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D.Schell
Motivation
Parameter
Strahlintensitaet
Strahlqualitaet
Uebersicht
Elektrostatisch
LINAC
Kreis
Collider
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D.Schell
Motivation
Parameter
Strahlintensitaet
Strahlqualitaet
Uebersicht
Elektrostatisch
LINAC
Kreis
Collider
Teilchenbeschleuniger
Technologien & Konzepte
Daniel Schell
Studiengang:Physik (B.Sc.)
4. November 2011
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Teilchenb.
D.Schell
Motivation
Parameter
Strahlintensitaet
Strahlqualitaet
Uebersicht
Elektrostatisch
LINAC
Kreis
Collider
Inhaltsverzeichnis
1 Motivation
2 Parameter eines TeilchenbeschleunigersStrahlintensitaetStrahlqualitaet
3 Teilchenbeschleuniger
4 Elektrostatische Beschleuniger
5 Linearbeschleuniger
6 Kreisbeschleuniger
7 Speicherringe, Collider
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Motivation
Parameter
Strahlintensitaet
Strahlqualitaet
Uebersicht
Elektrostatisch
LINAC
Kreis
Collider
Inhaltsverzeichnis
1 Motivation
2 Parameter eines TeilchenbeschleunigersStrahlintensitaetStrahlqualitaet
3 Teilchenbeschleuniger
4 Elektrostatische Beschleuniger
5 Linearbeschleuniger
6 Kreisbeschleuniger
7 Speicherringe, Collider
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Strahlintensitaet
Strahlqualitaet
Uebersicht
Elektrostatisch
LINAC
Kreis
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Inhaltsverzeichnis
1 Motivation
2 Parameter eines TeilchenbeschleunigersStrahlintensitaetStrahlqualitaet
3 Teilchenbeschleuniger
4 Elektrostatische Beschleuniger
5 Linearbeschleuniger
6 Kreisbeschleuniger
7 Speicherringe, Collider
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Strahlintensitaet
Strahlqualitaet
Uebersicht
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LINAC
Kreis
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Inhaltsverzeichnis
1 Motivation
2 Parameter eines TeilchenbeschleunigersStrahlintensitaetStrahlqualitaet
3 Teilchenbeschleuniger
4 Elektrostatische Beschleuniger
5 Linearbeschleuniger
6 Kreisbeschleuniger
7 Speicherringe, Collider
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Strahlintensitaet
Strahlqualitaet
Uebersicht
Elektrostatisch
LINAC
Kreis
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Inhaltsverzeichnis
1 Motivation
2 Parameter eines TeilchenbeschleunigersStrahlintensitaetStrahlqualitaet
3 Teilchenbeschleuniger
4 Elektrostatische Beschleuniger
5 Linearbeschleuniger
6 Kreisbeschleuniger
7 Speicherringe, Collider
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Parameter
Strahlintensitaet
Strahlqualitaet
Uebersicht
Elektrostatisch
LINAC
Kreis
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Inhaltsverzeichnis
1 Motivation
2 Parameter eines TeilchenbeschleunigersStrahlintensitaetStrahlqualitaet
3 Teilchenbeschleuniger
4 Elektrostatische Beschleuniger
5 Linearbeschleuniger
6 Kreisbeschleuniger
7 Speicherringe, Collider
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Parameter
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Strahlqualitaet
Uebersicht
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LINAC
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Inhaltsverzeichnis
1 Motivation
2 Parameter eines TeilchenbeschleunigersStrahlintensitaetStrahlqualitaet
3 Teilchenbeschleuniger
4 Elektrostatische Beschleuniger
5 Linearbeschleuniger
6 Kreisbeschleuniger
7 Speicherringe, Collider
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Parameter
Strahlintensitaet
Strahlqualitaet
Uebersicht
Elektrostatisch
LINAC
Kreis
Collider
Inhaltsverzeichnis
1 Motivation
2 Parameter eines TeilchenbeschleunigersStrahlintensitaetStrahlqualitaet
3 Teilchenbeschleuniger
4 Elektrostatische Beschleuniger
5 Linearbeschleuniger
6 Kreisbeschleuniger
7 Speicherringe, Collider
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Uebersicht
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Motivation
• Hohere Energien
• Bessere Strahlqualitaten
• Kriegszwecke
• Sekundarstrahlung
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• Hohere Energien
• Bessere Strahlqualitaten
• Kriegszwecke
• Sekundarstrahlung
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Strahlintensitaet
Strahlqualitaet
Uebersicht
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• Hohere Energien
• Bessere Strahlqualitaten
• Kriegszwecke
• Sekundarstrahlung
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Parameter
Strahlintensitaet
Strahlqualitaet
Uebersicht
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Motivation
• Hohere Energien
• Bessere Strahlqualitaten
• Kriegszwecke
• Sekundarstrahlung
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Strahlqualitaet
Uebersicht
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Inhaltsverzeichnis
1 Motivation
2 Parameter eines TeilchenbeschleunigersStrahlintensitaetStrahlqualitaet
3 Teilchenbeschleuniger
4 Elektrostatische Beschleuniger
5 Linearbeschleuniger
6 Kreisbeschleuniger
7 Speicherringe, Collider
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Collider
Parameter eines
TeilchenbeschleunigersStrahlintensitat
• Teilchen pro Zeiteinheit
• Luminositat L [cm−2s−1]
◦ Reaktionsrate = Luminositat x Wirkungsquerschnitt
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Uebersicht
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Parameter eines
TeilchenbeschleunigersStrahlintensitat
• Teilchen pro Zeiteinheit
• Luminositat L [cm−2s−1]
◦ Reaktionsrate = Luminositat x Wirkungsquerschnitt
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Uebersicht
Elektrostatisch
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Parameter eines
TeilchenbeschleunigersStrahlintensitat
• Teilchen pro Zeiteinheit
• Luminositat L [cm−2s−1]
◦ Reaktionsrate = Luminositat x Wirkungsquerschnitt
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Parameter
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Strahlqualitaet
Uebersicht
Elektrostatisch
LINAC
Kreis
Collider
Parameter eines
TeilchenbeschleunigersStrahlqualitat
• Emittanz πǫx◦ πǫx = π∆x∆x
′
[mm mrad]◦ Fur beide transversale Richtungen definiert (x und y)
• Impulsauflosung
◦ relative Impulsunscharfe δ = ∆p/p◦ Großenordnungen
⋄ mittlere Strahlqualitat δ ∼ 1 · 10−3
⋄ gute Strahlqualitat δ ∼ 5 · 10−5
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Parameter eines
TeilchenbeschleunigersStrahlqualitat
• Emittanz πǫx◦ πǫx = π∆x∆x
′
[mm mrad]◦ Fur beide transversale Richtungen definiert (x und y)
• Impulsauflosung
◦ relative Impulsunscharfe δ = ∆p/p◦ Großenordnungen
⋄ mittlere Strahlqualitat δ ∼ 1 · 10−3
⋄ gute Strahlqualitat δ ∼ 5 · 10−5
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Parameter eines
