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Ausblick

Hochfrequenz-Linearbeschleuniger

Grundprinzip

Abb. 1 Blick in das Innere eines Linearbeschleunigers

Schon beim Tandem-Beschleuniger wurde die Spannung einer Quelle zweimal für die Beschleunigung geladener Teilchen ausgenutzt. Beim Linearbeschleuniger wird dieses Prinzip zur Perfektion getrieben.

Die Teilchen (wir gehen bei der Erklärung von positiven Teilchen aus) treffen von einer Quelle kommend auf einen metallischen Hohlzylinder der mit einem Pol der Spannungsquelle verbunden ist. Das Innere dieses Hohlzylinders ist feldfrei, es findet also im Inneren des Zylinders keine Beschleunigung statt

Ist die erste Röhre beim Verlassen der Teilchen positiv und die zweite Röhre (die mit dem anderen Pol der Spannungsquelle verbunden ist) negativ geladen, so gewinnen die positiven Teilchen im Raum zwischen den Röhren (Beschleunigungsstrecke) an Geschwindigkeit.

Im feldfreien Innenraum der zweiten Röhre bewegen sich die Teilchen gleichförmig. Ein weitere Geschwindigkeitszunahme der Teilchen auf der Beschleunigungsstrecke zwischen zweiter und dritter Röhre erfolgt nur, wenn nun die zweite Röhre positiv und die dritte Röhre negativ geladen ist.

Das Umpolen der Röhren wird erreicht, indem man eine Wechselspannungsquelle verwendet. Bei einer Wechselspannung fester Frequenz ist die Zeitspanne, welche zwischen dem Umpolen verstreicht stets gleich.

Die Teilchen werden bei richtiger Polung der Röhren immer schneller. Wären die Röhren alle von gleicher Länge, so würde die Aufenthaltsdauer der Teilchen in der Röhre immer kleiner werden. Dies hätte bei fester Wechselspannungsfrequenz zur Folge, dass die Teilchen über kurz oder lang ein Gegenfeld zwischen zwei Röhren vorfinden würden, was eine Abbremsung zur Folge hätte.

Um dies zu vermeiden verlängert man die Röhren mit zunehmender Entfernung von der Quelle gerade so, dass die Durchflugszeit bei jeder Röhre gleich ist. Auf diese Weise schafft man es, dass die Teilchen zwischen den Röhren stets ein optimal gepoltes Feld vorfinden.

Bei den Linearbeschleunigern erreichen die Teilchen Geschwindigkeiten nahe der Lichtgeschwindigkeit. Bei nicht so großen Rohrlängen muss also die Wechselspannung sehr schnell umgepolt werden. Daher der Name "Hochfrequenz-Linearbeschleuniger".

Abb. 2 Aufbau und Funktionsweise eines Hochfrequenz-Linearbeschleunigers

In der Animation ist ein Rechtschreibfehler vorhanden. Vor dem "wie" sollte kein Komma stehen.

Hinweis: Bei DESY findest du in der Rubrik "Kwork Quark" zwei weitere, sehr schöne Flash-Animationen zum Funktionsprinzip des Linearbeschleunigers.