Beschleuniger und Speicherringe - Kreisbeschleuniger Bei der Weiterentwicklung der Linearbeschleuniger sollten Teilchen auf immer größere Energien beschleunigt werden. Um dies zu erreichen, wurden die Beschleunigungsstrecken immer länger. Schließlich wurden die LINAC`s zu groß. Man kam daher auf die Idee, die zu beschleunigenden Teilchen auf eine Kreisbahn zu lenken, um so die verwendete Beschleunigungsstrecke immer wieder durchlaufen zu können. Zyklotron Ernest Orlando Lawrence schlug das Prinzip des Kreisbeschleunigers erstmals 1930 vor. Ende 1930 baute er das erste Zyklotron. Es beschleunigte Protonen auf eine Energie von 80 keV, sein Durchmesser betrug etwa 9 cm (s. Abb. rechts). Funktionsweise des Zyklotron Ein Zyklotron besteht aus zwei Dipolmagneten, die in der Abbildung über- und unterhalb der gestrichelten Kreislinie angebracht sind. Zwischen den Magneten befinden sich zwei D-förmige- Elektroden (Dee, gelbe Halbkreisflächen), eine Ionenquelle und ein Deflektor. Die Dipolmagnete erzeugen ein möglichst homogenes, senkrecht zur Zeichenebene stehendes Magnetfeld (ca. 2 Tesla). Im Spalt zwischen den Magneten befindet sich die Ionenquelle, hier werden die zu beschleunigenden Teilchen erzeugt. Sie werden durch eine an den Dees anliegende Wechselspannung (ca. 10 MHz) beschleunigt. Die Frequenz der Wechselspannung muss so gewählt werden, dass beim Durchfliegen des Spalts die Dees so gepolt sind, dass die Teilchen durch das dort herrschende elektrische Feld beschleunigt werden. Auf Grund der höheren Geschwindigkeit, die die Teilchen nun besitzen, wird der Bahnradius größer. Die Zeit zwischen zwei Spaltdurchläufen bleibt dabei immer exakt dieselbe, so dass das Zyklotron mit einer konstanten Wechselspannungs- frequenz betrieben werden kann. Am Rand des Zyklotrons ist ein Deflektor angebracht. An ihn kann eine Spannung angelegt werden, um den Strahl aus dem Magnetfeld zu lenken. Mausklick in linke Abbildung startet Video-Animation Das klassische Zyklotron wurde zur Beschleunigung von Protonen, Deuterium und a-Teilchen verwendet. Dabei konnten Protonen und Deuterium auf eine Energie von 22 MeV, a-Teilchen auf 44 MeV beschleunigt werden. Mit heutigen Spezialformen des Zyklotrons lassen sich Teilchenenergien von bis zu 600 MeV erreichen. Da mit zunehmender Teilchenenergie der Bahnradius immer größer wird, muss für eine hohe Endenergie ein dement- sprechend großes Zyklotron gebaut werden. Erhöht man hingegen mit steigender Teilchenenergie passend die Magnetfeldstärke, so bleibt der Bahnradius konstant und man erhält ein kompaktes Beschleunigungssystem. Dieses Prinzip wird beim Betatron verwendet. Den Aufbau eines Betatrons sehen wir auf der nächsten Seite.