Teilchenb.

D.Schell

Motivation

Parameter

Strahlintensitaet

Strahlqualitaet

Uebersicht

Elektrostatisch

LINAC

Kreis

Collider

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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

3 / 49

Teilchenb.

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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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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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Parameter

Strahlintensitaet

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Uebersicht

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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

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Uebersicht

Elektrostatisch

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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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Parameter

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Uebersicht

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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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Parameter

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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

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Uebersicht

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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

Motivation

• Hohere Energien

• Bessere Strahlqualitaten

• Kriegszwecke

• Sekundarstrahlung

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Teilchenb.

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Motivation

Parameter

Strahlintensitaet

Strahlqualitaet

Uebersicht

Elektrostatisch

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Kreis

Collider

Motivation

• Hohere Energien

• Bessere Strahlqualitaten

• Kriegszwecke

• Sekundarstrahlung

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Teilchenb.

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Parameter

Strahlintensitaet

Strahlqualitaet

Uebersicht

Elektrostatisch

LINAC

Kreis

Collider

Motivation

• Hohere Energien

• Bessere Strahlqualitaten

• Kriegszwecke

• Sekundarstrahlung

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Teilchenb.

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Parameter

Strahlintensitaet

Strahlqualitaet

Uebersicht

Elektrostatisch

LINAC

Kreis

Collider

Motivation

• Hohere Energien

• Bessere Strahlqualitaten

• Kriegszwecke

• Sekundarstrahlung

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Parameter

Strahlintensitaet

Strahlqualitaet

Uebersicht

Elektrostatisch

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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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Parameter

Strahlintensitaet

Strahlqualitaet

Uebersicht

Elektrostatisch

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Kreis

Collider

Parameter eines

TeilchenbeschleunigersStrahlintensitat

• Teilchen pro Zeiteinheit

• Luminositat L [cm−2s−1]

◦ Reaktionsrate = Luminositat x Wirkungsquerschnitt

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Teilchenb.

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Motivation

Parameter

Strahlintensitaet

Strahlqualitaet

Uebersicht

Elektrostatisch

LINAC

Kreis

Collider

Parameter eines

TeilchenbeschleunigersStrahlintensitat

• Teilchen pro Zeiteinheit

• Luminositat L [cm−2s−1]

◦ Reaktionsrate = Luminositat x Wirkungsquerschnitt

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Teilchenb.

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Parameter

Strahlintensitaet

Strahlqualitaet

Uebersicht

Elektrostatisch

LINAC

Kreis

Collider

Parameter eines

TeilchenbeschleunigersStrahlintensitat

• Teilchen pro Zeiteinheit

• Luminositat L [cm−2s−1]

◦ Reaktionsrate = Luminositat x Wirkungsquerschnitt

7 / 49

Teilchenb.

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Motivation

Parameter

Strahlintensitaet

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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Teilchenb.

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Parameter

Strahlintensitaet

Strahlqualitaet

Uebersicht

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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

Strahlintensitaet

Strahlqualitaet

Uebersicht

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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

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Strahlqualitaet

Uebersicht

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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

Strahlintensitaet

Strahlqualitaet

Uebersicht

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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

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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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Uebersicht

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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

Strahlqualitaet

Uebersicht

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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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Motivation

Parameter

Strahlintensitaet

Strahlqualitaet

Uebersicht

Elektrostatisch

LINAC

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

Strahlintensitaet

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Uebersicht

Elektrostatisch

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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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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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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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• 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

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

Strahlintensitaet

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Uebersicht

Elektrostatisch

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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

Ubersicht der Beschleunigertypen

• Elektrostatische Beschleuniger

◦ Beschleunigerrohr◦ Hochspannungsgenerator

• Linearbeschleuniger (LINAC)

• Kreisbeschleuniger

• Speicherringe, Collider

• Plasmabeschleuniger

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Teilchenb.

