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Teilchenbeschleuniger Drucken E-Mail
Ein Teilchenbeschleuniger ist ein Gerät, in dem geladene Teilchen (z. B. Elementarteilchen, Atomkerne oder ionisierte Atome, Moleküle und Molekülbruchstücke) durch elektrische Felder auf große Geschwindigkeiten beschleunigt werden (die elektrischen Felder entstehen bei einigen Beschleunigertypen durch Elektromagnetische Induktion in veränderlichen Magnetfeldern).

Je nach Teilchenart und Beschleunigertyp kann annähernd Lichtgeschwindigkeit erreicht werden, und die Teilchen erlangen eine Bewegungsenergie (kinetische Energie), die einem Vielfachen ihrer eigenen Ruheenergie entspricht.

Neben ihrer Bedeutung für die Grundlagenforschung haben Teilchenbeschleuniger auch eine immer wichtigere Bedeutung in der Medizin und für viele industrielle Zwecke.

Arten von Teilchenbeschleunigern

    * mit geradliniger Beschleunigung
          o Linearbeschleuniger
          o Van-de-Graaff-Beschleuniger
          o Tandembeschleuniger
          o Cockcroft-Walton-Generator
          o Dynamitron
          o Kielfeld-Beschleuniger, Laser-Plasma-Beschleuniger (hohe Feldstärken durch eine mit Laser erzeugte Plasmastrecke)
    * mit zyklischer Beschleunigung (Beschleunigung auf einer ringförmig geschlossenen, spiralartigen oder rosettenförmigen Bahn)
          o Betatron
          o Zyklotron
          o Mikrotron
          o Synchrotron (z. B. Bevatron)
          o Speicherring
          o Rhodotron

Anwendungsgebiete von Teilchenbeschleunigern

    * Physik: Kernphysik, Teilchenphysik, Kosmologie, Synchrotronstrahlung
    * Chemie: Massenspektrometer
    * Medizin: Strahlentherapie
    * Materialuntersuchung: Durchstrahlungsprüfung
    * Industrie: Strahlensterilisation, Strahlenvernetzung, Lebensmittelbestrahlung, Elektronenstrahlschweißen, Röntgenlithographie, Elektronenstrahllithographie

Hochenergie-Beschleuniger

Die größten Beschleunigeranlagen werden in der Grundlagenforschung (Hochenergiephysik) quasi als Mikroskope eingesetzt, um mit den darin beschleunigten, hoch energetischen Teilchen die fundamentalen Wechselwirkungen von Materie zu untersuchen, und allerkleinste Strukturen aufzulösen. Man unterscheidet zwischen sog. Fixed-Target-Experimenten, bei denen ein feststehendes Target dem Teilchenstrom ausgesetzt wird, und Collider-Experimenten, bei denen zwei gegenläufige Teilchenstrahlen in einem Speicherring zur Kollision gebracht werden. Letztere haben den Vorteil, dass die gesamte Energie der Teilchen (hauptsächlich kinetische, aber auch die Ruhemasse selbst) für die untersuchten Prozesse zur Verfügung steht, während bei Fixed-Target-Experimenten aufgrund des Impulserhaltungssatzes die Kollisionsprodukte einen Nettoimpuls tragen, und damit stets ein beträchtlicher Teil der Energie als Bewegungsenergie erhalten bleibt (siehe auch Kinematik).

Bei dem Zusammenstoß werden die Teilchen aufgrund der typischerweise hohen Energien nicht nur gestreut, sondern vor allem auch neue Teilchen erzeugt. Der Nachweis der Kollisionsprodukte erfolgt dabei mit Teilchendetektoren.

Der weltweit größte Teilchenbeschleuniger ist der Large Hadron Collider (LHC) der Europäischen Organisation für Kernforschung (CERN) bei Genf.

Synchrotronstrahlung

Synchrotronstrahlung, ursprünglich ein „Abfallprodukt“ großer Elektronenbeschleuniger (z. B. im HASYLAB beim DESY in der Materialforschung, zur medizinischen Diagnostik und anderem eingesetzt) wird inzwischen in vielen eigens dafür gebauten Beschleunigeranlagen erzeugt.

Ein Sonderfall der Erzeugung von Synchrotronstrahlung ist der Freie-Elektronen-Laser.

Dieser Artikel basiert auf dem Artikel Teilchenbeschleuniger aus der freien Enzyklopädie Wikipedia und steht unter der GNU-Lizenz für freie Dokumentation. In der Wikipedia ist eine Liste der Autoren verfügbar.

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