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Ausblick

Zyklotron

Die großen Ausmaße eines Linearbeschleunigers können erheblich reduziert werden, wenn man die Teilchenbahn mit Hilfe eines homogenen Magnetfelds "aufwickelt". Bei dem von LAWRENCE (1930) entwickelten Normal-Zyklotron durchlaufen die geladenen Teilchen - ähnlich wie beim Linearbeschleuniger - mehrmals eine Spannung, die zwischen zwei hohlen halbkreisförmigen Elektroden (Duanten) anliegt.

Beim Normalzyklotron liegt eine hochfreqeuente Wechselspannung konstanter Frequenz zwischen den Duanten. Die Duanten-Anordnung befindet sich in einer Vakuumkammer.

Senkrecht zur Ebene, in der die Duanten liegen wirkt ein starkes homogenes Magnetfeld (erzeugt durch Spulen mit Joch), welches die von der Teilchenquelle ausgehenden Ladungsträger auf Kreisbahnen zwingt.

Die Beschleunigung der von der im Zentrum liegenden Teilchenquelle ausgehenden Ladungen erfolgt im Raum zwischen den Duanten.

Bei der Kreisbewegung muss ständig die Richtung der geladenen Teilchen geändert werden. Dazu ist die sogenannte Kreisbeschleunigung erforderlich, die jedoch den Geschwindigkeitsbetrag der Teilchen nicht erhöht. Beschleunigte Ladung strahlen aber elektromagnetische Energie ab. Dies ist ein Nachteil der Kreisbeschleuniger.

Die folgende Animation zeigt stark vereinfacht die Funktionsweise des Normal-Zyklotrons. Die kinetische Energie der Teilchen nimmt zwischen den Duanten zu, auf dem Weg durch die Duanten bleibt die kinetische Energie gleich, da die LORENTZ-Kraft senkrecht zur Bewegungsrichtung wirkt.

Abb. 3 Aufbau und Funktionsweise eines Zyklotrons
Das Kernstück eines Zyklotrons: Vakuumbehälter; Duanten mit Hochspannungsanschlüssen
Die Peripherie eins Zyklotrons: Magnetfeldanordnung. Die Duanten sind gerade aus dem Magnetfeld herausgezogen worden.