[{"@context":"http:\/\/schema.org\/","@type":"BlogPosting","@id":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki24\/2021\/10\/15\/teilchenbeschleuniger-wikipedia\/#BlogPosting","mainEntityOfPage":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki24\/2021\/10\/15\/teilchenbeschleuniger-wikipedia\/","headline":"Teilchenbeschleuniger \u2013 Wikipedia","name":"Teilchenbeschleuniger \u2013 Wikipedia","description":"before-content-x4 Ger\u00e4t um hohe Geschwindigkeiten zu st\u00fctzen Das Tevatron, ein Teilchenbeschleuniger vom Typ Synchrotron-Beschleuniger am Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab),","datePublished":"2021-10-15","dateModified":"2021-10-15","author":{"@type":"Person","@id":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki24\/author\/lordneo\/#Person","name":"lordneo","url":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki24\/author\/lordneo\/","image":{"@type":"ImageObject","@id":"https:\/\/secure.gravatar.com\/avatar\/44a4cee54c4c053e967fe3e7d054edd4?s=96&d=mm&r=g","url":"https:\/\/secure.gravatar.com\/avatar\/44a4cee54c4c053e967fe3e7d054edd4?s=96&d=mm&r=g","height":96,"width":96}},"publisher":{"@type":"Organization","name":"Enzyklop\u00e4die","logo":{"@type":"ImageObject","@id":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki4\/wp-content\/uploads\/2023\/08\/download.jpg","url":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki4\/wp-content\/uploads\/2023\/08\/download.jpg","width":600,"height":60}},"image":{"@type":"ImageObject","@id":"https:\/\/upload.wikimedia.org\/wikipedia\/commons\/thumb\/3\/3f\/Fermilab.jpg\/330px-Fermilab.jpg","url":"https:\/\/upload.wikimedia.org\/wikipedia\/commons\/thumb\/3\/3f\/Fermilab.jpg\/330px-Fermilab.jpg","height":"215","width":"330"},"url":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki24\/2021\/10\/15\/teilchenbeschleuniger-wikipedia\/","wordCount":15612,"articleBody":"     (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});before-content-x4Ger\u00e4t um hohe Geschwindigkeiten zu st\u00fctzen  Das Tevatron, ein Teilchenbeschleuniger vom Typ Synchrotron-Beschleuniger am Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab), Batavia, Illinois, USA.  Im Jahr 2011 au\u00dfer Betrieb genommen, war er bis 2007 der leistungsst\u00e4rkste Teilchenbeschleuniger der Welt und beschleunigte Protonen auf eine Energie von \u00fcber 1 TeV (Tera-Elektronenvolt).  Strahlen zirkulierender Protonen in den beiden kreisf\u00f6rmigen Vakuumkammern in den beiden sichtbaren Ringen kollidierten an ihrem Schnittpunkt.  Animation, die den Betrieb eines Linearbeschleunigers zeigt, der sowohl in der Physikforschung als auch in der Krebsbehandlung weit verbreitet ist.EIN Partikelbeschleuniger ist eine Maschine, die elektromagnetische Felder verwendet, um geladene Teilchen auf sehr hohe Geschwindigkeiten und Energien zu treiben und sie in wohldefinierten Strahlen einzuschlie\u00dfen.[1]Gro\u00dfe Beschleuniger dienen der Grundlagenforschung in der Teilchenphysik.  Der gr\u00f6\u00dfte derzeit in Betrieb befindliche Beschleuniger ist der Large Hadron Collider (LHC) in der N\u00e4he von Genf, Schweiz, der vom CERN betrieben wird.  Es handelt sich um einen Collider-Beschleuniger, der zwei Protonenstrahlen auf eine Energie von 6,5 TeV beschleunigen und frontal zur Kollision bringen kann, wodurch Schwerpunktenergien von 13 TeV entstehen.  Andere leistungsstarke Beschleuniger sind RHIC am Brookhaven National Laboratory in New York und fr\u00fcher das Tevatron in Fermilab, Batavia, Illinois.  Beschleuniger werden auch als Synchrotronlichtquellen f\u00fcr das Studium der Physik der kondensierten Materie verwendet.  Kleinere Teilchenbeschleuniger werden in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, darunter Teilchentherapie f\u00fcr onkologische Zwecke, Radioisotopenproduktion f\u00fcr die medizinische Diagnostik, Ionenimplanter f\u00fcr die Herstellung von Halbleitern und Beschleuniger-Massenspektrometer f\u00fcr Messungen seltener Isotope wie Radiokohlenstoff.  Derzeit sind weltweit mehr als 30.000 Beschleuniger in Betrieb.[2]Es gibt zwei grundlegende Klassen von Beschleunigern: elektrostatische und elektrodynamische (oder elektromagnetische) Beschleuniger.[3]Elektrostatische Teilchenbeschleuniger Verwenden Sie statische elektrische Felder, um Partikel zu beschleunigen.  Die g\u00e4ngigsten Typen sind der Cockcroft-Walton-Generator und der Van de Graaff-Generator.  Ein kleines Beispiel dieser Klasse ist die Kathodenstrahlr\u00f6hre in einem gew\u00f6hnlichen alten Fernsehger\u00e4t.  Die erreichbare kinetische Energie f\u00fcr Partikel in diesen Ger\u00e4ten wird durch die Beschleunigungsspannung bestimmt, die durch elektrischen Durchbruch begrenzt wird. Elektrodynamik oder elektromagnetisch Beschleuniger hingegen verwenden sich \u00e4ndernde elektromagnetische Felder (entweder magnetische Induktion oder oszillierende Hochfrequenzfelder), um Teilchen zu beschleunigen.  Da bei diesen Typen die Teilchen das gleiche Beschleunigungsfeld mehrmals durchlaufen k\u00f6nnen, ist die abgegebene Energie nicht durch die St\u00e4rke des Beschleunigungsfeldes begrenzt.  Diese in den 1920er Jahren erstmals entwickelte Klasse ist die Basis f\u00fcr die meisten modernen Gro\u00dfbeschleuniger.Als Pioniere auf diesem Gebiet gelten Rolf Wider\u00f8e, Gustav Ising, Le\u00f3 Szil\u00e1rd, Max Steenbeck und Ernest Lawrence, die den ersten funktionsf\u00e4higen Linearteilchenbeschleuniger konzipierten und gebaut haben.[4]  Betatron und Zyklotron.Da das Ziel der Teilchenstrahlen fr\u00fcher Beschleuniger meist die Atome eines Materiest\u00fccks waren, mit dem Ziel, Kollisionen mit ihren Kernen zu erzeugen, um die Kernstruktur zu untersuchen, wurden Beschleuniger gemeinhin als bezeichnet Atomzerst\u00f6rer im 20. Jahrhundert.[5]  Der Begriff bleibt bestehen, obwohl viele moderne Beschleuniger Kollisionen zwischen zwei subatomaren Teilchen statt einem Teilchen und einem Atomkern erzeugen.[6][7][8]    Geb\u00e4ude, das die 3,2 km lange Strahlr\u00f6hre des Stanford Linear Accelerator (SLAC) in Menlo Park, Kalifornien, bedeckt, dem zweitst\u00e4rksten Linac der Welt.Strahlen hochenergetischer Teilchen sind n\u00fctzlich f\u00fcr die Grundlagen- und angewandte Forschung in den Naturwissenschaften, aber auch in vielen technischen und industriellen Bereichen, die nichts mit der Grundlagenforschung zu tun haben.[9]  Sch\u00e4tzungen zufolge gibt es weltweit etwa 30.000 Beschleuniger.  Davon sind nur etwa 1 % Forschungsmaschinen mit Energien \u00fcber 1 GeV, w\u00e4hrend etwa 44 % f\u00fcr die Strahlentherapie, 41 % f\u00fcr die Ionenimplantation, 9 % f\u00fcr die industrielle Verarbeitung und Forschung und 4 % f\u00fcr die biomedizinische und andere Niedrigenergieforschung bestimmt sind.