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Zyklotron


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Das Zyklotron ist eine Apparatur zur Beschleunigung von Protonen und leichten Atomkernen auf große Geschwindigkeiten nahe der Lichtgeschwindigkeit . Es gehört zu den Teilchenbeschleunigern wie z.B. auch das Synchrotron .

Aufbau:

Das Zyklotron besteht aus einem großen Elektromagnet zwischen dessen Polen sich eine flache Vakuumkammer befindet. Im Inneren der Kammer befinden 2 halbkreisförmige Metallkammern (Dees) zwischen denen sich Beschleunigungsspalt und die Ionenquelle befindet. Am Rand Kammer ist ein Ablenkkondensator angebracht der zur auf ein bestimmten Ziel dient.

Funktionsweise:

An der in der Mitte der befindliche Ionenquelle werden durch Beschuss eines feinen Gases mit Elektronen einer Glühkathode positiv geladenen erzeugt.

Gleichzeitig wird an die Dees eine Wechselspannung angelegt. Durch diese werden die Ionen dem negativ geladenen Dee beschleunigt. Sobald sie diesen eingedrungen sind werden sie nicht mehr dem elektrischen Feld ( Faradaykäfig ) jedoch von dem Elektromagnet beeinflusst und durch die Lorentzkraft einen Halbkreis bis sie den Dee verlassen. Nun werden sie durch die Beschleunigungsspannung sich inzwischen umgekehrt hat so dass nun andere Dee negativ geladen ist beschleunigt bis wieder in den Dee eindringen. Durch die werdende Kreisbahn bleibt die Umlaufzeit trotz wachsender konstant. Daher kann die Beschleunigungsspannung während des Vorgangs konstant bleiben.

Schließlich werden die Elektronen durch ein Auslenkfeld (Kondensator) aus den Dees heraus auf Ziel gelenkt.

Technische Beschränkungen:

  • Die maximale Teilchenenergie moderner Zyklotrons liegt ca. 100 MeV.
  • Es nicht nicht möglich die Lichtgeschwindigkeit erreichen (wegen relativistischer Effekte) allerdings kommt man ihr beliebig (mit steigendem Aufwand bei stärkerer Annäherung - genannte 100 MeV entsprechen ca. 99 999% Lichtgeschwindigkeit)
  • Durch die gekrümmte Bahn geht ein der Energie der Teilchen verloren.



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