TeilchenbeschleunigersStrahlqualitat
• Emittanz πǫx◦ πǫx = π∆x∆x
′
[mm mrad]◦ Fur beide transversale Richtungen definiert (x und y)
• Impulsauflosung
◦ relative Impulsunscharfe δ = ∆p/p◦ Großenordnungen
⋄ mittlere Strahlqualitat δ ∼ 1 · 10−3
⋄ gute Strahlqualitat δ ∼ 5 · 10−5
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Parameter eines
TeilchenbeschleunigersStrahlqualitat
• Emittanz πǫx◦ πǫx = π∆x∆x
′
[mm mrad]◦ Fur beide transversale Richtungen definiert (x und y)
• Impulsauflosung
◦ relative Impulsunscharfe δ = ∆p/p◦ Großenordnungen
⋄ mittlere Strahlqualitat δ ∼ 1 · 10−3
⋄ gute Strahlqualitat δ ∼ 5 · 10−5
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Collider
Parameter eines
TeilchenbeschleunigersStrahlqualitat
• Emittanz πǫx◦ πǫx = π∆x∆x
′
[mm mrad]◦ Fur beide transversale Richtungen definiert (x und y)
• Impulsauflosung
◦ relative Impulsunscharfe δ = ∆p/p◦ Großenordnungen
⋄ mittlere Strahlqualitat δ ∼ 1 · 10−3
⋄ gute Strahlqualitat δ ∼ 5 · 10−5
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Parameter eines
TeilchenbeschleunigersStrahlqualitat
• Emittanz πǫx◦ πǫx = π∆x∆x
′
[mm mrad]◦ Fur beide transversale Richtungen definiert (x und y)
• Impulsauflosung
◦ relative Impulsunscharfe δ = ∆p/p◦ Großenordnungen
⋄ mittlere Strahlqualitat δ ∼ 1 · 10−3
⋄ gute Strahlqualitat δ ∼ 5 · 10−5
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Collider
Parameter eines
TeilchenbeschleunigersStrahlqualitat
• Emittanz πǫx◦ πǫx = π∆x∆x
′
[mm mrad]◦ Fur beide transversale Richtungen definiert (x und y)
• Impulsauflosung
◦ relative Impulsunscharfe δ = ∆p/p◦ Großenordnungen
⋄ mittlere Strahlqualitat δ ∼ 1 · 10−3
⋄ gute Strahlqualitat δ ∼ 5 · 10−5
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Parameter
Strahlintensitaet
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Parameter eines
TeilchenbeschleunigersStrahlqualitat
• Emittanz πǫx◦ πǫx = π∆x∆x
′
[mm mrad]◦ Fur beide transversale Richtungen definiert (x und y)
• Impulsauflosung
◦ relative Impulsunscharfe δ = ∆p/p◦ Großenordnungen
⋄ mittlere Strahlqualitat δ ∼ 1 · 10−3
⋄ gute Strahlqualitat δ ∼ 5 · 10−5
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Kreis
Collider
Parameter eines
TeilchenbeschleunigersStrahlqualitat
• Tastverhaltnis (duty factor)
◦ Verhaltnis zwischen Lange eines Pulses zur Periodenzeitder Pulsung
◦ Großenordnungen
⋄ gepulster Linearbeschleuniger: 10−4− 10−5
⋄ Synchrotron: 1 - 10%
◦ CW-Strahl
⋄ Tastverhaltnis von 100%
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Parameter eines
TeilchenbeschleunigersStrahlqualitat
• Tastverhaltnis (duty factor)
◦ Verhaltnis zwischen Lange eines Pulses zur Periodenzeitder Pulsung
◦ Großenordnungen
⋄ gepulster Linearbeschleuniger: 10−4− 10−5
⋄ Synchrotron: 1 - 10%
◦ CW-Strahl
⋄ Tastverhaltnis von 100%
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Parameter eines
TeilchenbeschleunigersStrahlqualitat
• Tastverhaltnis (duty factor)
◦ Verhaltnis zwischen Lange eines Pulses zur Periodenzeitder Pulsung
◦ Großenordnungen
⋄ gepulster Linearbeschleuniger: 10−4− 10−5
⋄ Synchrotron: 1 - 10%
◦ CW-Strahl
⋄ Tastverhaltnis von 100%
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Parameter eines
TeilchenbeschleunigersStrahlqualitat
• Tastverhaltnis (duty factor)
◦ Verhaltnis zwischen Lange eines Pulses zur Periodenzeitder Pulsung
◦ Großenordnungen
⋄ gepulster Linearbeschleuniger: 10−4− 10−5
⋄ Synchrotron: 1 - 10%
◦ CW-Strahl
⋄ Tastverhaltnis von 100%
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Parameter eines
TeilchenbeschleunigersStrahlqualitat
• Tastverhaltnis (duty factor)
◦ Verhaltnis zwischen Lange eines Pulses zur Periodenzeitder Pulsung
◦ Großenordnungen
⋄ gepulster Linearbeschleuniger: 10−4− 10−5
⋄ Synchrotron: 1 - 10%
◦ CW-Strahl
⋄ Tastverhaltnis von 100%
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Parameter eines
TeilchenbeschleunigersStrahlqualitat
• Tastverhaltnis (duty factor)
◦ Verhaltnis zwischen Lange eines Pulses zur Periodenzeitder Pulsung
◦ Großenordnungen
⋄ gepulster Linearbeschleuniger: 10−4− 10−5
⋄ Synchrotron: 1 - 10%
◦ CW-Strahl
⋄ Tastverhaltnis von 100%
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Parameter eines
TeilchenbeschleunigersStrahlqualitat
• Tastverhaltnis (duty factor)
◦ Verhaltnis zwischen Lange eines Pulses zur Periodenzeitder Pulsung
◦ Großenordnungen
⋄ gepulster Linearbeschleuniger: 10−4− 10−5
⋄ Synchrotron: 1 - 10%
◦ CW-Strahl
⋄ Tastverhaltnis von 100%
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Collider
Inhaltsverzeichnis
1 Motivation
2 Parameter eines TeilchenbeschleunigersStrahlintensitaetStrahlqualitaet
3 Teilchenbeschleuniger
4 Elektrostatische Beschleuniger
5 Linearbeschleuniger
6 Kreisbeschleuniger
7 Speicherringe, Collider
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Motivation
Parameter
Strahlintensitaet
Strahlqualitaet
Uebersicht
Elektrostatisch
LINAC
Kreis
Collider
Ubersicht der Beschleunigertypen
• Elektrostatische Beschleuniger
◦ Beschleunigerrohr◦ Hochspannungsgenerator
• Linearbeschleuniger (LINAC)
• Kreisbeschleuniger
• Speicherringe, Collider
• Plasmabeschleuniger
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Parameter
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Uebersicht
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Ubersicht der Beschleunigertypen
• Elektrostatische Beschleuniger
◦ Beschleunigerrohr◦ Hochspannungsgenerator
• Linearbeschleuniger (LINAC)
• Kreisbeschleuniger
• Speicherringe, Collider
• Plasmabeschleuniger
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Ubersicht der Beschleunigertypen
• Elektrostatische Beschleuniger
◦ Beschleunigerrohr◦ Hochspannungsgenerator
• Linearbeschleuniger (LINAC)
• Kreisbeschleuniger
• Speicherringe, Collider
• Plasmabeschleuniger
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Parameter
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Ubersicht der Beschleunigertypen
• Elektrostatische Beschleuniger
◦ Beschleunigerrohr◦ Hochspannungsgenerator
• Linearbeschleuniger (LINAC)
• Kreisbeschleuniger
• Speicherringe, Collider
• Plasmabeschleuniger
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Parameter
Strahlintensitaet
Strahlqualitaet
Uebersicht
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LINAC
Kreis
Collider
Ubersicht der Beschleunigertypen
• Elektrostatische Beschleuniger
◦ Beschleunigerrohr◦ Hochspannungsgenerator
• Linearbeschleuniger (LINAC)
• Kreisbeschleuniger
• Speicherringe, Collider
• Plasmabeschleuniger
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Uebersicht
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Ubersicht der Beschleunigertypen
