pakete auf Grund ihrer elektrischen Ladung in den Elektroden Spannungsimpulse. Sollte der Strahl sich nicht im Orbit befinden, sind diese unterschiedlich. Der Kontrollrechner steuert - sobald ein solches Signal auf eine Abweichung hinweist - Ablenkmagnete so an, dass der Strahl wieder auf die Idealbahn gelenkt wird.

Kontrollraum
Von den Kontrollräumen aus wird auch der Druck in den Vakuumröhren geprüft, um eventuelle Lecks zu finden und schließen zu können.

Das Vakuum im Strahlrohr

Damit die beschleunigten Teilchen nicht an zu vielen vorhandenen Gasmolekülen gestreut werden, muss in den Strahlrohren ein extrem hohes Vakuum (10-6 bis 10-10 hPa) herrschen. Bei Speicherringen ist ein Ultra-Hoch-Vakuum (ca. 10-10 hPa) nötig, da die Teilchen das Beschleunigersystem sehr oft durchlaufen und damit die Wahrscheinlichkeit, an ein vorhandenes Gasmolekül zu stoßen, ansteigt. Die Anzahl der noch vorhandenen Gasmoleküle beträgt etwa 100 000 pro cm³ . Verglichen mit 27 000 000 000 000 000 000 pro cm³ bei normalem Luftdruck ist das verschwindend wenig.
     

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