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Beschleuniger
und Speicherringe - Ablenkungs- und Fokussierungsmagnete
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Der Teilchenstrahl
der Beschleuniger sollte sich auf der idealen Bahn im Zentrum der Vakuumröhren
bewegen. In der Praxis ist der Strahl jedoch immer etwas von diesem sogenannten idealen
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Orbit entfernt. Damit der Strahl nicht zu weit abweicht und letztendlich verloren geht,
muss er fokussiert werden. Hierzu verwendet man Quadrupol- und Sextupolmagnete.
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Quadrupolmagnete
Quadrupolmagnete
bestehen aus vier Eisenkernen (rot und grün),
die wie in der Querschnittsskizze rechts angeordnet sind. Um die Eisenkerne sind
vier Spulen gewickelt. Durch den Spulenstrom
bilden sich zwei Südpole und zwei Nordpole
aus. Im idealen Orbit heben sich die Wirkungen der Magnetfelder gegenseitig auf. Durchfliegen Teilchen den Magneten nicht im
idealen Orbit, erfahren sie eine Lorentz-Kraft. Je nach
Lage werden sie zum idealen Orbit gelenkt bzw. vom ihm weggelenkt.
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Man vergleiche das Bild links mit obiger Schnittskizze.
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Auf
Grund des Feldlinienverlaufs wirken Quadrupolmagnete in einer Richtung fokussierend
und in der dazu senkrechten Richtung defokussierend. Um die Teilchen in
einem engen Strahl zu bündeln, verwendet man die rechts dargestellte Magnetpolanordnung.
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Man
bringt in einem Beschleuniger daher meist zwei Quadrupolmagnete hintereinander
an, diese aber um 90° zueinander verdreht, so dass sie in Kombination
den Strahl fokussieren.
Quadrupolmagnete wirken
auf Teilchenstrahlen fast wie fokussierende Linsen optischer Systeme auf Licht.
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Im Video kann
man die Anordnung zweier Quadrupolmagnete im HERA-
Beschleunigerring 
sehen. In der Schlußeinstellung erkennt man besonders gut die zwei
aufeinanderfolgenden Quadrupolmagnete. |
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Mausklick
in linke
Abbildung
startet
Video
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Sextupolmagnet
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Der
Quadrupolmagnet fokussiert die Teilchen, so dass sie im idealen Orbit
fliegen. Der Sextupolmagnet hingegen fokussiert Teilchen,
die auf Grund ihrer unterschiedlichen Impulse durch den Quadrupolmagneten in Flugrichtung defokussiert wurden.
Der Sextupolmagnet ist vergleichbar mit einer "Farbkorrektur"
eines besseren optischen Systems.
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