• Elektrostatische Beschleuniger
◦ Beschleunigerrohr◦ Hochspannungsgenerator
• Linearbeschleuniger (LINAC)
• Kreisbeschleuniger
• Speicherringe, Collider
• Plasmabeschleuniger
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Ubersicht der Beschleunigertypen
• Elektrostatische Beschleuniger
◦ Beschleunigerrohr◦ Hochspannungsgenerator
• Linearbeschleuniger (LINAC)
• Kreisbeschleuniger
• Speicherringe, Collider
• Plasmabeschleuniger
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Strahlintensitaet
Strahlqualitaet
Uebersicht
Elektrostatisch
LINAC
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Collider
Inhaltsverzeichnis
1 Motivation
2 Parameter eines TeilchenbeschleunigersStrahlintensitaetStrahlqualitaet
3 Teilchenbeschleuniger
4 Elektrostatische Beschleuniger
5 Linearbeschleuniger
6 Kreisbeschleuniger
7 Speicherringe, Collider
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Motivation
Parameter
Strahlintensitaet
Strahlqualitaet
Uebersicht
Elektrostatisch
LINAC
Kreis
Collider
Elektrostatischer BeschleunigerDas Beschleunigerrohr
• Spannung wird aufmehreren Elektrodenstufenformig verteilt
◦ gleichmaßiges E-Feld◦ hohe
Spannungsfestigkeit
• Hochvakuum
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Parameter
Strahlintensitaet
Strahlqualitaet
Uebersicht
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Kreis
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Elektrostatischer BeschleunigerDas Beschleunigerrohr
• Spannung wird aufmehreren Elektrodenstufenformig verteilt
◦ gleichmaßiges E-Feld◦ hohe
Spannungsfestigkeit
• Hochvakuum
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Strahlqualitaet
Uebersicht
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Elektrostatischer BeschleunigerDas Beschleunigerrohr
• Spannung wird aufmehreren Elektrodenstufenformig verteilt
◦ gleichmaßiges E-Feld◦ hohe
Spannungsfestigkeit
• Hochvakuum
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Strahlqualitaet
Uebersicht
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Elektrostatischer BeschleunigerDas Beschleunigerrohr
• Spannung wird aufmehreren Elektrodenstufenformig verteilt
◦ gleichmaßiges E-Feld◦ hohe
Spannungsfestigkeit
• Hochvakuum
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Strahlintensitaet
Strahlqualitaet
Uebersicht
Elektrostatisch
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Kreis
Collider
Elektrostatischer BeschleunigerDas Beschleunigerrohr
• Elektroden sindhochglanzpoliert undabgerunded
• zu Beginn leichtuberlappend
• rotationssymmetrischeElektroden
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Strahlqualitaet
Uebersicht
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Elektrostatischer BeschleunigerDas Beschleunigerrohr
• Elektroden sindhochglanzpoliert undabgerunded
• zu Beginn leichtuberlappend
• rotationssymmetrischeElektroden
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Uebersicht
Elektrostatisch
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Elektrostatischer BeschleunigerDas Beschleunigerrohr
• Elektroden sindhochglanzpoliert undabgerunded
• zu Beginn leichtuberlappend
• rotationssymmetrischeElektroden
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Parameter
Strahlintensitaet
Strahlqualitaet
Uebersicht
Elektrostatisch
LINAC
Kreis
Collider
Elektrostatischer BeschleunigerCockcroft-Walton-Beschleuniger [Co32]
• Kaskadengeneratorerreicht 800 kV (700kVSpannungsfest)
• Fur das erreichen hoherSpannung:
◦ Teile mit großemKrummungsradius
◦ Keramikisolatoren
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Teilchenb.
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Parameter
Strahlintensitaet
Strahlqualitaet
Uebersicht
Elektrostatisch
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Elektrostatischer BeschleunigerCockcroft-Walton-Beschleuniger [Co32]
• Kaskadengeneratorerreicht 800 kV (700kVSpannungsfest)
• Fur das erreichen hoherSpannung:
◦ Teile mit großemKrummungsradius
◦ Keramikisolatoren
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Parameter
Strahlintensitaet
Strahlqualitaet
Uebersicht
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Elektrostatischer BeschleunigerCockcroft-Walton-Beschleuniger [Co32]
• Kaskadengeneratorerreicht 800 kV (700kVSpannungsfest)
• Fur das erreichen hoherSpannung:
◦ Teile mit großemKrummungsradius
◦ Keramikisolatoren
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Uebersicht
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Elektrostatischer BeschleunigerCockcroft-Walton-Beschleuniger [Co32]
• Kaskadengeneratorerreicht 800 kV (700kVSpannungsfest)
• Fur das erreichen hoherSpannung:
◦ Teile mit großemKrummungsradius
◦ Keramikisolatoren
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Parameter
Strahlintensitaet
Strahlqualitaet
Uebersicht
Elektrostatisch
LINAC
Kreis
Collider
Elektrostatischer BeschleunigerCockcroft-Walton-Beschleuniger [Co32]
• Protonen mitEges = 400keV
• Erste Kernreaktion!
◦7Li + p →
4He + 4He
◦7Li + p →
7Be + n
• Nobelpreis 1951
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Teilchenb.
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Uebersicht
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Elektrostatischer BeschleunigerCockcroft-Walton-Beschleuniger [Co32]
• Protonen mitEges = 400keV
• Erste Kernreaktion!
◦7Li + p →
4He + 4He
◦7Li + p →
7Be + n
• Nobelpreis 1951
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Elektrostatischer BeschleunigerCockcroft-Walton-Beschleuniger [Co32]
• Protonen mitEges = 400keV
• Erste Kernreaktion!
◦7Li + p →
4He + 4He
◦7Li + p →
7Be + n
• Nobelpreis 1951
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Parameter
Strahlintensitaet
Strahlqualitaet
Uebersicht
Elektrostatisch
LINAC
Kreis
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Elektrostatischer BeschleunigerCockcroft-Walton-Beschleuniger [Co32]
• Protonen mitEges = 400keV
• Erste Kernreaktion!
◦7Li + p →
4He + 4He
◦7Li + p →
7Be + n
• Nobelpreis 1951
16 / 49
Teilchenb.
D.Schell
Motivation
Parameter
Strahlintensitaet
Strahlqualitaet
Uebersicht
Elektrostatisch
LINAC
Kreis
Collider
Elektrostatischer BeschleunigerCockcroft-Walton-Beschleuniger [Co32]
• Protonen mitEges = 400keV
• Erste Kernreaktion!
◦7Li + p →
4He + 4He
◦7Li + p →
7Be + n
• Nobelpreis 1951
16 / 49
Teilchenb.
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Motivation
Parameter
Strahlintensitaet
Strahlqualitaet
Uebersicht
Elektrostatisch
LINAC
Kreis
Collider
Elektrostatischer BeschleunigerDynamitron-Beschleuniger [Cl60]
• Unter SchutzgasSpannungen bis 4 MVmoglich
• Elektroden und Spulebilden Schwingkreis
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Teilchenb.
