Zyklotron

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Das Zyklotron ist ein Teilchenbeschleuniger, bei dem die zu beschleunigenden Teilchen mit Hilfe eines Magnetfeldes in eine Spiralbahn gebracht werden, so dass eine oder mehrere Beschleunigungsstrecken (engl. gaps) mehrfach durchlaufen werden. Da die Teilchen (Elektronen, Positronen, Protonen oder Ionen) beim Durchlaufen der Gaps Energie gewinnen, vergrößert sich ihr Bahnradius entsprechend. Die Bahnumlauffrequenz bleibt dabei konstant und ist nur von der Teilchenart und der stärke des axialen Magnetfelds abhängig. Die Bahnumlauffrequenz wird Zyklotronfrequenz genannt.


Funktion

Die Teilchen werden in das Zentrum eines Zyklotrons mit geringer Energie injiziert, nehmen bei jeder Durchquerung einer Beschleunigungsstrecke Energie auf, werden dadurch schneller und vergrößern ihren Orbit. Die Maximale Energie haben sie erreicht, wenn der Orbit dem äußeren Rand des Zyklotrons entspricht; hier werden sie dann aus dem Magnetfeld extrahiert. Die Frequenz der Beschleunigungsspannung muss beim Zyklotron der Bahnumlauffrequenz der beschleunigten Teilchen oder einem Vielfachen entsprechen, damit diese beim Durchlaufen der Gaps immer die passende Phasenlage der Hochfrequenz "sehen".

Zyklotron.bmp

Zyklotron 1.bmp

590 MeV Protonen-Zyklotron am Paul-Scherrer-Institut PSI in Villingen, CH