Van-de-Graaff-Beschleuniger
Durch eine Anordnung (laufendes isolierendes Band, auf welches Ladungen aufgesprüht werden), die viel mit einem Bandgenerator gemeinsam hat, wird die Hochspannungselektrode stark positiv gegenüber dem Target aufgeladen. In der Hochspannungselektrode sitzt die Ionenquelle, die im skizzierten Beispiel positive Teilchen in das hochevakuierte Beschleunigungsrohr aussendet. Diese positiven Teilchen werden sehr stark von der Hochspannungselektrode abgestoßen und gelangen durch das Beschleunigungsrohr zum Target, wo die Wechselwirkung mit den Bausteinen des Targets stattfindet.
Die gesamte Anordnung befindet in einem gasgefüllten Drucktank um Hochspannungsüberschläge zu vermeiden (Füllgas z.B. Kohlendioxid oder Schwefelhexafluorid). Die Spannung zwischen Hochspannungselektrode und Target liegt bei einigen Millionen Volt, also im Bereich von Megavolt. Die Spannung ist wegen der Überschläge nach oben hin begrenzt.
Kleinere van-de-Graaff-Beschleuniger haben noch überschaubare Größen und Preise, die sich eine einzelne Hochschule leisten kann.
Tandem-Beschleuniger
Beim Tandem-Beschleuniger (vgl. Abb. 2) kann man durch einen "Trick" die hohe Spannung des van-de-Graaff-Beschleunigers zweimal ausnutzen:
Die positiven Teilchen der Ionenquelle werden durch Anlagerung von negativen Elektronen zunächst insgesamt negativ aufgeladen (Umladung 1) und in den Beschleuniger geschickt. Hier werden sie von der stark positiv geladenen Hochspannungselektrode in der Mitte der Anordnung angezogen.
Innerhalb der Hochspannungselektrode werden die Elektronen von den ursprünglich positiven Teilchen abgestreift (Umladung 2). Die jetzt schon hochenergetischen positiven Teilchen werden im linken Teil des Beschleunigers von der Hochspannungselektrode abgestoßen und so nochmals beschleunigt.
Durch einen Ablenkmagneten werden die Teilchen dann zu einer Versuchsanordnung geleitet.
Ehemaliger Tandem-Teilchenbeschleuniger im Maier-Leibnitz-Laboratorium
Zwischen 1970 und 2020 betrieben die LMU und die TU München gemeinsam einen Tandem-Teilchenbeschleuniger im Maier-Leibnitz-Laboratorium in Garching (siehe Abb. 3). Die Teilchen können hier maximal eine Spannung von \(2\cdot 14\,\rm{MV}=28\,\rm{MV}\) durchlaufen. Wasseratome können durch diesen Beschleuniger auf ein Viertel der Lichtgeschwindigkeit gebracht werden.