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Parameter
Strahlintensitaet
Strahlqualitaet
Uebersicht
Elektrostatisch
LINAC
Kreis
Collider
Elektrostatischer BeschleunigerDynamitron-Beschleuniger [Cl60]
• Unter SchutzgasSpannungen bis 4 MVmoglich
• Elektroden und Spulebilden Schwingkreis
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Strahlintensitaet
Strahlqualitaet
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Elektrostatisch
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Kreis
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Elektrostatischer BeschleunigerVan de Graaff-Beschleuniger [Gr31]
• mechanischerLadungstransport uber einvulkanisiertes Band
• Hochspannung bis zu 1,5MV
• typisch: KonstanterStrahlstrom
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Strahlintensitaet
Strahlqualitaet
Uebersicht
Elektrostatisch
LINAC
Kreis
Collider
Elektrostatischer BeschleunigerVan de Graaff-Beschleuniger [Gr31]
• mechanischerLadungstransport uber einvulkanisiertes Band
• Hochspannung bis zu 1,5MV
• typisch: KonstanterStrahlstrom
18 / 49
Teilchenb.
D.Schell
Motivation
Parameter
Strahlintensitaet
Strahlqualitaet
Uebersicht
Elektrostatisch
LINAC
Kreis
Collider
Elektrostatischer BeschleunigerVan de Graaff-Beschleuniger [Gr31]
• mechanischerLadungstransport uber einvulkanisiertes Band
• Hochspannung bis zu 1,5MV
• typisch: KonstanterStrahlstrom
18 / 49
Teilchenb.
D.Schell
Motivation
Parameter
Strahlintensitaet
Strahlqualitaet
Uebersicht
Elektrostatisch
LINAC
Kreis
Collider
Elektrostatischer BeschleunigerPelletron und Laddertron-Bandgenerator
• Kette aus Metallkugelnoder aus Metallstreifen
• Aufladung durch Influenz
◦ Abnutzung durchReibung wesentlichverringert
19 / 49
Teilchenb.
D.Schell
Motivation
Parameter
Strahlintensitaet
Strahlqualitaet
Uebersicht
Elektrostatisch
LINAC
Kreis
Collider
Elektrostatischer BeschleunigerPelletron und Laddertron-Bandgenerator
• Kette aus Metallkugelnoder aus Metallstreifen
• Aufladung durch Influenz
◦ Abnutzung durchReibung wesentlichverringert
19 / 49
Teilchenb.
D.Schell
Motivation
Parameter
Strahlintensitaet
Strahlqualitaet
Uebersicht
Elektrostatisch
LINAC
Kreis
Collider
Elektrostatischer BeschleunigerPelletron und Laddertron-Bandgenerator
• Kette aus Metallkugelnoder aus Metallstreifen
• Aufladung durch Influenz
◦ Abnutzung durchReibung wesentlichverringert
19 / 49
Teilchenb.
D.Schell
Motivation
Parameter
Strahlintensitaet
Strahlqualitaet
Uebersicht
Elektrostatisch
LINAC
Kreis
Collider
Elektrostatischer BeschleunigerTandem-Van de Graaff-Beschleuniger
• negative Ionen werden zum Terminal hinbeschleunigt
• treffen dort auf den Stripper (Umladefolie oder Gas)
• positive Ionen werden nochmals beschleunigt
20 / 49
Teilchenb.
D.Schell
Motivation
Parameter
Strahlintensitaet
Strahlqualitaet
Uebersicht
Elektrostatisch
LINAC
Kreis
Collider
Elektrostatischer BeschleunigerTandem-Van de Graaff-Beschleuniger
• negative Ionen werden zum Terminal hinbeschleunigt
• treffen dort auf den Stripper (Umladefolie oder Gas)
• positive Ionen werden nochmals beschleunigt
20 / 49
Teilchenb.
D.Schell
Motivation
Parameter
Strahlintensitaet
Strahlqualitaet
Uebersicht
Elektrostatisch
LINAC
Kreis
Collider
Elektrostatischer BeschleunigerTandem-Van de Graaff-Beschleuniger
• negative Ionen werden zum Terminal hinbeschleunigt
• treffen dort auf den Stripper (Umladefolie oder Gas)
• positive Ionen werden nochmals beschleunigt
20 / 49
Teilchenb.
D.Schell
Motivation
Parameter
Strahlintensitaet
Strahlqualitaet
Uebersicht
Elektrostatisch
LINAC
Kreis
Collider
Inhaltsverzeichnis
1 Motivation
2 Parameter eines TeilchenbeschleunigersStrahlintensitaetStrahlqualitaet
3 Teilchenbeschleuniger
4 Elektrostatische Beschleuniger
5 Linearbeschleuniger
6 Kreisbeschleuniger
7 Speicherringe, Collider
21 / 49
Teilchenb.
D.Schell
Motivation
Parameter
Strahlintensitaet
Strahlqualitaet
Uebersicht
Elektrostatisch
LINAC
Kreis
Collider
LinearbeschleunigerGrundidee
• Mehrmaliges Durchlaufen der Beschleunigungsspannung
• Hochfrequenz (HF) zur Regelung der Polaritat einzelnerElektroden
• Einsatz von Driftrohren
• Unterschiedliche Strukturen
22 / 49
Teilchenb.
D.Schell
Motivation
Parameter
Strahlintensitaet
Strahlqualitaet
Uebersicht
Elektrostatisch
LINAC
Kreis
Collider
LinearbeschleunigerGrundidee
• Mehrmaliges Durchlaufen der Beschleunigungsspannung
• Hochfrequenz (HF) zur Regelung der Polaritat einzelnerElektroden
• Einsatz von Driftrohren
• Unterschiedliche Strukturen
22 / 49
Teilchenb.
D.Schell
Motivation
Parameter
Strahlintensitaet
Strahlqualitaet
Uebersicht
Elektrostatisch
LINAC
Kreis
Collider
LinearbeschleunigerGrundidee
• Mehrmaliges Durchlaufen der Beschleunigungsspannung
• Hochfrequenz (HF) zur Regelung der Polaritat einzelnerElektroden
• Einsatz von Driftrohren
• Unterschiedliche Strukturen
22 / 49
Teilchenb.
D.Schell
Motivation
Parameter
Strahlintensitaet
Strahlqualitaet
Uebersicht
Elektrostatisch
LINAC
Kreis
Collider
LinearbeschleunigerGrundidee
• Mehrmaliges Durchlaufen der Beschleunigungsspannung
• Hochfrequenz (HF) zur Regelung der Polaritat einzelnerElektroden
• Einsatz von Driftrohren
• Unterschiedliche Strukturen
22 / 49
Teilchenb.
D.Schell
Motivation
Parameter
Strahlintensitaet
Strahlqualitaet
Uebersicht
Elektrostatisch
LINAC
Kreis
Collider
LinearbeschleunigerWideroe Struktur [Wi28]
• Urform des LINAC
• Driftrohren feldfrei
• Beschleunigt in π-Mode
◦ E-Feld in benachbarte Beschleunigerstrecken istentgegengesetzt
23 / 49
Teilchenb.
D.Schell
Motivation
Parameter
Strahlintensitaet
Strahlqualitaet
Uebersicht
Elektrostatisch
LINAC
Kreis
Collider
LinearbeschleunigerWideroe Struktur [Wi28]
• Urform des LINAC
• Driftrohren feldfrei
• Beschleunigt in π-Mode
◦ E-Feld in benachbarte Beschleunigerstrecken istentgegengesetzt
23 / 49
Teilchenb.