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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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Collider

Ubersicht der Beschleunigertypen

• Elektrostatische Beschleuniger

◦ Beschleunigerrohr◦ Hochspannungsgenerator

• Linearbeschleuniger (LINAC)

• Kreisbeschleuniger

• Speicherringe, Collider

• Plasmabeschleuniger

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Parameter

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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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LINAC

Kreis

Collider

Ubersicht der Beschleunigertypen

• Elektrostatische Beschleuniger

◦ Beschleunigerrohr◦ Hochspannungsgenerator

• Linearbeschleuniger (LINAC)

• Kreisbeschleuniger

• Speicherringe, Collider

• Plasmabeschleuniger

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Kreis

Collider

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

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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Teilchenb.

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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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Teilchenb.

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Parameter

Strahlintensitaet

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Uebersicht

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Kreis

Collider

Elektrostatischer BeschleunigerDas Beschleunigerrohr

• Spannung wird aufmehreren Elektrodenstufenformig verteilt

◦ gleichmaßiges E-Feld◦ hohe

Spannungsfestigkeit

• Hochvakuum

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Parameter

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Strahlqualitaet

Uebersicht

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LINAC

Kreis

Collider

Elektrostatischer BeschleunigerDas Beschleunigerrohr

• Spannung wird aufmehreren Elektrodenstufenformig verteilt

◦ gleichmaßiges E-Feld◦ hohe

Spannungsfestigkeit

• Hochvakuum

13 / 49

Teilchenb.

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Parameter

Strahlintensitaet

Strahlqualitaet

Uebersicht

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LINAC

Kreis

Collider

Elektrostatischer BeschleunigerDas Beschleunigerrohr

• Spannung wird aufmehreren Elektrodenstufenformig verteilt

◦ gleichmaßiges E-Feld◦ hohe

Spannungsfestigkeit

• Hochvakuum

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Teilchenb.

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Parameter

Strahlintensitaet

Strahlqualitaet

Uebersicht

Elektrostatisch

LINAC

Kreis

Collider

Elektrostatischer BeschleunigerDas Beschleunigerrohr

• Elektroden sindhochglanzpoliert undabgerunded

• zu Beginn leichtuberlappend

• rotationssymmetrischeElektroden

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Teilchenb.

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Parameter

Strahlintensitaet

Strahlqualitaet

Uebersicht

Elektrostatisch

LINAC

Kreis

Collider

Elektrostatischer BeschleunigerDas Beschleunigerrohr

• Elektroden sindhochglanzpoliert undabgerunded

• zu Beginn leichtuberlappend

• rotationssymmetrischeElektroden

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Teilchenb.

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Parameter

Strahlintensitaet

Strahlqualitaet

Uebersicht

Elektrostatisch

LINAC

Kreis

Collider

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

15 / 49

Teilchenb.

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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

15 / 49

Teilchenb.

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Parameter

Strahlintensitaet

Strahlqualitaet

Uebersicht

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LINAC

Kreis

Collider

Elektrostatischer BeschleunigerCockcroft-Walton-Beschleuniger [Co32]

• Kaskadengeneratorerreicht 800 kV (700kVSpannungsfest)

• Fur das erreichen hoherSpannung:

◦ Teile mit großemKrummungsradius

◦ Keramikisolatoren

15 / 49

Teilchenb.

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Motivation

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

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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Strahlintensitaet

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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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Elektrostatischer BeschleunigerCockcroft-Walton-Beschleuniger [Co32]

• Protonen mitEges = 400keV

• Erste Kernreaktion!

◦7Li + p →

4He + 4He

◦7Li + p →

7Be + n

• Nobelpreis 1951

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Strahlintensitaet

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Uebersicht

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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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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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Uebersicht

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Kreis

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Elektrostatischer BeschleunigerDynamitron-Beschleuniger [Cl60]

• Unter SchutzgasSpannungen bis 4 MVmoglich

• Elektroden und Spulebilden Schwingkreis

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LINAC

Kreis

Collider

Elektrostatischer BeschleunigerVan de Graaff-Beschleuniger [Gr31]

• mechanischerLadungstransport uber einvulkanisiertes Band

• Hochspannung bis zu 1,5MV

• typisch: KonstanterStrahlstrom

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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.