[10]Table of ContentsHochenergiephysik[edit]Kernphysik und Isotopenproduktion[edit]Synchrotronstrahlung[edit]Niedrigenergieger\u00e4te und Partikeltherapie[edit]Strahlensterilisation von Medizinprodukten[edit]Elektrostatische Teilchenbeschleuniger[edit]Elektrodynamische (elektromagnetische) Teilchenbeschleuniger[edit]Magnetische Induktionsbeschleuniger[edit]Lineare Induktionsbeschleuniger[edit]Betatrons[edit]Linearbeschleuniger[edit]Kreisf\u00f6rmige oder zyklische HF-Beschleuniger[edit]Zyklotrone[edit]Synchrozyklotrone und isochrone Zyklotrone[edit]Synchrotrons[edit]Elektronen-Synchrotrons[edit]Aufbewahrungsringe[edit]Synchrotronstrahlungsquellen[edit]Alternierende Gradientenbeschleuniger mit festem Feld[edit]Geschichte[edit]Ziele[edit]Detektoren[edit]H\u00f6here Energien[edit]Produktion von Schwarzen L\u00f6chern und Bedenken hinsichtlich der \u00f6ffentlichen Sicherheit[edit]Beschleuniger-Operator[edit]Siehe auch[edit]Verweise[edit]Externe Links[edit]Hochenergiephysik[edit]F\u00fcr die grundlegendsten Untersuchungen zur Dynamik und Struktur von Materie, Raum und Zeit suchen Physiker nach den einfachsten Arten von Wechselwirkungen bei den h\u00f6chstm\u00f6glichen Energien.  Diese beinhalten typischerweise Teilchenenergien von vielen GeV und Wechselwirkungen einfachster Teilchenarten: Leptonen (zB Elektronen und Positronen) und Quarks f\u00fcr die Materie oder Photonen und Gluonen f\u00fcr die Feldquanten.  Da isolierte Quarks aufgrund von Farbbeschr\u00e4nkung experimentell nicht verf\u00fcgbar sind, beinhalten die einfachsten verf\u00fcgbaren Experimente die Wechselwirkungen erstens von Leptonen untereinander und zweitens von Leptonen mit Nukleonen, die aus Quarks und Gluonen bestehen.  Um die Kollisionen von Quarks miteinander zu untersuchen, greifen Wissenschaftler auf Kollisionen von Nukleonen zur\u00fcck, die bei hoher Energie n\u00fctzlicherweise als im Wesentlichen 2-K\u00f6rper-Wechselwirkungen der Quarks und Gluonen angesehen werden k\u00f6nnen, aus denen sie bestehen.  Diese Elementarteilchenphysiker neigen dazu, Maschinen zu verwenden, die Strahlen aus Elektronen, Positronen, Protonen und Antiprotonen erzeugen, die miteinander oder mit den einfachsten Kernen (zB Wasserstoff oder Deuterium) bei den h\u00f6chstm\u00f6glichen Energien, im Allgemeinen Hunderte von GeV oder mehr, wechselwirken.       (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});after-content-x4Der gr\u00f6\u00dfte und energiereichste Teilchenbeschleuniger f\u00fcr die Elementarteilchenphysik ist der Large Hadron Collider (LHC) am CERN, der seit 2009 in Betrieb ist.[11]Kernphysik und Isotopenproduktion[edit]Kernphysiker und Kosmologen k\u00f6nnen mit Strahlen nackter, von Elektronen befreiter Atomkerne die Struktur, Wechselwirkungen und Eigenschaften der Kerne selbst sowie von kondensierter Materie bei extrem hohen Temperaturen und Dichten untersuchen, wie sie in den ersten Momenten aufgetreten sein k\u00f6nnten des Urknalls.  Bei diesen Untersuchungen handelt es sich oft um Kollisionen schwerer Kerne \u2013 von Atomen wie Eisen oder Gold \u2013 bei Energien von mehreren GeV pro Nukleon.  Der gr\u00f6\u00dfte Teilchenbeschleuniger dieser Art ist der Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) am Brookhaven National Laboratory.Teilchenbeschleuniger k\u00f6nnen auch Protonenstrahlen erzeugen, die protonenreiche medizinische oder Forschungsisotope erzeugen k\u00f6nnen, im Gegensatz zu den neutronenreichen, die in Spaltreaktoren hergestellt werden;  J\u00fcngste Arbeiten haben jedoch gezeigt, wie man 99Mo, normalerweise in Reaktoren hergestellt, durch Beschleunigung von Wasserstoffisotopen,[12]  obwohl dieses Verfahren immer noch einen Reaktor erfordert, um Tritium zu produzieren.  Ein Beispiel f\u00fcr diesen Maschinentyp ist LANSCE in Los Alamos.Synchrotronstrahlung[edit]Elektronen, die sich durch ein Magnetfeld ausbreiten, emittieren \u00fcber Synchrotronstrahlung sehr helle und koh\u00e4rente Photonenstrahlen.  Es hat zahlreiche Anwendungen im Studium der Atomstruktur, Chemie, Physik der kondensierten Materie, Biologie und Technologie.  Weltweit existiert eine gro\u00dfe Anzahl von Synchrotronlichtquellen.  Beispiele in den USA sind SSRL beim SLAC National Accelerator Laboratory, APS beim Argonne National Laboratory, ALS beim Lawrence Berkeley National Laboratory und NSLS beim Brookhaven National Laboratory.  In Europa gibt es MAX IV in Lund, Schweden, BESSY in Berlin, Deutschland, Diamond in Oxfordshire, Gro\u00dfbritannien, ESRF in Grenoble, Frankreich, letzteres wurde verwendet, um detaillierte dreidimensionale Bilder von in Bernstein gefangenen Insekten zu extrahieren.[13]       (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});after-content-x4Freie-Elektronen-Laser (FELs) sind eine spezielle Klasse von Lichtquellen, die auf Synchrotronstrahlung basieren und k\u00fcrzere Pulse mit h\u00f6herer zeitlicher Koh\u00e4renz liefern.  Ein speziell entwickelter FEL ist die brillanteste R\u00f6ntgenquelle im beobachtbaren Universum.[14]  Prominenteste Beispiele sind das LCLS in den USA und der European XFEL in Deutschland.  Mehr Aufmerksamkeit wird auf weiche R\u00f6ntgenlaser gelenkt, die zusammen mit der Pulsverk\u00fcrzung neue Methoden f\u00fcr die Attosekundenwissenschaft er\u00f6ffnen.[15]  Neben R\u00f6ntgenstrahlen werden FELs zur Emission von Terahertz-Licht verwendet, zB FELIX in Nijmegen, Niederlande, TELBE in Dresden, Deutschland und NovoFEL in Novosibirsk, Russland.Daher besteht ein gro\u00dfer Bedarf an Elektronenbeschleunigern mit mittlerer (GeV) Energie, hoher Intensit\u00e4t und hoher Strahlqualit\u00e4t zum Antrieb von Lichtquellen.Niedrigenergieger\u00e4te und Partikeltherapie[edit]Allt\u00e4gliche Beispiele f\u00fcr Teilchenbeschleuniger sind Kathodenstrahlr\u00f6hren in Fernsehger\u00e4ten und R\u00f6ntgengeneratoren.  Diese Niedrigenergiebeschleuniger verwenden ein einzelnes Elektrodenpaar mit einer Gleichspannung von einigen tausend Volt dazwischen.  In einem R\u00f6ntgengenerator ist das Target selbst eine der Elektroden.  Ein niederenergetischer Teilchenbeschleuniger, genannt Ionenimplanter, wird bei der Herstellung von integrierten Schaltkreisen verwendet.Bei niedrigeren Energien werden Strahlen beschleunigter Kerne auch in der Medizin als Partikeltherapie zur Behandlung von Krebs eingesetzt.       (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});after-content-x4Gleichstrombeschleuniger, die Teilchen auf Geschwindigkeiten beschleunigen k\u00f6nnen, die ausreichen, um Kernreaktionen zu verursachen, sind Cockcroft-Walton-Generatoren oder Spannungsvervielfacher, die Wechselstrom in Hochspannungs-Gleichstrom umwandeln, oder Van-de-Graaff-Generatoren, die von Riemen getragene statische Elektrizit\u00e4t verwenden.Strahlensterilisation von Medizinprodukten[edit]Zur Sterilisation wird \u00fcblicherweise die Elektronenstrahlbearbeitung verwendet.  Elektronenstrahlen sind eine On-Off-Technologie, die eine viel h\u00f6here Dosisleistung bietet als Gamma- oder R\u00f6ntgenstrahlen, die von Radioisotopen wie Kobalt-60 (60Co) oder C\u00e4sium-137 (137Cs).  Aufgrund der h\u00f6heren Dosisleistung ist eine k\u00fcrzere Expositionszeit erforderlich und der Polymerabbau wird reduziert.  