D.Schell
Motivation
Parameter
Strahlintensitaet
Strahlqualitaet
Uebersicht
Elektrostatisch
LINAC
Kreis
Collider
LinearbeschleunigerWideroe Struktur [Wi28]
• Urform des LINAC
• Driftrohren feldfrei
• Beschleunigt in π-Mode
◦ E-Feld in benachbarte Beschleunigerstrecken istentgegengesetzt
23 / 49
Teilchenb.
D.Schell
Motivation
Parameter
Strahlintensitaet
Strahlqualitaet
Uebersicht
Elektrostatisch
LINAC
Kreis
Collider
LinearbeschleunigerWideroe Struktur [Wi28]
• Urform des LINAC
• Driftrohren feldfrei
• Beschleunigt in π-Mode
◦ E-Feld in benachbarte Beschleunigerstrecken istentgegengesetzt
23 / 49
Teilchenb.
D.Schell
Motivation
Parameter
Strahlintensitaet
Strahlqualitaet
Uebersicht
Elektrostatisch
LINAC
Kreis
Collider
LinearbeschleunigerWideroe Struktur [Wi28]
• Phasenfokussierung• zu schnelle Teilchen werden gebremst, langsame
beschleunigt
• Entstehung von Teilchenpaketen (Bunch)
• wirkt insgesamt defokussierend
24 / 49
Teilchenb.
D.Schell
Motivation
Parameter
Strahlintensitaet
Strahlqualitaet
Uebersicht
Elektrostatisch
LINAC
Kreis
Collider
LinearbeschleunigerWideroe Struktur [Wi28]
• Phasenfokussierung• zu schnelle Teilchen werden gebremst, langsame
beschleunigt
• Entstehung von Teilchenpaketen (Bunch)
• wirkt insgesamt defokussierend
24 / 49
Teilchenb.
D.Schell
Motivation
Parameter
Strahlintensitaet
Strahlqualitaet
Uebersicht
Elektrostatisch
LINAC
Kreis
Collider
LinearbeschleunigerWideroe Struktur [Wi28]
• Phasenfokussierung• zu schnelle Teilchen werden gebremst, langsame
beschleunigt
• Entstehung von Teilchenpaketen (Bunch)
• wirkt insgesamt defokussierend
24 / 49
Teilchenb.
D.Schell
Motivation
Parameter
Strahlintensitaet
Strahlqualitaet
Uebersicht
Elektrostatisch
LINAC
Kreis
Collider
LinearbeschleunigerWideroe Struktur [Wi28]
• Phasenfokussierung• zu schnelle Teilchen werden gebremst, langsame
beschleunigt
• Entstehung von Teilchenpaketen (Bunch)
• wirkt insgesamt defokussierend
24 / 49
Teilchenb.
D.Schell
Motivation
Parameter
Strahlintensitaet
Strahlqualitaet
Uebersicht
Elektrostatisch
LINAC
Kreis
Collider
LinearbeschleunigerRFQ-Struktur
• Kapichinskiy undTeplyakov [Ka70]
• Transversal:Quadrupolstruktur
• Longitudinal: sinusformigeElektroden (versetzt)
25 / 49
Teilchenb.
D.Schell
Motivation
Parameter
Strahlintensitaet
Strahlqualitaet
Uebersicht
Elektrostatisch
LINAC
Kreis
Collider
LinearbeschleunigerRFQ-Struktur
• Kapichinskiy undTeplyakov [Ka70]
• Transversal:Quadrupolstruktur
• Longitudinal: sinusformigeElektroden (versetzt)
25 / 49
Teilchenb.
D.Schell
Motivation
Parameter
Strahlintensitaet
Strahlqualitaet
Uebersicht
Elektrostatisch
LINAC
Kreis
Collider
LinearbeschleunigerRFQ-Struktur
• Kapichinskiy undTeplyakov [Ka70]
• Transversal:Quadrupolstruktur
• Longitudinal: sinusformigeElektroden (versetzt)
25 / 49
Teilchenb.
D.Schell
Motivation
Parameter
Strahlintensitaet
Strahlqualitaet
Uebersicht
Elektrostatisch
LINAC
Kreis
Collider
LinearbeschleunigerEinzelresonator
• Cavities
• Anregung einer stehende Welle
• TM-Welle mit longitudinaler E-Feld Komponente
• → Beschleunigung
26 / 49
Teilchenb.
D.Schell
Motivation
Parameter
Strahlintensitaet
Strahlqualitaet
Uebersicht
Elektrostatisch
LINAC
Kreis
Collider
LinearbeschleunigerEinzelresonator
• Cavities
• Anregung einer stehende Welle
• TM-Welle mit longitudinaler E-Feld Komponente
• → Beschleunigung
26 / 49
Teilchenb.
D.Schell
Motivation
Parameter
Strahlintensitaet
Strahlqualitaet
Uebersicht
Elektrostatisch
LINAC
Kreis
Collider
LinearbeschleunigerEinzelresonator
• Cavities
• Anregung einer stehende Welle
• TM-Welle mit longitudinaler E-Feld Komponente
• → Beschleunigung
26 / 49
Teilchenb.
D.Schell
Motivation
Parameter
Strahlintensitaet
Strahlqualitaet
Uebersicht
Elektrostatisch
LINAC
Kreis
Collider
LinearbeschleunigerEinzelresonator
• Cavities
• Anregung einer stehende Welle
• TM-Welle mit longitudinaler E-Feld Komponente
• → Beschleunigung
26 / 49
Teilchenb.
D.Schell
Motivation
Parameter
Strahlintensitaet
Strahlqualitaet
Uebersicht
Elektrostatisch
LINAC
Kreis
Collider
LinearbeschleunigerWellenleiter
• Fur Elektronen nahe der Lichtgeschwindigkeit
• Phasengeschwindigkeit in der Regel uberLichtgeschwindigkeit
◦ Irisblenden verringern die Phasengeschwindigkeit
• Runzelrohre
27 / 49
Teilchenb.
D.Schell
Motivation
Parameter
Strahlintensitaet
Strahlqualitaet
Uebersicht
Elektrostatisch
LINAC
Kreis
Collider
LinearbeschleunigerWellenleiter
• Fur Elektronen nahe der Lichtgeschwindigkeit
• Phasengeschwindigkeit in der Regel uberLichtgeschwindigkeit
◦ Irisblenden verringern die Phasengeschwindigkeit
• Runzelrohre
27 / 49
Teilchenb.
D.Schell
Motivation
Parameter
Strahlintensitaet
Strahlqualitaet
Uebersicht
Elektrostatisch
LINAC
Kreis
Collider
LinearbeschleunigerWellenleiter
• Fur Elektronen nahe der Lichtgeschwindigkeit
• Phasengeschwindigkeit in der Regel uberLichtgeschwindigkeit
◦ Irisblenden verringern die Phasengeschwindigkeit
• Runzelrohre
27 / 49
Teilchenb.
D.Schell
Motivation
Parameter
Strahlintensitaet
Strahlqualitaet
Uebersicht
Elektrostatisch
LINAC
Kreis
Collider
LinearbeschleunigerWellenleiter
• Fur Elektronen nahe der Lichtgeschwindigkeit
• Phasengeschwindigkeit in der Regel uberLichtgeschwindigkeit
◦ Irisblenden verringern die Phasengeschwindigkeit
• Runzelrohre
27 / 49
Teilchenb.
