BeLL Katrin Kröger endgültig - Desy

Nachteile:
• Die maximale Stärke der Dipolmagnete bestimmt den Radius der Synchrotrone und
die maximal erreichbare Energie, Dipolmagnete können aber nur eine bestimmte
Stärke erreichen.
• Synchrotronstrahlung setzt dem Ganzen eine Grenze.
Beschleunigerkomplexe
Heute werden Teilchen für große
Experimente nicht mehr in nur einem
Teilchenbeschleuniger beschleunigt,
vielmehr durchläuft ein Teilchenstrahl einen
ganzen Komplex. Zu Beginn stehen die
Linearbeschleuniger, dann die Synchrotrone,
bevor im Speicherring dann die Kollisionen
durchgeführt werden. Abbildung 10 zeigt
beispielhaft das Beschleunigungssystem des
CERN. Teilchenbeschleuniger befinden sich
häufig unter der Erde, da so die Strahlung,
die die Teilchen beim Durchlaufen des
Beschleunigers verursachen, von der
Umgebung abgeschirmt wird.
„Problematik“ Synchrotronstrahlung und Ausblick
Synchrotrone bieten viele Vorteile gegenüber den Linearbeschleunigern, aber bei den nun erreichten
Energien offenbart sich ihr größter Nachteil: Werden geladene Teilchen von ihrer geradlinigen
Bewegung abgelenkt, strahlen sie Bremsstrahlung, die sogenannte Synchrotronstrahlung, ab. Die so
abgestrahlte Energie wird in Synchrotronen und Collidern den Teilchen durch die Kavitäten wieder
hinzugefügt. Je höher die Teilchenenergie und je kleiner die Teilchenmasse ist, umso mehr
Energieverlust durch Synchrotronstrahlung entsteht:
E
synch
e E 1
= i i (mit e: Elementarladung, ε0: elektrische Feldkonstante, EStrahl: Strahlenergie,
3 ε ( m c ) r
2 4
Strahl
2 4
0 0
Abb. 10: Die verschiedenen Beschleuniger des CERN, ihre
beschleunigten Teilchensorten und ihre Verbindungen
untereinander.
m0: Ruhemasse des betreffenden Teilchens, c: Lichtgeschwindigkeit, r: Radius des Colliders)
Der Energieverlust ist proportional zur Strahlenergie in der 4. Potenz und antiproportional zur Masse
des beschleunigten Teilchens in der 4. Potenz.
Der Beschleunigung durch Kreisbeschleuniger ist eine natürliche Grenze gesetzt, da mit einer
weiteren Erhöhung der Teilchenenergie ein überproportionaler Aufwand an Kompensation des
Energieverlustes notwendig wäre. Die nächsten Beschleuniger nach dem Synchrotron „Large Hadron
Collider“ (LHC) werden deshalb als Linearbeschleuniger geplant, so z. B. der „International Linear
Collider“ (ILC). Dafür arbeitet man an der Optimierung der Beschleunigung durch elektromagnetische
Wechselfelder in Kavitäten, ein bedeutendes Zentrum hierfür ist das DESY, wo die supraleitenden
Kavitäten für den ILC entwickelt wurden.
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