Da Elektronen eine Ladung tragen, sind Elektronenstrahlen weniger durchdringend als sowohl Gamma- als auch R\u00f6ntgenstrahlen.[16]Elektrostatische Teilchenbeschleuniger[edit]    Ein einstufiger 2 MeV linearer Van de Graaff-Beschleuniger aus den 1960er Jahren, hier zur Wartung ge\u00f6ffnetIn der Vergangenheit verwendeten die ersten Beschleuniger die einfache Technologie einer einzelnen statischen Hochspannung, um geladene Teilchen zu beschleunigen.  Das geladene Teilchen wurde durch ein evakuiertes Rohr mit einer Elektrode an beiden Enden beschleunigt, wobei das statische Potential dar\u00fcber lag.  Da das Teilchen die Potentialdifferenz nur einmal durchquerte, war die abgegebene Energie auf die Beschleunigungsspannung der Maschine begrenzt.  Obwohl diese Methode heute noch \u00e4u\u00dferst beliebt ist, da die Zahl der elektrostatischen Beschleuniger allen anderen Arten weit \u00fcberlegen ist, eignen sie sich aufgrund der praktischen Spannungsgrenze von etwa 1 MV f\u00fcr luftisolierte Maschinen oder 30 MV f\u00fcr Studien mit geringerer Energie besser f\u00fcr Studien mit niedrigerem Energiebedarf wird in einem Tank mit Druckgas mit hoher Durchschlagsfestigkeit, wie beispielsweise Schwefelhexafluorid, betrieben.  In einem Tandembeschleuniger das Potenzial wird zweimal verwendet, um die Teilchen zu beschleunigen, indem die Ladung der Teilchen umgekehrt wird, w\u00e4hrend sie sich im Inneren des Terminals befinden.  Dies ist mit der Beschleunigung von Atomkernen m\u00f6glich, indem Anionen (negativ geladene Ionen) verwendet werden und der Strahl dann durch eine d\u00fcnne Folie geleitet wird, um Elektronen von den Anionen innerhalb des Hochspannungsanschlusses abzustreifen und sie in Kationen (positiv geladene Ionen) umzuwandeln werden beim Verlassen des Terminals wieder beschleunigt.Die beiden Haupttypen von elektrostatischen Beschleunigern sind der Cockcroft-Walton-Beschleuniger, der einen Dioden-Kondensator-Spannungsvervielfacher verwendet, um Hochspannung zu erzeugen, und der Van-de-Graaff-Beschleuniger, der ein sich bewegendes Gewebeband verwendet, um Ladung an die Hochspannungselektrode zu transportieren.  Obwohl elektrostatische Beschleuniger Teilchen entlang einer geraden Linie beschleunigen, wird der Begriff Linearbeschleuniger h\u00e4ufiger f\u00fcr Beschleuniger verwendet, die eher oszillierende als statische elektrische Felder verwenden.Elektrodynamische (elektromagnetische) Teilchenbeschleuniger[edit]Aufgrund der durch elektrische Entladungen auferlegten Hochspannungsobergrenze werden Techniken verwendet, die dynamische Felder statt statischer Felder beinhalten, um Teilchen auf h\u00f6here Energien zu beschleunigen.  Elektrodynamische Beschleunigung kann durch einen von zwei Mechanismen entstehen: nicht resonante magnetische Induktion oder Resonanzkreise oder Hohlr\u00e4ume, die durch oszillierende HF-Felder angeregt werden.[17]  Elektrodynamische Beschleuniger k\u00f6nnen linear, mit geradlinig beschleunigenden Partikeln, oder kreisf\u00f6rmig, mit Magnetfeldern, um Partikel auf einer ungef\u00e4hr kreisf\u00f6rmigen Umlaufbahn zu biegen.Magnetische Induktionsbeschleuniger[edit]Magnetische Induktionsbeschleuniger beschleunigen Teilchen durch Induktion von einem zunehmenden Magnetfeld, als ob die Teilchen die Sekund\u00e4rwicklung in einem Transformator w\u00e4ren.  Das zunehmende Magnetfeld erzeugt ein zirkulierendes elektrisches Feld, das so konfiguriert werden kann, dass es die Partikel beschleunigt.  Induktionsbeschleuniger k\u00f6nnen entweder linear oder kreisf\u00f6rmig sein.Lineare Induktionsbeschleuniger[edit]Lineare Induktionsbeschleuniger verwenden ferritbelastete, nicht resonante Induktionshohlr\u00e4ume.  Jede Kavit\u00e4t kann man sich als zwei gro\u00dfe scheibenf\u00f6rmige Scheiben vorstellen, die durch ein \u00e4u\u00dferes zylindrisches Rohr verbunden sind.  Zwischen den Scheiben befindet sich ein Ferrit-Toroid.  Ein zwischen den beiden Scheiben angelegter Spannungsimpuls verursacht ein zunehmendes Magnetfeld, das induktiv Energie in den Strahl geladener Teilchen einkoppelt.[18]Der Linearinduktionsbeschleuniger wurde in den 1960er Jahren von Christofilos erfunden.[19]    Lineare Induktionsbeschleuniger sind in der Lage, sehr hohe Strahlstr\u00f6me (>1000 A) in einem einzigen kurzen Puls zu beschleunigen.  Sie wurden verwendet, um R\u00f6ntgenstrahlen f\u00fcr die Blitzradiographie (zB DARHT am LANL) zu erzeugen, und wurden als Teilcheninjektoren f\u00fcr die Fusion mit magnetischem Einschluss und als Treiber f\u00fcr Freie-Elektronen-Laser betrachtet.Betatrons[edit]Das Betatron ist ein kreisf\u00f6rmiger magnetischer Induktionsbeschleuniger, der 1940 von Donald Kerst zur Beschleunigung von Elektronen erfunden wurde.  Das Konzept stammt letztlich vom norwegisch-deutschen Wissenschaftler Rolf Wider\u00f8e.  Diese Maschinen verwenden wie Synchrotrons einen ringf\u00f6rmigen Ringmagneten (siehe unten) mit einem zyklisch ansteigenden B-Feld, beschleunigen die Teilchen jedoch durch Induktion aus dem zunehmenden Magnetfeld, als w\u00e4ren sie die Sekund\u00e4rwicklung in einem Transformator, aufgrund der \u00c4nderung des magnetischen Flusses durch die Umlaufbahn.[20][21]Um einen konstanten Bahnradius zu erreichen, w\u00e4hrend das richtige beschleunigende elektrische Feld bereitgestellt wird, muss der die Bahn verbindende Magnetfluss etwas unabh\u00e4ngig vom Magnetfeld auf der Bahn sein, wodurch die Teilchen in eine Kurve mit konstantem Radius gebogen werden.  Diese Maschinen sind in der Praxis durch die gro\u00dfen Strahlungsverluste begrenzt, die die Elektronen erleiden, die sich mit nahezu Lichtgeschwindigkeit auf einer Umlaufbahn mit relativ kleinem Radius bewegen.Linearbeschleuniger[edit]  In einem linearen Teilchenbeschleuniger (Linac) werden Teilchen geradlinig mit einem interessierenden Ziel an einem Ende beschleunigt.  Sie werden h\u00e4ufig verwendet, um Teilchen einen anf\u00e4nglichen niederenergetischen Kick zu verleihen, bevor sie in Kreisbeschleuniger injiziert werden.  Der l\u00e4ngste Linac der Welt ist der Stanford Linear Accelerator, SLAC, der 3 km lang ist.  SLAC ist ein Elektron-Positron-Beschleuniger.Lineare Hochenergiebeschleuniger verwenden eine lineare Anordnung von Platten (oder Driftr\u00f6hren), an die ein hochenergetisches Wechselfeld angelegt wird.  Wenn sich die Teilchen einer Platte n\u00e4hern, werden sie durch eine Ladung entgegengesetzter Polarit\u00e4t auf die Platte hin beschleunigt.  Beim Durchgang durch ein Loch in der Platte wird die Polarit\u00e4t umgeschaltet, so dass die Platte sie nun abst\u00f6\u00dft und sie nun von ihr zur n\u00e4chsten Platte hin beschleunigt werden.  Normalerweise wird ein Strom von “B\u00fcndeln” von Partikeln beschleunigt, so dass eine sorgf\u00e4ltig kontrollierte Wechselspannung an jede Platte angelegt wird, um diesen Vorgang f\u00fcr jedes B\u00fcndel kontinuierlich zu wiederholen.Wenn sich die Teilchen der Lichtgeschwindigkeit n\u00e4hern, wird die Schaltrate der elektrischen Felder so hoch, dass sie mit Radiofrequenzen arbeiten, und so werden Mikrowellenhohlr\u00e4ume in Maschinen mit h\u00f6herer Energie anstelle einfacher Platten verwendet.Linearbeschleuniger sind auch in der Medizin, in der Strahlentherapie und in der Radiochirurgie weit verbreitet.  