D.Schell
Motivation
Parameter
Strahlintensitaet
Strahlqualitaet
Uebersicht
Elektrostatisch
LINAC
Kreis
Collider
Inhaltsverzeichnis
1 Motivation
2 Parameter eines TeilchenbeschleunigersStrahlintensitaetStrahlqualitaet
3 Teilchenbeschleuniger
4 Elektrostatische Beschleuniger
5 Linearbeschleuniger
6 Kreisbeschleuniger
7 Speicherringe, Collider
28 / 49
Teilchenb.
D.Schell
Motivation
Parameter
Strahlintensitaet
Strahlqualitaet
Uebersicht
Elektrostatisch
LINAC
Kreis
Collider
KreisbeschleunigerZyklotron
• qυB = γmυ2
r
• → ω = qγm
B
• inhomogenes Magnetfeldfuhrt zu axialerBahnstabilitat
• Umlauffrequenz konstantfur γ = 1
29 / 49
Teilchenb.
D.Schell
Motivation
Parameter
Strahlintensitaet
Strahlqualitaet
Uebersicht
Elektrostatisch
LINAC
Kreis
Collider
KreisbeschleunigerZyklotron
• qυB = γmυ2
r
• → ω = qγm
B
• inhomogenes Magnetfeldfuhrt zu axialerBahnstabilitat
• Umlauffrequenz konstantfur γ = 1
29 / 49
Teilchenb.
D.Schell
Motivation
Parameter
Strahlintensitaet
Strahlqualitaet
Uebersicht
Elektrostatisch
LINAC
Kreis
Collider
KreisbeschleunigerZyklotron
• qυB = γmυ2
r
• → ω = qγm
B
• inhomogenes Magnetfeldfuhrt zu axialerBahnstabilitat
• Umlauffrequenz konstantfur γ = 1
29 / 49
Teilchenb.
D.Schell
Motivation
Parameter
Strahlintensitaet
Strahlqualitaet
Uebersicht
Elektrostatisch
LINAC
Kreis
Collider
KreisbeschleunigerZyklotron
• qυB = γmυ2
r
• → ω = qγm
B
• inhomogenes Magnetfeldfuhrt zu axialerBahnstabilitat
• Umlauffrequenz konstantfur γ = 1
29 / 49
Teilchenb.
D.Schell
Motivation
Parameter
Strahlintensitaet
Strahlqualitaet
Uebersicht
Elektrostatisch
LINAC
Kreis
Collider
KreisbeschleunigerSynchrozyklotron
• relativistische Massenzunahme (m(υ))
• → Variierung der Frequenz der Elektroden fur einTeilchenpaket
• → sehr niedriger duty factor (ca. 1%)
30 / 49
Teilchenb.
D.Schell
Motivation
Parameter
Strahlintensitaet
Strahlqualitaet
Uebersicht
Elektrostatisch
LINAC
Kreis
Collider
KreisbeschleunigerSynchrozyklotron
• relativistische Massenzunahme (m(υ))
• → Variierung der Frequenz der Elektroden fur einTeilchenpaket
• → sehr niedriger duty factor (ca. 1%)
30 / 49
Teilchenb.
D.Schell
Motivation
Parameter
Strahlintensitaet
Strahlqualitaet
Uebersicht
Elektrostatisch
LINAC
Kreis
Collider
KreisbeschleunigerSynchrozyklotron
• relativistische Massenzunahme (m(υ))
• → Variierung der Frequenz der Elektroden fur einTeilchenpaket
• → sehr niedriger duty factor (ca. 1%)
30 / 49
Teilchenb.
D.Schell
Motivation
Parameter
Strahlintensitaet
Strahlqualitaet
Uebersicht
Elektrostatisch
LINAC
Kreis
Collider
KreisbeschleunigerBetatron
• Elektron in Vakuumrohre
• Magnetfeld zwingtTeilchen auf Kreisbahn
• zeitl. veranderlichesMagnetfeld
• Oszillation um Sollbahn→ Betatronschwinung
31 / 49
Teilchenb.
D.Schell
Motivation
Parameter
Strahlintensitaet
Strahlqualitaet
Uebersicht
Elektrostatisch
LINAC
Kreis
Collider
KreisbeschleunigerBetatron
• Elektron in Vakuumrohre
• Magnetfeld zwingtTeilchen auf Kreisbahn
• zeitl. veranderlichesMagnetfeld
• Oszillation um Sollbahn→ Betatronschwinung
31 / 49
Teilchenb.
D.Schell
Motivation
Parameter
Strahlintensitaet
Strahlqualitaet
Uebersicht
Elektrostatisch
LINAC
Kreis
Collider
KreisbeschleunigerBetatron
• Elektron in Vakuumrohre
• Magnetfeld zwingtTeilchen auf Kreisbahn
• zeitl. veranderlichesMagnetfeld
• Oszillation um Sollbahn→ Betatronschwinung
31 / 49
Teilchenb.
D.Schell
Motivation
Parameter
Strahlintensitaet
Strahlqualitaet
Uebersicht
Elektrostatisch
LINAC
Kreis
Collider
KreisbeschleunigerBetatron
• Elektron in Vakuumrohre
• Magnetfeld zwingtTeilchen auf Kreisbahn
• zeitl. veranderlichesMagnetfeld
• Oszillation um Sollbahn→ Betatronschwinung
31 / 49
Teilchenb.
D.Schell
Motivation
Parameter
Strahlintensitaet
Strahlqualitaet
Uebersicht
Elektrostatisch
LINAC
Kreis
Collider
KreisbeschleunigerMikrotron [Ve45]
• Beschleunigung vonElektronen
• HF-Resonator furBeschleunigung
• Synchronisierung desHF-Resonators
32 / 49
Teilchenb.
D.Schell
Motivation
Parameter
Strahlintensitaet
Strahlqualitaet
Uebersicht
Elektrostatisch
LINAC
Kreis
Collider
KreisbeschleunigerMikrotron [Ve45]
• Beschleunigung vonElektronen
• HF-Resonator furBeschleunigung
• Synchronisierung desHF-Resonators
32 / 49
Teilchenb.
D.Schell
Motivation
Parameter
Strahlintensitaet
Strahlqualitaet
Uebersicht
Elektrostatisch
LINAC
Kreis
Collider
KreisbeschleunigerMikrotron [Ve45]
• Beschleunigung vonElektronen
• HF-Resonator furBeschleunigung
• Synchronisierung desHF-Resonators
32 / 49
Teilchenb.
D.Schell
Motivation
Parameter
Strahlintensitaet
Strahlqualitaet
Uebersicht
Elektrostatisch
LINAC
Kreis
Collider
KreisbeschleunigerMikrotron [Ve45]
• relativ schwacheMagnetfelder (ca. 0,1 T)
• → sehr hohe Bahnradien
• Energie auf 20 - 25 MeVbeschrankt
33 / 49
Teilchenb.
D.Schell
Motivation
Parameter
Strahlintensitaet
Strahlqualitaet
Uebersicht
Elektrostatisch
LINAC
Kreis
Collider
KreisbeschleunigerMikrotron [Ve45]
• relativ schwacheMagnetfelder (ca. 0,1 T)
• → sehr hohe Bahnradien
• Energie auf 20 - 25 MeVbeschrankt
33 / 49
Teilchenb.
