Zur Titelseite des Programms Zur Gesamtübersicht aller Seiten Zum Lexikon (Buchstabe A) zum Ende der Seite Zurück in der Reihenfolge der aufgerufenen Seiten zur nächsten Seite dieses Kapitels
Beschleuniger und Speicherringe - Beschleunigungsbausteine

Um den zu beschleunigenden Teilchen höhere Energien zuzuführen, wurden die Teilchen nicht nur durch ein einziges elektrisches Feld beschleunigt. Die Teilchen sollten hintereinander viele kleine Spannungsdifferenzen ausnutzen. 
Diese Überlegungen führten zum Bau von Driftröhrenstrukturen. 
Eine einzelne Beschleunigungsstrecke mit 1 V angelegter Spannung

Driftröhren

Ein Teilchen wird zu einer ersten geladenen Röhre (Driftröhre) hin beschleunigt. Durchfliegt das Teilchen die erste Röhre, wird diese umgepolt. In der Röhre herrscht kein elektrisches Feld, so dass das Teilchen nicht beeinflusst wird. 
Zwischen der ersten und zweiten Röhre wird das Teilchen weiterbeschleunigt. Ist das Teilchen in der zweiten Röhre, wird wieder umgepolt, zwischen der zweiten und dritten Röhre wird das Teilchen wieder beschleunigt usw.
Die Teilchen werden immer schneller. Damit eine Wechselspannung mit konstanter Frequenz verwendet werden kann, muss die Länge der Röhren zunehmen. Die Teilchen durchfliegen so die Röhren immer beim Umpolen der

Spannung. 
Haben die Teilchen annähernd Lichtgeschwindigkeit erreicht, bleibt die Röhrenlänge konstant, da die zugeführte Energie zu keiner wesentlich größeren Geschwindigkeitsänderung mehr führt.
Animation: Ein positiv geladenes Teilchen
 wird in einer Driftröhrenstruktur beschleunigt; Klicke in die Abbildung!


Mausklick in linke Abbildung startet Video-Animation

Runzelröhren

Haben die Teilchen "fast" Licht- geschwindigkeit erreicht, ist ein anderer Beschleunigungsmechanismus effektiver.
Man sendet elektrische Hochfrequenz- wellen so in eine runde Metallröhre, dass ein beschleunigendes elektrisches Feld entsteht, das sich synchron zu den sich bewegenden Teilchen ausbreitet. Die Hochfrequenzwellen werden von sog. Klystrons Informationen zum Klystron erzeugt. Das Teilchen wird dadurch ständig beschleunigt, es "reitet" auf der elektromagnetischen Welle.
Da die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Welle (Lichtgeschwindigkeit!) größer ist als die der Teilchen ("fast" Lichtge- schwindigkeit), baut man in die Röhre Irisblenden ein (im Abstand einer halben
Querschnittskizze einer Runzelröhre Wellenlänge), um diese zu "bremsen". So wird die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Welle an die der Teilchen angepasst.
Die gesamte Struktur besteht aus vielen solchen, durch Irisblenden getrennten Kammern und wird als Runzelröhre bezeichnet.

In Kreisbeschleunigern werden kurze Beschleunigungsstrecken benötigt Informationen zum Speicherringen und Kreisbeschleunigern, die aus einigen der rechts abgebildeten Kammern bestehen, man nennt sie Kavitäten.
 
Bild einer Kavität

Beschleunigung mit Hilfe von elektromagnetischen Wellen

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 Teilchenbündel wird somit zusammengehalten, da - anschaulich gesprochen - bzgl. dem Mittelfeld eines Bündels die zurückfallenden Teilchen
Je nach Lage der Teilchen bzgl. der Welle, erfahren sie unterschiedliche (!) Kräfte
angeschoben und die vorauseilenden Teilchen etwas gebremst werden. Mit dieser Technik kann z.B. in Elektronen- LINAC`s eine Energie von 15 MeV pro Meter (!) zugeführt werden.

In der rechten Abbildung sind zwei kurzzeitig aufeinanderfolgende Momentaufnahmen von Elektronenbündel in einer Runzelröhre dargestellt. Man erkennt, wie das Bündel vor der elektromagnetischen Welle "hergeschoben" wird. Skizze der Elektronenbewegung in einer Runzelröhre

Zum Abschluss dieser Seite kann man in folgender Animation den Beschleunigungsprozess durch elektromagnetische Wellen in der eben beschriebenen Modellvorstellung sehen:






Drei Elektronen werden durch eine 
elektromagnetischen Welle beschleunigt und als Bündel zusammengehalten; Klicke ins Bild!


Mausklick in linke Abbildung startet Video-Animation

zum Anfang der Seite Zurück in der Reihenfolge der aufgerufenen Seiten zur nächsten Seite dieses Kapitels