Linacs medizinischer Qualit\u00e4t beschleunigen Elektronen unter Verwendung eines Klystrons und einer komplexen Biegemagnetanordnung, die einen Strahl mit einer Energie von 6-30 MeV erzeugt.  Die Elektronen k\u00f6nnen direkt verwendet werden oder sie k\u00f6nnen mit einem Target kollidiert werden, um einen R\u00f6ntgenstrahl zu erzeugen.  Die Zuverl\u00e4ssigkeit, Flexibilit\u00e4t und Genauigkeit des erzeugten Strahlenb\u00fcndels hat die \u00e4ltere Verwendung der Kobalt-60-Therapie als Behandlungsinstrument weitgehend verdr\u00e4ngt.Kreisf\u00f6rmige oder zyklische HF-Beschleuniger[edit]Im Kreisbeschleuniger bewegen sich Teilchen im Kreis, bis sie gen\u00fcgend Energie erreichen.  Die Partikelspur wird typischerweise mit Elektromagneten zu einem Kreis gebogen.  Der Vorteil von Kreisbeschleunigern gegen\u00fcber Linearbeschleunigern (linacs) besteht darin, dass die Ringtopologie eine kontinuierliche Beschleunigung erm\u00f6glicht, da das Teilchen unbegrenzt durchwandern kann.  Ein weiterer Vorteil ist, dass ein Kreisbeschleuniger kleiner ist als ein Linearbeschleuniger vergleichbarer Leistung (dh ein Linac m\u00fcsste extrem lang sein, um die Leistung eines Kreisbeschleunigers zu haben).Je nach Energie und beschleunigtem Teilchen haben Kreisbeschleuniger den Nachteil, dass die Teilchen Synchrotronstrahlung emittieren.  Wenn ein geladenes Teilchen beschleunigt wird, emittiert es elektromagnetische Strahlung und sekund\u00e4re Emissionen.  Da ein Teilchen, das sich auf einem Kreis bewegt, immer zum Kreismittelpunkt hin beschleunigt, strahlt es kontinuierlich zur Tangente des Kreises.  Diese Strahlung wird Synchrotronlicht genannt und h\u00e4ngt stark von der Masse des beschleunigenden Teilchens ab.  Aus diesem Grund sind viele Hochenergie-Elektronenbeschleuniger Linacs.  Bestimmte Beschleuniger (Synchrotrons) sind jedoch speziell f\u00fcr die Erzeugung von Synchrotronlicht (R\u00f6ntgenstrahlen) gebaut.Da die spezielle Relativit\u00e4tstheorie verlangt, dass sich Materie im Vakuum immer langsamer als die Lichtgeschwindigkeit fortbewegt, n\u00e4hert sich in Hochenergiebeschleunigern die Teilchengeschwindigkeit mit zunehmender Energie der Lichtgeschwindigkeit als Grenze an, erreicht sie aber nie.  Teilchenphysiker denken daher im Allgemeinen nicht in Geschwindigkeiten, sondern eher in der Energie oder dem Impuls eines Teilchens, die normalerweise in Elektronenvolt (eV) gemessen wird.  Ein wichtiges Prinzip f\u00fcr Kreisbeschleuniger und Teilchenstrahlen im Allgemeinen ist, dass die Kr\u00fcmmung der Teilchenbahn proportional zur Teilchenladung und zum Magnetfeld, aber umgekehrt proportional zum (typischerweise relativistischen) Impuls ist.Zyklotrone[edit]  Die ersten betriebsf\u00e4higen Kreisbeschleuniger waren Zyklotrone, die 1929 von Ernest Lawrence an der University of California in Berkeley erfunden wurden.  Zyklotrone haben ein einzelnes Paar hohler “D”-f\u00f6rmiger Platten, um die Teilchen zu beschleunigen, und einen einzigen gro\u00dfen Dipolmagneten, um ihren Weg in eine kreisf\u00f6rmige Umlaufbahn zu biegen.  Es ist eine charakteristische Eigenschaft geladener Teilchen in einem gleichf\u00f6rmigen und konstanten Magnetfeld B, dass sie mit einer konstanten Periode umkreisen, mit einer Frequenz, die als Zyklotronfrequenz bezeichnet wird, solange ihre Geschwindigkeit im Vergleich zur Lichtgeschwindigkeit klein ist C.  Dies bedeutet, dass die Beschleunigungs-Ds eines Zyklotrons mit einer konstanten Frequenz durch eine Hochfrequenz-(RF)-Beschleunigungsstromquelle angetrieben werden k\u00f6nnen, w\u00e4hrend sich der Strahl kontinuierlich nach au\u00dfen spiralf\u00f6rmig nach au\u00dfen bewegt.  Die Partikel werden in die Mitte des Magneten eingespritzt und am \u00e4u\u00dferen Rand mit maximaler Energie abgesaugt.Zyklotrone erreichen aufgrund relativistischer Effekte eine Energiegrenze, wodurch die Teilchen effektiv massiver werden, so dass ihre Zyklotronfrequenz nicht mehr synchron mit der beschleunigenden HF abf\u00e4llt.  Daher k\u00f6nnen einfache Zyklotrone Protonen nur auf eine Energie von etwa 15 Millionen Elektronenvolt (15 MeV, entsprechend einer Geschwindigkeit von etwa 10 % von .) beschleunigen C), da die Protonen mit dem treibenden elektrischen Feld au\u00dfer Phase geraten.  Bei weiterer Beschleunigung w\u00fcrde sich der Strahl weiter nach au\u00dfen auf einen gr\u00f6\u00dferen Radius drehen, aber die Teilchen w\u00fcrden nicht mehr genug Geschwindigkeit gewinnen, um den gr\u00f6\u00dferen Kreis im Gleichschritt mit der beschleunigenden HF zu schlie\u00dfen.  Um relativistischen Effekten Rechnung zu tragen, muss das Magnetfeld auf h\u00f6here Radien erh\u00f6ht werden, wie dies bei isochronen Zyklotronen der Fall ist.  Ein Beispiel f\u00fcr ein isochrones Zyklotron ist das PSI-Ringzyklotron in der Schweiz, das Protonen mit einer Energie von 590 MeV liefert, was etwa 80 % der Lichtgeschwindigkeit entspricht.  Der Vorteil eines solchen Zyklotrons ist der maximal erreichbare extrahierte Protonenstrom von derzeit 2,2 mA.  Die Energie und der Strom entsprechen 1,3 MW Strahlleistung, was die h\u00f6chste aller derzeit existierenden Beschleuniger ist.Synchrozyklotrone und isochrone Zyklotrone[edit]  Ein klassisches Zyklotron kann modifiziert werden, um seine Energiegrenze zu erh\u00f6hen.  Der historisch erste Ansatz war das Synchrozyklotron, das die Teilchen in B\u00fcndeln beschleunigt.  Es verwendet ein konstantes Magnetfeld B{displaystyle B}, sondern reduziert die Frequenz des Beschleunigungsfeldes, um die Teilchen bei ihrer Ausw\u00e4rtsspirale im Gleichschritt zu halten, was ihrer massenabh\u00e4ngigen Zyklotron-Resonanzfrequenz entspricht.  Dieser Ansatz leidet an einer geringen durchschnittlichen Strahlintensit\u00e4t aufgrund der B\u00fcndelung und wiederum an der Notwendigkeit eines riesigen Magneten mit gro\u00dfem Radius und konstantem Feld \u00fcber die gr\u00f6\u00dfere Umlaufbahn, die durch hohe Energie erforderlich ist.Der zweite Ansatz f\u00fcr das Problem der Beschleunigung relativistischer Teilchen ist das isochrone Zyklotron.  In einer solchen Struktur wird die Frequenz des Beschleunigungsfeldes (und die Zyklotronresonanzfrequenz) f\u00fcr alle Energien konstant gehalten, indem die Magnetpole so geformt werden, dass das Magnetfeld mit dem Radius vergr\u00f6\u00dfert wird.  Somit werden alle Teilchen in isochronen Zeitintervallen beschleunigt.  Teilchen mit h\u00f6herer Energie legen in jeder Umlaufbahn eine k\u00fcrzere Strecke zur\u00fcck als in einem klassischen Zyklotron und bleiben somit in Phase mit dem Beschleunigungsfeld.  Der Vorteil des isochronen Zyklotrons besteht darin, dass es kontinuierliche Strahlen mit h\u00f6herer durchschnittlicher Intensit\u00e4t liefern kann, was f\u00fcr einige Anwendungen n\u00fctzlich ist.  