D.Schell

Motivation

Parameter

Strahlintensitaet

Strahlqualitaet

Uebersicht

Elektrostatisch

LINAC

Kreis

Collider

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Teilchenb.

D.Schell

Motivation

Parameter

Strahlintensitaet

Strahlqualitaet

Uebersicht

Elektrostatisch

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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Teilchenb.

D.Schell

Motivation

Parameter

Strahlintensitaet

Strahlqualitaet

Uebersicht

Elektrostatisch

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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Teilchenb.

D.Schell

Motivation

Parameter

Strahlintensitaet

Strahlqualitaet

Uebersicht

Elektrostatisch

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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Teilchenb.

D.Schell

Motivation

Parameter

Strahlintensitaet

Strahlqualitaet

Uebersicht

Elektrostatisch

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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Teilchenb.

D.Schell

Motivation

Parameter

Strahlintensitaet

Strahlqualitaet

Uebersicht

Elektrostatisch

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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Teilchenb.

D.Schell

Motivation

Parameter

Strahlintensitaet

Strahlqualitaet

Uebersicht

Elektrostatisch

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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Teilchenb.

D.Schell

Motivation

Parameter

Strahlintensitaet

Strahlqualitaet

Uebersicht

Elektrostatisch

LINAC

Kreis

Collider

Quellenangabe

Frank Hinterberger: Physik der Teilchenbeschleuniger undIonenoptik, Springer-Verlag, 2008

Bildquelle:

http://www.relativ-kritisch.nethttp://www.cern.ch

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Teilchenb.

D.Schell

Motivation

Parameter

Strahlintensitaet

Strahlqualitaet

Uebersicht

Elektrostatisch

LINAC

Kreis

Collider

Backup

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Teilchenb.

D.Schell

Motivation

Parameter

Strahlintensitaet

Strahlqualitaet

Uebersicht

Elektrostatisch

LINAC

Kreis

Collider

Plasma-Beschleuniger

• Kielfeld-Beschleuniger

• angeregtes Plasma oszilliert

• → Plasma-Schwingung

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Teilchenb.

D.Schell

Motivation

Parameter

Strahlintensitaet

Strahlqualitaet

Uebersicht

Elektrostatisch

LINAC

Kreis

Collider

LinearbeschleunigerAlvarez-Struktur [Al46]

• Aneinanderreihung von Einzelresonatoren

• Feldvektoren an Trennwanden entgegengesetzt

◦ Trennwande werden weggelassen

• wirkt defokussierend

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Teilchenb.

D.Schell

Motivation

Parameter

Strahlintensitaet

Strahlqualitaet

Uebersicht

Elektrostatisch

LINAC

Kreis

Collider

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Teilchenb.

D.Schell

Motivation

Parameter

Strahlintensitaet

Strahlqualitaet

Uebersicht

Elektrostatisch

LINAC

Kreis

Collider

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.

D.Schell

Motivation

Parameter

Strahlintensitaet

Strahlqualitaet

Uebersicht

Elektrostatisch

LINAC

Kreis

Collider

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.

D.Schell

Motivation

Parameter

Strahlintensitaet

Strahlqualitaet

Uebersicht

Elektrostatisch

LINAC

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.

D.Schell

Motivation

Parameter

Strahlintensitaet

Strahlqualitaet

Uebersicht

Elektrostatisch

LINAC

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.

D.Schell

Motivation

Parameter

Strahlintensitaet

Strahlqualitaet

Uebersicht

Elektrostatisch

LINAC

Kreis

Collider

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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Teilchenb.

D.Schell

Motivation

Parameter

Strahlintensitaet

Strahlqualitaet

Uebersicht

Elektrostatisch

LINAC

Kreis

Collider

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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Teilchenb.

D.Schell

Motivation

Parameter

Strahlintensitaet

Strahlqualitaet

Uebersicht

Elektrostatisch

LINAC

Kreis

Collider

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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Teilchenb.

D.Schell

Motivation

Parameter

Strahlintensitaet

Strahlqualitaet

Uebersicht

Elektrostatisch

LINAC

Kreis

Collider

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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