D.Schell
Motivation
Parameter
Strahlintensitaet
Strahlqualitaet
Uebersicht
Elektrostatisch
LINAC
Kreis
Collider
KreisbeschleunigerMikrotron [Ve45]
• relativ schwacheMagnetfelder (ca. 0,1 T)
• → sehr hohe Bahnradien
• Energie auf 20 - 25 MeVbeschrankt
33 / 49
Teilchenb.
D.Schell
Motivation
Parameter
Strahlintensitaet
Strahlqualitaet
Uebersicht
Elektrostatisch
LINAC
Kreis
Collider
KreisbeschleunigerRacetrack-Mikrotron
• LINAC als Beschleuniger
• starkere Magnetfelder
• → kleinere Bahnradien
34 / 49
Teilchenb.
D.Schell
Motivation
Parameter
Strahlintensitaet
Strahlqualitaet
Uebersicht
Elektrostatisch
LINAC
Kreis
Collider
KreisbeschleunigerRacetrack-Mikrotron
• LINAC als Beschleuniger
• starkere Magnetfelder
• → kleinere Bahnradien
34 / 49
Teilchenb.
D.Schell
Motivation
Parameter
Strahlintensitaet
Strahlqualitaet
Uebersicht
Elektrostatisch
LINAC
Kreis
Collider
KreisbeschleunigerRacetrack-Mikrotron
• LINAC als Beschleuniger
• starkere Magnetfelder
• → kleinere Bahnradien
34 / 49
Teilchenb.
D.Schell
Motivation
Parameter
Strahlintensitaet
Strahlqualitaet
Uebersicht
Elektrostatisch
LINAC
Kreis
Collider
KreisbeschleunigerSynchrotron
• Ablenkmagnete aufRingzone beschrankt
• Beschleunigung durchHF-Resonatoren
• Betatronschwinung
• Schwingung innerhalb desTeilchenpakets
• →
Synchrotronschwingung
35 / 49
Teilchenb.
D.Schell
Motivation
Parameter
Strahlintensitaet
Strahlqualitaet
Uebersicht
Elektrostatisch
LINAC
Kreis
Collider
KreisbeschleunigerSynchrotron
• Ablenkmagnete aufRingzone beschrankt
• Beschleunigung durchHF-Resonatoren
• Betatronschwinung
• Schwingung innerhalb desTeilchenpakets
• →
Synchrotronschwingung
35 / 49
Teilchenb.
D.Schell
Motivation
Parameter
Strahlintensitaet
Strahlqualitaet
Uebersicht
Elektrostatisch
LINAC
Kreis
Collider
KreisbeschleunigerSynchrotron
• Ablenkmagnete aufRingzone beschrankt
• Beschleunigung durchHF-Resonatoren
• Betatronschwinung
• Schwingung innerhalb desTeilchenpakets
• →
Synchrotronschwingung
35 / 49
Teilchenb.
D.Schell
Motivation
Parameter
Strahlintensitaet
Strahlqualitaet
Uebersicht
Elektrostatisch
LINAC
Kreis
Collider
KreisbeschleunigerSynchrotron
• Ablenkmagnete aufRingzone beschrankt
• Beschleunigung durchHF-Resonatoren
• Betatronschwinung
• Schwingung innerhalb desTeilchenpakets
• →
Synchrotronschwingung
35 / 49
Teilchenb.
D.Schell
Motivation
Parameter
Strahlintensitaet
Strahlqualitaet
Uebersicht
Elektrostatisch
LINAC
Kreis
Collider
KreisbeschleunigerSynchrotron
• Ablenkmagnete aufRingzone beschrankt
• Beschleunigung durchHF-Resonatoren
• Betatronschwinung
• Schwingung innerhalb desTeilchenpakets
• →
Synchrotronschwingung
35 / 49
Teilchenb.
D.Schell
Motivation
Parameter
Strahlintensitaet
Strahlqualitaet
Uebersicht
Elektrostatisch
LINAC
Kreis
Collider
KreisbeschleunigerSynchrotron
• 2 Typen von Synchrotron
◦ CG-Synchrotron (veraltet)◦ AG-Synchrotron (combined & separated)
• Energieverlust durch Betratronschwingung undSynchrotronstrahlung
36 / 49
Teilchenb.
D.Schell
Motivation
Parameter
Strahlintensitaet
Strahlqualitaet
Uebersicht
Elektrostatisch
LINAC
Kreis
Collider
KreisbeschleunigerSynchrotron
• 2 Typen von Synchrotron
◦ CG-Synchrotron (veraltet)◦ AG-Synchrotron (combined & separated)
• Energieverlust durch Betratronschwingung undSynchrotronstrahlung
36 / 49
Teilchenb.
D.Schell
Motivation
Parameter
Strahlintensitaet
Strahlqualitaet
Uebersicht
Elektrostatisch
LINAC
Kreis
Collider
KreisbeschleunigerSynchrotron
• 2 Typen von Synchrotron
◦ CG-Synchrotron (veraltet)◦ AG-Synchrotron (combined & separated)
• Energieverlust durch Betratronschwingung undSynchrotronstrahlung
36 / 49
Teilchenb.
D.Schell
Motivation
Parameter
Strahlintensitaet
Strahlqualitaet
Uebersicht
Elektrostatisch
LINAC
Kreis
Collider
KreisbeschleunigerSynchrotron
• 2 Typen von Synchrotron
◦ CG-Synchrotron (veraltet)◦ AG-Synchrotron (combined & separated)
• Energieverlust durch Betratronschwingung undSynchrotronstrahlung
36 / 49
Teilchenb.
D.Schell
Motivation
Parameter
Strahlintensitaet
Strahlqualitaet
Uebersicht
Elektrostatisch
LINAC
Kreis
Collider
Inhaltsverzeichnis
1 Motivation
2 Parameter eines TeilchenbeschleunigersStrahlintensitaetStrahlqualitaet
3 Teilchenbeschleuniger
4 Elektrostatische Beschleuniger
5 Linearbeschleuniger
6 Kreisbeschleuniger
7 Speicherringe, Collider
37 / 49
Teilchenb.
D.Schell
Motivation
Parameter
Strahlintensitaet
Strahlqualitaet
Uebersicht
Elektrostatisch
LINAC
Kreis
Collider
Speicherring, Collider
• Speicherring• Prinzip eines Synchrotrons
• Collider• Teilchen werden in 2 Ringen mit 2 Kreuzungspunkten oder
in einem Ring mit Twin-Rohren gefuhrt• Bei gleich schweren Teilchen (z.B. e− und e+)
Schwerpunktsenergie ECM = 2E
38 / 49
Teilchenb.
D.Schell
Motivation
Parameter
Strahlintensitaet
Strahlqualitaet
Uebersicht
Elektrostatisch
LINAC
Kreis
Collider
Speicherring, Collider
• Speicherring• Prinzip eines Synchrotrons
• Collider• Teilchen werden in 2 Ringen mit 2 Kreuzungspunkten oder
in einem Ring mit Twin-Rohren gefuhrt• Bei gleich schweren Teilchen (z.B. e− und e+)
Schwerpunktsenergie ECM = 2E
38 / 49
Teilchenb.