Die Hauptnachteile sind die Gr\u00f6\u00dfe und die Kosten des ben\u00f6tigten gro\u00dfen Magneten und die Schwierigkeit, die am \u00e4u\u00dferen Rand der Struktur erforderlichen hohen Magnetfeldwerte zu erreichen.Synchrozyklotrons wurden seit der Entwicklung des isochronen Zyklotrons nicht mehr gebaut.Synchrotrons[edit]  Luftbild des Tevatron am Fermilab, das einer Acht \u00e4hnelt.  Der Hauptbeschleuniger ist der Ring dar\u00fcber;  der untere (trotz des Anscheins etwa halber Durchmesser) dient zur vorl\u00e4ufigen Beschleunigung, Strahlk\u00fchlung und -speicherung usw.Um noch h\u00f6here Energien zu erreichen, bei denen die relativistische Masse die Ruhemasse der Teilchen erreicht oder \u00fcberschreitet (f\u00fcr Protonen Milliarden von Elektronenvolt oder GeV), ist die Verwendung eines Synchrotrons erforderlich.  Dies ist ein Beschleuniger, in dem die Teilchen in einem Ring mit konstantem Radius beschleunigt werden.  Ein unmittelbarer Vorteil gegen\u00fcber Zyklotronen besteht darin, dass das Magnetfeld nur \u00fcber dem eigentlichen Bereich der Teilchenbahnen vorhanden sein muss, der viel schmaler ist als der des Rings.  (Das gr\u00f6\u00dfte in den USA gebaute Zyklotron hatte einen Magnetpol mit einem Durchmesser von 184 Zoll (4,7 m), w\u00e4hrend der Durchmesser von Synchrotrons wie dem LEP und LHC fast 10 km betr\u00e4gt. Die \u00d6ffnung der beiden Strahlen des LHC betr\u00e4gt Zentimeter.) Der LHC enth\u00e4lt 16 HF-Kavit\u00e4ten, 1232 supraleitende Dipolmagnete zur Strahllenkung und 24 Quadrupole zur Strahlfokussierung.[22]  Selbst bei dieser Gr\u00f6\u00dfe ist der LHC durch seine F\u00e4higkeit eingeschr\u00e4nkt, die Partikel zu lenken, ohne dass sie treiben.  Diese Grenze tritt theoretisch bei 14 TeV auf.[23]Da jedoch der Teilchenimpuls w\u00e4hrend der Beschleunigung zunimmt, ist es notwendig, das Magnetfeld B proportional zu erh\u00f6hen, um eine konstante Kr\u00fcmmung der Umlaufbahn aufrechtzuerhalten.  Infolgedessen k\u00f6nnen Synchrotrons Teilchen nicht kontinuierlich beschleunigen, wie Zyklotrone dies k\u00f6nnen, sondern m\u00fcssen zyklisch arbeiten und Teilchen in B\u00fcndeln liefern, die typischerweise alle paar Sekunden in Form von Strahl\u00fcberl\u00e4ufen an ein Ziel oder einen externen Strahl abgegeben werden.Da hochenergetische Synchrotrons die meiste Arbeit an Teilchen verrichten, die sich bereits mit nahezu Lichtgeschwindigkeit bewegen C, ist die Zeit, um eine Umlaufbahn des Rings zu vollenden, nahezu konstant, ebenso wie die Frequenz der HF-Hohlraumresonatoren, die zum Antreiben der Beschleunigung verwendet werden.Bei modernen Synchrotrons ist die Strahlapertur klein und das Magnetfeld deckt nicht den gesamten Bereich der Teilchenbahn ab wie bei einem Zyklotron, sodass mehrere notwendige Funktionen getrennt werden k\u00f6nnen.  Anstelle eines riesigen Magneten hat man eine Reihe von Hunderten von Biegemagneten, die Vakuumverbindungsrohre umschlie\u00dfen (oder von ihnen umschlossen werden).  Das Design von Synchrotrons wurde in den fr\u00fchen 1950er Jahren mit der Entdeckung des Konzepts der starken Fokussierung revolutioniert.[24][25][26]  Die Fokussierung des Strahls wird unabh\u00e4ngig von spezialisierten Quadrupolmagneten durchgef\u00fchrt, w\u00e4hrend die Beschleunigung selbst in separaten HF-Abschnitten erfolgt, \u00e4hnlich wie bei kurzen Linearbeschleunigern.[27]  Es besteht auch keine Notwendigkeit, dass zyklische Maschinen kreisf\u00f6rmig sein m\u00fcssen, sondern das Strahlrohr kann gerade Abschnitte zwischen den Magneten haben, in denen die Strahlen kollidieren, gek\u00fchlt werden k\u00f6nnen usw. Dies hat sich zu einem ganz eigenen Thema entwickelt, das als “Strahlphysik” oder “Strahl” bezeichnet wird Optik”.[28]Komplexere moderne Synchrotrons wie das Tevatron, LEP und LHC k\u00f6nnen die Teilchenpakete mit einem konstanten Magnetfeld in Speicherringe von Magneten liefern, wo sie f\u00fcr lange Zeitr\u00e4ume zu Experimenten oder zur weiteren Beschleunigung umkreisen k\u00f6nnen.  Die energiereichsten Maschinen wie der Tevatron und der LHC sind eigentlich Beschleunigerkomplexe mit einer Kaskade spezialisierter Elemente in Reihe, darunter Linearbeschleuniger f\u00fcr die anf\u00e4ngliche Strahlerzeugung, ein oder mehrere niederenergetische Synchrotrons zum Erreichen mittlerer Energie, Speicherringe, in denen Strahlen akkumuliert oder “gek\u00fchlt” (verringert die erforderliche Magnetapertur und erm\u00f6glicht eine engere Fokussierung; siehe Strahlk\u00fchlung) und ein letzter gro\u00dfer Ring f\u00fcr die abschlie\u00dfende Beschleunigung und das Experimentieren.  Segment eines Elektronen-Synchrotrons bei DESYElektronen-Synchrotrons[edit]Zirkul\u00e4re Elektronenbeschleuniger gerieten zu der Zeit, als der lineare Teilchenbeschleuniger des SLAC gebaut wurde, f\u00fcr die Teilchenphysik etwas in Ungnade, weil ihre Synchrotronverluste als wirtschaftlich unerschwinglich galten und ihre Strahlintensit\u00e4t geringer war als bei den ungepulsten Linearmaschinen.  Das Ende der 1970er Jahre kosteng\u00fcnstig gebaute Cornell Electron Synchrotron war der erste in einer Reihe von hochenergetischen Kreiselektronenbeschleunigern, die f\u00fcr die grundlegende Teilchenphysik gebaut wurden, der letzte war der am CERN gebaute LEP, der von 1989 bis 2000 eingesetzt wurde.Als Teil von Synchrotronlichtquellen, die ultraviolettes Licht und R\u00f6ntgenstrahlen emittieren, wurde in den letzten zwei Jahrzehnten eine gro\u00dfe Anzahl von Elektronen-Synchrotrons gebaut;  siehe unten.Aufbewahrungsringe[edit]F\u00fcr manche Anwendungen ist es sinnvoll, Strahlen hochenergetischer Teilchen \u00fcber einige Zeit (mit moderner Hochvakuumtechnik bis zu vielen Stunden) ohne weitere Beschleunigung zu speichern.  Dies gilt insbesondere f\u00fcr kollidierende Strahlbeschleuniger, bei denen zwei sich in entgegengesetzte Richtungen bewegende Strahlen mit einem gro\u00dfen Gewinn an effektiver Kollisionsenergie zur Kollision gebracht werden.  Da bei jedem Durchgang durch den Schnittpunkt der beiden Strahlen relativ wenige Kollisionen auftreten, ist es \u00fcblich, die Strahlen zuerst auf die gew\u00fcnschte Energie zu beschleunigen und sie dann in Speicherringen, die im Wesentlichen Synchrotronringe von Magneten sind, ohne signifikante HF . zu speichern Kraft zum Beschleunigen.Synchrotronstrahlungsquellen[edit]Einige Kreisbeschleuniger wurden gebaut, um absichtlich Strahlung (genannt Synchrotronlicht) als R\u00f6ntgenstrahlung, auch Synchrotronstrahlung genannt, zu erzeugen, zum Beispiel die Diamond Light Source, die am Rutherford Appleton Laboratory in England gebaut wurde, oder die Advanced Photon Source am Argonne National Laboratory in Illinois, USA.  Hochenergetische R\u00f6ntgenstrahlen sind beispielsweise f\u00fcr die R\u00f6ntgenspektroskopie von Proteinen oder die R\u00f6ntgenabsorptionsfeinstruktur (XAFS) n\u00fctzlich.Synchrotronstrahlung wird von leichteren Teilchen st\u00e4rker emittiert, daher sind diese Beschleuniger ausnahmslos Elektronenbeschleuniger.  Synchrotronstrahlung erm\u00f6glicht eine bessere Bildgebung, wie am SPEAR von SLAC erforscht und entwickelt.Alternierende Gradientenbeschleuniger mit festem Feld[edit]Fixed-Field-Alternating-Gradient-Beschleuniger (FFA), bei denen ein zeitlich festes Magnetfeld mit radialer Variation zur Erzielung einer starken Fokussierung eine Beschleunigung des Strahls mit hoher Repetitionsrate aber in wesentlich geringerer radialer Streuung erm\u00f6glicht als im Zyklotronfall.  Isochrone FFAs erreichen wie isochrone Zyklotrone einen kontinuierlichen Strahlbetrieb, jedoch ohne die Notwendigkeit eines riesigen Dipol-Biegemagneten, der den gesamten Radius der Umlaufbahnen abdeckt.  Einige neue Entwicklungen bei FFAs werden behandelt.[29]Geschichte[edit]Das erste Zyklotron von Ernest Lawrence hatte einen Durchmesser von nur 100 mm.  Sp\u00e4ter, 1939, baute er eine Maschine mit einer Polfl\u00e4che von 60 Zoll Durchmesser und plante 1942 eine mit 184 Zoll Durchmesser, die jedoch f\u00fcr Arbeiten im Zusammenhang mit dem Zweiten Weltkrieg im Zusammenhang mit der Uranisotopentrennung \u00fcbernommen wurde;  nach dem krieg war es noch viele jahre im dienst f\u00fcr forschung und medizin.Das erste gro\u00dfe Protonen-Synchrotron war das Cosmotron am Brookhaven National Laboratory, das Protonen auf etwa 3 GeV beschleunigte (1953\u20131968).  Das 1954 fertiggestellte Bevatron in Berkeley wurde speziell entwickelt, um Protonen auf eine ausreichende Energie zu beschleunigen, um Antiprotonen zu erzeugen, und die Teilchen-Antiteilchen-Symmetrie der Natur zu \u00fcberpr\u00fcfen, die damals nur theoretisiert wurde.  Das Alternating Gradient Synchrotron (AGS) in Brookhaven (1960\u2013) war das erste gro\u00dfe Synchrotron mit \u201estark fokussierenden\u201c Magneten mit alternierenden Gradienten, das die erforderliche Apertur des Strahls und entsprechend die Gr\u00f6\u00dfe und Kosten der Biegemagnete stark reduzierte.  Das Proton Synchrotron, gebaut am CERN (1959\u2013), war der erste gro\u00dfe europ\u00e4ische Teilchenbeschleuniger und im Allgemeinen \u00e4hnlich dem AGS.Der Stanford Linear Accelerator, SLAC, wurde 1966 in Betrieb genommen und beschleunigte Elektronen auf 30 GeV in einem 3 km langen Wellenleiter, der in einem Tunnel vergraben und von Hunderten von gro\u00dfen Klystrons angetrieben wurde.  Es ist immer noch der gr\u00f6\u00dfte existierende Linearbeschleuniger und wurde mit Speicherringen und einer Elektron-Positron-Beschleunigeranlage aufger\u00fcstet.  Es ist auch eine R\u00f6ntgen- und UV-Synchrotron-Photonenquelle.Das Fermilab Tevatron hat einen Ring mit einem Strahlengang von 4 Meilen (6,4 km).  Er erhielt mehrere Upgrades und fungierte als Proton-Antiproton-Beschleuniger, bis er am 30. September 2011 aufgrund von Budgetk\u00fcrzungen abgeschaltet wurde. Der gr\u00f6\u00dfte jemals gebaute Kreisbeschleuniger war das LEP-Synchrotron am CERN mit einem Umfang von 26,6 Kilometern ein Elektron\/Positron-Beschleuniger.  Er erreichte eine Energie von 209 GeV, bevor er im Jahr 2000 demontiert wurde, um den Tunnel f\u00fcr den Large Hadron Collider (LHC) nutzen zu k\u00f6nnen.  Der LHC ist ein Protonenbeschleuniger und derzeit der weltweit gr\u00f6\u00dfte und energiereichste Beschleuniger mit einer Energie von 6,5 TeV pro Strahl (insgesamt 13 TeV).Der abgebrochene Superconductor Super Collider (SSC) in Texas h\u00e4tte einen Umfang von 87 km gehabt.  Der Bau wurde 1991 begonnen, aber 1993 eingestellt. Sehr gro\u00dfe Kreisbeschleuniger werden ausnahmslos in Tunneln mit einer Breite von wenigen Metern gebaut, um die Unterbrechung und die Kosten f\u00fcr den Bau einer solchen Struktur an der Oberfl\u00e4che zu minimieren und um eine Abschirmung gegen die auftretenden intensiven Sekund\u00e4rstrahlungen zu bieten. die bei hohen Energien extrem durchdringend sind.Aktuelle Beschleuniger wie die Spallations-Neutronenquelle enthalten supraleitende Kryomodule.  Der Relativistic Heavy Ion Collider und der Large Hadron Collider verwenden ebenfalls supraleitende Magnete und HF-Hohlraumresonatoren, um Teilchen zu beschleunigen.Ziele[edit]Die Leistung eines Teilchenbeschleunigers kann im Allgemeinen mittels eines abweichenden Elektromagneten auf mehrere Versuchsreihen nacheinander gerichtet werden.  Dadurch ist es m\u00f6glich, mehrere Experimente durchzuf\u00fchren, ohne dass Dinge bewegt oder der gesamte Beschleunigerstrahl abgeschaltet werden muss.  Mit Ausnahme von Synchrotronstrahlungsquellen besteht der Zweck eines Beschleunigers darin, hochenergetische Teilchen f\u00fcr die Wechselwirkung mit Materie zu erzeugen.Dies ist normalerweise ein festes Ziel, wie beispielsweise die Phosphorbeschichtung auf der R\u00fcckseite des Bildschirms im Fall einer Fernsehr\u00f6hre;  ein St\u00fcck Uran in einem als Neutronenquelle ausgelegten Beschleuniger;  oder ein Wolfram-Target f\u00fcr einen R\u00f6ntgengenerator.  Bei einem Linac wird das Ziel einfach am Ende des Beschleunigers angebracht.  Die Teilchenspur in einem Zyklotron ist vom Zentrum der Kreismaschine spiralf\u00f6rmig nach au\u00dfen, sodass die beschleunigten Teilchen wie bei einem Linearbeschleuniger aus einem Fixpunkt austreten.Bei Synchrotrons ist die Situation komplexer.  Teilchen werden auf die gew\u00fcnschte Energie beschleunigt.  Dann wird ein schnell wirkender Dipolmagnet verwendet, um die Teilchen aus der kreisf\u00f6rmigen Synchrotronr\u00f6hre und in Richtung des Targets zu schalten.Eine in der Teilchenphysikforschung h\u00e4ufig verwendete Variante ist ein Collider, auch a . genannt Speicherringbeschleuniger.  Zwei kreisf\u00f6rmige Synchrotrons werden in unmittelbarer N\u00e4he gebaut \u2013 meist \u00fcbereinander und mit den gleichen Magneten (die dann komplizierter konstruiert sind, um beide Strahlrohre aufzunehmen).  Um die beiden Beschleuniger herum wandern Teilchenb\u00fcndel in entgegengesetzte Richtungen und kollidieren an den Schnittpunkten zwischen ihnen.  Dadurch kann die Energie enorm gesteigert werden;  w\u00e4hrend bei einem Experiment mit festem Ziel die verf\u00fcgbare Energie zur Erzeugung neuer Teilchen proportional zur Quadratwurzel der Strahlenergie ist, ist die verf\u00fcgbare Energie bei einem Collider linear.Detektoren[edit]Dieser Abschnitt ist leer.  Sie k\u00f6nnen helfen, indem Sie es erg\u00e4nzen.  (M\u00e4rz 2021)H\u00f6here Energien[edit]  Ein Livingston-Diagramm, das den Fortschritt der Kollisionsenergie bis 2010 darstellt. Der LHC ist die bisher gr\u00f6\u00dfte Kollisionsenergie, stellt aber auch den ersten Bruch im log-linearen Trend dar.Derzeit sind die energiereichsten Beschleuniger alle Kreisbeschleuniger, aber sowohl Hadronenbeschleuniger als auch Elektronenbeschleuniger sto\u00dfen an ihre Grenzen.  Hadronen- und ionenzyklische Beschleuniger mit h\u00f6herer Energie erfordern aufgrund der erh\u00f6hten Strahlsteifigkeit Beschleunigertunnel gr\u00f6\u00dferer physikalischer Gr\u00f6\u00dfe.Bei zyklischen Elektronenbeschleunigern wird der praktische Kr\u00fcmmungsradius durch Synchrotronstrahlungsverluste begrenzt, und die n\u00e4chste Generation wird wahrscheinlich Linearbeschleuniger sein, die das Zehnfache der gegenw\u00e4rtigen L\u00e4nge betragen.  