D.Schell
Motivation
Parameter
Strahlintensitaet
Strahlqualitaet
Uebersicht
Elektrostatisch
LINAC
Kreis
Collider
Speicherring, Collider
• Speicherring• Prinzip eines Synchrotrons
• Collider• Teilchen werden in 2 Ringen mit 2 Kreuzungspunkten oder
in einem Ring mit Twin-Rohren gefuhrt• Bei gleich schweren Teilchen (z.B. e− und e+)
Schwerpunktsenergie ECM = 2E
38 / 49
Teilchenb.
D.Schell
Motivation
Parameter
Strahlintensitaet
Strahlqualitaet
Uebersicht
Elektrostatisch
LINAC
Kreis
Collider
Speicherring, Collider
• Speicherring• Prinzip eines Synchrotrons
• Collider• Teilchen werden in 2 Ringen mit 2 Kreuzungspunkten oder
in einem Ring mit Twin-Rohren gefuhrt• Bei gleich schweren Teilchen (z.B. e− und e+)
Schwerpunktsenergie ECM = 2E
38 / 49
Teilchenb.
D.Schell
Motivation
Parameter
Strahlintensitaet
Strahlqualitaet
Uebersicht
Elektrostatisch
LINAC
Kreis
Collider
Speicherring, Collider
• Speicherring• Prinzip eines Synchrotrons
• Collider• Teilchen werden in 2 Ringen mit 2 Kreuzungspunkten oder
in einem Ring mit Twin-Rohren gefuhrt• Bei gleich schweren Teilchen (z.B. e− und e+)
Schwerpunktsenergie ECM = 2E
38 / 49
Teilchenb.
D.Schell
Motivation
Parameter
Strahlintensitaet
Strahlqualitaet
Uebersicht
Elektrostatisch
LINAC
Kreis
Collider
Heutige Anwendung
• Grundlagenforschung
• Medizin
• Industrie
• Alltag
39 / 49
Teilchenb.
D.Schell
Motivation
Parameter
Strahlintensitaet
Strahlqualitaet
Uebersicht
Elektrostatisch
LINAC
Kreis
Collider
Heutige Anwendung
• Grundlagenforschung
• Medizin
• Industrie
• Alltag
39 / 49
Teilchenb.
D.Schell
Motivation
Parameter
Strahlintensitaet
Strahlqualitaet
Uebersicht
Elektrostatisch
LINAC
Kreis
Collider
Heutige Anwendung
• Grundlagenforschung
• Medizin
• Industrie
• Alltag
39 / 49
Teilchenb.
D.Schell
Motivation
Parameter
Strahlintensitaet
Strahlqualitaet
Uebersicht
Elektrostatisch
LINAC
Kreis
Collider
Heutige Anwendung
• Grundlagenforschung
• Medizin
• Industrie
• Alltag
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Teilchenb.
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Collider
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LINAC
Kreis
Collider
Der Large Hadron ColliderAufbau
• Quelle und RFQ: 750 keV
• LINAC2: 50 MeV
• PSB: 1,4 GeV
• PS: 25 GeV
• SPS: 450 GeV
• LHC: 7 TeV(Schwerpunktsenergie)
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Der Large Hadron ColliderAufbau
• Quelle und RFQ: 750 keV
• LINAC2: 50 MeV
• PSB: 1,4 GeV
• PS: 25 GeV
• SPS: 450 GeV
• LHC: 7 TeV(Schwerpunktsenergie)
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Der Large Hadron ColliderAufbau
• Quelle und RFQ: 750 keV
• LINAC2: 50 MeV
• PSB: 1,4 GeV
• PS: 25 GeV
• SPS: 450 GeV
• LHC: 7 TeV(Schwerpunktsenergie)
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Der Large Hadron ColliderAufbau
• Quelle und RFQ: 750 keV
• LINAC2: 50 MeV
• PSB: 1,4 GeV
• PS: 25 GeV
• SPS: 450 GeV
• LHC: 7 TeV(Schwerpunktsenergie)
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Der Large Hadron ColliderAufbau
• Quelle und RFQ: 750 keV
• LINAC2: 50 MeV
• PSB: 1,4 GeV
• PS: 25 GeV
• SPS: 450 GeV
• LHC: 7 TeV(Schwerpunktsenergie)
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Der Large Hadron ColliderAufbau
• Quelle und RFQ: 750 keV
• LINAC2: 50 MeV
• PSB: 1,4 GeV
• PS: 25 GeV
• SPS: 450 GeV
• LHC: 7 TeV(Schwerpunktsenergie)
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Quellenangabe
Frank Hinterberger: Physik der Teilchenbeschleuniger undIonenoptik, Springer-Verlag, 2008
Bildquelle:
http://www.relativ-kritisch.nethttp://www.cern.ch
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Backup
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Plasma-Beschleuniger
• Kielfeld-Beschleuniger
• angeregtes Plasma oszilliert
• → Plasma-Schwingung
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LinearbeschleunigerAlvarez-Struktur [Al46]
• Aneinanderreihung von Einzelresonatoren
• Feldvektoren an Trennwanden entgegengesetzt
◦ Trennwande werden weggelassen
• wirkt defokussierend
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KreisbeschleunigerBetatron
• Beschleunigung vonElektronen
• Prinzip von Wideroe(1928)
• 1941 Kerst und Serber[Ke41]: Bau des erstenBetatron
◦ Eges = 2, 5MeV
◦ υ = 0, 979c
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Teilchenb.
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KreisbeschleunigerBetatron
• Beschleunigung vonElektronen
• Prinzip von Wideroe(1928)
• 1941 Kerst und Serber[Ke41]: Bau des erstenBetatron
◦ Eges = 2, 5MeV
◦ υ = 0, 979c
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Kreis
Collider
KreisbeschleunigerSynchrotron
• Veksler [Ve44] und McMillan [Mi45]
• 1946 Goward, Barnes [Go46]: Erstes Elektronensynchrotron
• 1954 Erstes Protonensynchrotron (Bevatron)• Protonen mit Eges = 6, 2GeV• υ = 0, 988c
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Teilchenb.
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KreisbeschleunigerSynchrotron
• Veksler [Ve44] und McMillan [Mi45]
• 1946 Goward, Barnes [Go46]: Erstes Elektronensynchrotron
• 1954 Erstes Protonensynchrotron (Bevatron)• Protonen mit Eges = 6, 2GeV• υ = 0, 988c
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KreisbeschleunigerZyklotron
• D-formige Elektroden mitSpalt
• Ionenquelle in der Mitte
• Beschleunigung im Spalt,Ablenkung in denElektroden
• Die HF der Elektroden istan der Umlauffrequenzder Teilchen angepsst
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KreisbeschleunigerZyklotron
• D-formige Elektroden mitSpalt
• Ionenquelle in der Mitte
• Beschleunigung im Spalt,Ablenkung in denElektroden
• Die HF der Elektroden istan der Umlauffrequenzder Teilchen angepsst
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• D-formige Elektroden mitSpalt
• Ionenquelle in der Mitte
• Beschleunigung im Spalt,Ablenkung in denElektroden
• Die HF der Elektroden istan der Umlauffrequenzder Teilchen angepsst
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KreisbeschleunigerZyklotron
• D-formige Elektroden mitSpalt
• Ionenquelle in der Mitte
• Beschleunigung im Spalt,Ablenkung in denElektroden
• Die HF der Elektroden istan der Umlauffrequenzder Teilchen angepsst
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