Ein Beispiel f\u00fcr einen solchen Elektronenbeschleuniger der n\u00e4chsten Generation ist der vorgeschlagene 40 km lange International Linear Collider.Es wird angenommen, dass die Plasma-Wakefield-Beschleunigung in Form von Elektronenstrahl-“Nachbrennern” und eigenst\u00e4ndigen Laserpulsern in der Lage sein k\u00f6nnte, innerhalb von zwei bis drei Jahrzehnten die Effizienz gegen\u00fcber HF-Beschleunigern dramatisch zu steigern.  Bei Plasma-Wakefield-Beschleunigern wird die Strahlkavit\u00e4t mit einem Plasma (anstelle von Vakuum) gef\u00fcllt.  Ein kurzer Elektronen- oder Laserlichtpuls bildet entweder die Teilchen, die beschleunigt werden, oder geht ihnen unmittelbar voraus.  Der Puls unterbricht das Plasma, wodurch sich die geladenen Teilchen im Plasma in das beschleunigte Teilchenb\u00fcndel integrieren und sich nach hinten bewegen.  Dieser Prozess \u00fcbertr\u00e4gt Energie auf das Teilchenpaket, beschleunigt es weiter und dauert an, solange der Puls koh\u00e4rent ist.[30]Mit Laserpulsern wurden Energiegradienten von bis zu 200 GeV\/m \u00fcber Entfernungen im Millimeterbereich erreicht[31]  und Gradienten nahe 1 GeV\/m werden mit Elektronenstrahlsystemen im Multi-Zentimeter-Ma\u00dfstab erzeugt, w\u00e4hrend die Hochfrequenzbeschleunigung allein eine Grenze von etwa 0,1 GeV\/m hat.  Bestehende Elektronenbeschleuniger wie SLAC k\u00f6nnten Elektronenstrahl-Nachbrenner verwenden, um die Energie ihrer Teilchenstrahlen auf Kosten der Strahlintensit\u00e4t stark zu erh\u00f6hen.  Elektronensysteme k\u00f6nnen im Allgemeinen eng kollimierte, zuverl\u00e4ssige Strahlen liefern;  Lasersysteme k\u00f6nnen mehr Leistung und Kompaktheit bieten.  So k\u00f6nnten Plasma-Wakefield-Beschleuniger \u2013 sofern technische Probleme l\u00f6sbar sind \u2013 sowohl die maximale Energie der gr\u00f6\u00dften Beschleuniger erh\u00f6hen als auch hohe Energien in universit\u00e4re Labore und medizinische Zentren bringen.Mit einem dielektrischen Laserbeschleuniger wurden Gradienten von mehr als 0,25 GeV\/m erreicht.[32]  die einen weiteren praktikablen Ansatz f\u00fcr den Bau kompakter Hochenergiebeschleuniger darstellen k\u00f6nnte.[33]  Unter Verwendung von Femtosekunden-Laserpulsen wurde ein Elektronenbeschleunigungsgradient von 0,69 Gev\/m f\u00fcr dielektrische Laserbeschleuniger aufgezeichnet.[34]  Nach weiteren Optimierungen werden h\u00f6here Gradienten in der Gr\u00f6\u00dfenordnung von 1 bis 6 GeV\/m erwartet.[35]Produktion von Schwarzen L\u00f6chern und Bedenken hinsichtlich der \u00f6ffentlichen Sicherheit[edit]In Zukunft k\u00f6nnte die M\u00f6glichkeit einer Schwarzen-Loch-Produktion an den Hochenergie-Beschleunigern entstehen, wenn bestimmte Vorhersagen der Superstring-Theorie richtig sind.[36][37]  Diese und andere M\u00f6glichkeiten haben zu Bedenken hinsichtlich der \u00f6ffentlichen Sicherheit gef\u00fchrt, \u00fcber die im Zusammenhang mit dem 2008 in Betrieb genommenen LHC viel berichtet wurde. Die verschiedenen m\u00f6glichen Gefahrenszenarien wurden in der neuesten Risikobewertung der LHC-Sicherheitsbewertungsgruppe.[38]  Wenn Schwarze L\u00f6cher produziert werden, wird theoretisch vorhergesagt, dass solche kleinen Schwarzen L\u00f6cher durch Bekenstein-Hawking-Strahlung extrem schnell verdampfen, was jedoch experimentell noch nicht best\u00e4tigt ist.  Wenn Collider Schwarze L\u00f6cher erzeugen k\u00f6nnen, m\u00fcssen sie seit \u00c4onen von kosmischer Strahlung (und insbesondere von ultrahochenergetischer kosmischer Strahlung, UHECRs) erzeugt worden sein, aber sie haben noch niemandem geschadet.[39]  Es wurde argumentiert, dass zur Erhaltung von Energie und Impuls alle Schwarzen L\u00f6cher, die bei einer Kollision zwischen einem UHECR und lokaler Materie entstehen, notwendigerweise mit relativistischer Geschwindigkeit in Bezug auf die Erde erzeugt werden und in den Weltraum entweichen sollten, da ihre Akkretions- und Wachstumsrate sollte sehr langsam sein, w\u00e4hrend schwarze L\u00f6cher, die in Collidern (mit Komponenten gleicher Masse) erzeugt werden, eine gewisse Wahrscheinlichkeit haben, eine Geschwindigkeit zu haben, die geringer ist als die Fluchtgeschwindigkeit der Erde, 11,2 km pro Sekunde, und dazu neigen, einzufangen und anschlie\u00dfend zu wachsen.  Aber selbst in solchen Szenarien w\u00fcrden die Kollisionen von UHECRs mit Wei\u00dfen Zwergen und Neutronensternen zu ihrer schnellen Zerst\u00f6rung f\u00fchren, aber diese K\u00f6rper werden als gew\u00f6hnliche astronomische Objekte beobachtet.  Wenn also stabile Mikroschwarze L\u00f6cher erzeugt werden sollen, m\u00fcssen sie viel zu langsam wachsen, um innerhalb der nat\u00fcrlichen Lebensdauer des Sonnensystems irgendwelche merklichen makroskopischen Effekte zu verursachen.[38]Beschleuniger-Operator[edit]Der Einsatz fortschrittlicher Technologien wie Supraleitung, Kryotechnik und Hochleistungs-Hochfrequenzverst\u00e4rker sowie das Vorhandensein ionisierender Strahlung stellen den sicheren Betrieb von Beschleunigeranlagen vor Herausforderungen.[40][41]  Ein Beschleuniger-Bediener steuert den Betrieb eines Teilchenbeschleunigers, passt Betriebsparameter wie Seitenverh\u00e4ltnis, Stromst\u00e4rke und Position auf dem Ziel an.  Sie kommunizieren mit dem Wartungspersonal des Gaspedals und unterst\u00fctzen es, um die Bereitschaft von Unterst\u00fctzungssystemen wie Vakuum, Magneten, Magnet- und Hochfrequenzstromversorgungen und -steuerungen sowie K\u00fchlsystemen sicherzustellen.  Au\u00dferdem f\u00fchrt der Beschleunigerbediener eine Aufzeichnung von beschleunigerbezogenen Ereignissen.Siehe auch[edit]Verweise[edit]^ Livingston, MS;  Blewett, J. (1969). Teilchenbeschleuniger.  New York: McGraw-Hill.  ISBN 978-1-114-44384-6.^ Witmann, Sarah. “Zehn Dinge, die Sie \u00fcber Teilchenbeschleuniger vielleicht noch nicht wissen”. Symmetrie-Magazin.  Fermi Nationales Beschleunigerlabor.  Abgerufen 21. April 2014.^ Humphries, Stanley (1986). Prinzipien der Beschleunigung geladener Teilchen.  Wiley-Interscience.  P. 4.  ISBN 978-0471878780.^ Pedro Waloschek (Hrsg.): Die Anf\u00e4nge der Teilchenbeschleuniger: Leben und Werk von Rolf Wider\u00f6e, Vieweg, 1994^ “Sechs Millionen Volt Atom Smasher schafft neue Elemente”. Beliebte Mechanik: 580. April 1935.^ Higgins, AG (18. Dezember 2009). “Atom Smasher bereitet 2010 neuen wissenschaftlichen Neustart vor”.  US-Nachrichten und Weltbericht.^ Cho, A. (2. Juni 2006).  “Aging Atom Smasher l\u00e4uft alles im Rennen um das begehrteste Partikel”. Wissenschaft. 312 (5778): 1302\u20131303.  mach:10.1126\/science.312.5778.1302.  PMID 16741091.  S2CID 7016336.^ “Atomzertr\u00fcmmerer”. Amerikanisches W\u00f6rterbuch der Kulturerbewissenschaften.  Houghton Mifflin Harcourt.  2005. s. 49.  ISBN 978-0-618-45504-1.^ M\u00f6ller, S\u00f6ren (2020). Beschleunigertechnologie: Anwendungen in Wissenschaft, Medizin und Industrie.  Teilchenbeschleunigung und -detektion.  Cham: Springer International Publishing.  mach:10.1007\/978-3-030-62308-1.  ISBN 978-3-030-62307-4.^ Feder, T. (2010). “Accelerator School reist Universit\u00e4tsrundgang” (PDF). Physik heute. 63 (2): 20\u201322.  Bibcode:2010PhT….63b..20F.  mach:10.1063\/1.3326981.^ “Zwei umlaufende Strahlen bringen erste Kollisionen im LHC” (Pressemitteilung).  CERN-Pressestelle.  23. November 2009.  Abgerufen 2009-11-23.^ Nagai, Y.;  Hatsukawa, Y. (2009).  “Produktion von 99Mo f\u00fcr Nuklearmedizin von 100Mo(n,2n)99Mo”. Zeitschrift der Physikalischen Gesellschaft Japans. 78 (3): 033201. Bibcode:2009JPSJ…78c3201N.  mach:10.1143\/JPSJ.78.033201.^ Amos, J. (1. April 2008). “Geheime ‘Dino-Bugs’ aufgedeckt”.  BBC News.  Abgerufen 2008-09-11.^ Ullrich, Joachim;  Rudenko, Artem;  Moshammer, Robert (2012-04-04). “Freie-Elektronen-Laser: Neue Wege in der Molekularphysik und Photochemie”. Jahresr\u00fcckblick Physikalische Chemie. 63 (1): 635\u2013660.  Bibcode:2012ARPC…63..635U.  mach:10.1146\/annurev-physchem-032511-143720.  ISSN 0066-426X.  PMID 22404584.^ Mak, Alan;  Schamuilow, Georgii;  Sal\u00e9n, Peter;  Mahnwesen, David;  Hebling, J\u00e1nos;  Kida, Yuichiro;  Kinjo, Ryota;  McNeil, Brian WJ;  Tanaka, Takashi;  Thompson, Neil;  Tibai, Zolt\u00e1n (2019-02-01). “Attosekunden-Einzyklus-Undulatorlicht: ein R\u00fcckblick”. Berichte \u00fcber Fortschritte in der Physik. 82 (2): 025901. Bibcode:2019RPPh…82b5901M.  mach:10.1088\/1361-6633\/aafa35.  ISSN 0034-4885.  PMID 30572315.^ “2019 Midwest Sterilisations-Workshop f\u00fcr Medizinprodukte: Zusammenfassender Bericht” (PDF).  Energieministerium der Vereinigten Staaten.  November 2019.^ Humphries, Stanley (1986). Prinzipien der Beschleunigung geladener Teilchen.  Wiley-Interscience.  P. 6.  ISBN 978-0471878780.^ Humphries, Stanley (1986). “Lineare Induktionsbeschleuniger”. Prinzipien der Beschleunigung geladener Teilchen.  Wiley-Interscience.  pp. 283\u2013325.  ISBN 978-0471878780.^ Christofilos, NC;  et al.  (1963).  \u201eHochstrom-Linearinduktionsbeschleuniger f\u00fcr Elektronen\u201c. Proceedings, 4th International Conference on High-Energy Accelerators (HEACC63) (PDF).  S. 1482\u20131488.^ Chao, AW;  Durcheinander, KH;  Tigner, M.;  et al., Hrsg.  (2013). Handbuch der Beschleunigerphysik und -technik  (2. Aufl.).  Weltwissenschaft.  mach:10.1142\/8543.  ISBN 978-981-4417-17-4.^ Humphries, Stanley (1986). “Betatronen”. Prinzipien der Beschleunigung geladener Teilchen.  Wiley-Interscience.  P. 326ff.  ISBN 978-0471878780.^ [“Pulling together: Superconducting electromagnets” CERN;  https:\/\/home.cern\/science\/engineering\/pulling-together-superconducting-electromagnets]^ [“Restarting the LHC: Why 13 Tev?” CERN;  https:\/\/home.cern\/science\/engineering\/restarting-lhc-why-13-tev]^ Courant, ED;  Livingston, MS;  Snyder, HS (1952).  \u201eDas stark fokussierende Synchrotron \u2013 ein neuer Hochenergiebeschleuniger\u201c. Physische \u00dcberpr\u00fcfung. 88 (5): 1190\u20131196.  Bibcode:1952PhRv…88.1190C.  mach:10.1103\/PhysRev.88.1190.  hdl:2027\/mdp.39015086454124.^ Blewett, JP (1952).  \u201eRadiale Fokussierung im Linearbeschleuniger\u201c. Physische \u00dcberpr\u00fcfung. 88 (5): 1197\u20131199.  Bibcode:1952PhRv…88.1197B.  mach:10.1103\/PhysRev.88.1197.^ “Das alternierende Gradientenkonzept”.  Brookhaven National Laboratory.^ Efimov, SP;  Korenev, IL;  Yudin, LA (1990).  \u201eResonanzen des Elektronenstrahls fokussiert durch ein spiralf\u00f6rmiges Quadrupol-Magnetfeld\u201c. Radiophysik und Quantenelektronik. 33 (1): 88\u201395.  mach:10.1007\/BF01037825.  S2CID 123706289.^ “World of Beams-Homepage”.  Lawrence Berkeley National Laboratory.  Archiviert von das Original am 2005-03-02.  Abgerufen 2009-04-29.^ Clery, D. (2010).  “Der n\u00e4chste gro\u00dfe Strahl?”. Wissenschaft. 327 (5962): 142\u2013144.  Bibcode:2010Sc…327..142C.  mach:10.1126\/science.327.5962.142.  PMID 20056871.^ Wright, ICH (April 2005). \u201eAuf der Plasmawelle der Zukunft reiten\u201c. Symmetrie-Magazin. 2 (3): 12. Archiviert von das Original am 02.10.2006.  Abgerufen 2005-11-10.^ Briezman, BN;  et al.  (1997). “Selbstfokussierte Teilchenstrahltreiber f\u00fcr Plasma-Wakefield-Beschleuniger” (PDF). Tagungsband der AIP-Konferenz. 396: 75\u201388.  Bibcode:1997AIPC..396…75B.  mach:10.1063\/1.52975.  Archiviert von das Original (PDF) am 2005-05-23.  Abgerufen 2005-05-13.^ Peralta, EA;  et al.  (2013).  \u201eDemonstration der Elektronenbeschleunigung in einer lasergetriebenen dielektrischen Mikrostruktur\u201c. Natur. 503 (7474): 91\u201394.  Bibcode:2013Natur.503…91P.  mach:10.1038\/natur12664.  PMID 24077116.  S2CID 4467824.^ England, RJ;  Edel, RJ;  Fahimian, B.;  Klo, B.;  Abel, E.;  Hanuka, Adi;  Schachter, L. (2016). “Konzeptionelles Layout f\u00fcr einen dielektrischen Laserbeschleuniger im Wafer-Ma\u00dfstab”. Tagungsband der AIP-Konferenz. 1777: 060002. doi:10.1063\/1.4965631.^ England, R. Joel;  Byer, Robert L.;  Soong, Ken;  Peralta, Edgar A.;  Makasyuk, Igor V.;  Hanuka, Adi;  Cowan, Benjamin M.;  Wu, Ziran;  Wootton, Kent P. (2016-06-15).  \u201eDemonstration der Beschleunigung relativistischer Elektronen an einer dielektrischen Mikrostruktur mit Femtosekunden-Laserpulsen\u201c. Optik Buchstaben. 41 (12): 2696\u20132699.  Bibcode:2016OptL…41.2696W.  mach:10.1364\/OL.41.002696.  ISSN 1539-4794.  OSTI 1313076.  PMID 27304266.^ Hanuka, Adi;  Sch\u00e4chter, Levi (2018-04-21).  \u201eBetriebsregime eines dielektrischen Laserbeschleunigers\u201c. Nukleare Instrumente und Methoden in der Physikforschung Abschnitt A: Beschleuniger, Spektrometer, Detektoren und zugeh\u00f6rige Ausr\u00fcstung. 888: 147\u2013152.  Bibcode:2018NIMPA.888..147H.  mach:10.1016\/j.nima.2018.01.060.  ISSN 0168-9002.^ “Ein Interview mit Dr. Steve Giddings”. ESI-Spezialthemen.  Thomson Reuters.  Juli 2004.^ Chamblin, A.;  Nayak, GC (2002).  “Produktion von Schwarzen L\u00f6chern am CERN LHC: Stringballs und Schwarze L\u00f6cher aus pp und Blei-Blei-Kollisionen”. Physische \u00dcberpr\u00fcfung D. 66 (9): 091901. ARXIV:hep-ph\/0206060.  Bibcode:2002PhRvD..66i1901C.  mach:10.1103\/PhysRevD.66.091901.  S2CID 119445499.^ ein B Ellis, J. LHC Sicherheitsbewertungsgruppe;  et al.  (5. September 2008). “\u00dcberpr\u00fcfung der Sicherheit von LHC-Kollisionen” (PDF). Zeitschrift f\u00fcr Physik G. 35 (11): 115004. ARXIV:0806.3414.  Bibcode:2008JPhG…35k5004E.  mach:10.1088\/0954-3899\/35\/11\/115004.  S2CID 53370175. CERN-Aufzeichnung.^ Jaffe, R.;  Busza, W.;  Sandwei\u00df, J.;  Wilczek, F. (2000).  \u201e\u00dcberpr\u00fcfung spekulativer \u201eKatastrophenszenarien\u201c bei RHIC\u201c. Bewertungen zu moderner Physik. 72 (4): 1125-1140.  arXiv:hep-ph\/9910333.  Bibcode:2000RvMP…72.1125J.  mach:10.1103\/RevModPhys.72.1125.  S2CID 444580.^ Otto, Thomas (2021). Sicherheit f\u00fcr Partikelbeschleuniger.  Teilchenbeschleunigung und -detektion.  Cham: Springer International Publishing.  mach:10.1007\/978-3-030-57031-6.  ISBN 978-3-030-57030-9.^ Cossairt, J. Donald;  Quinn, Matth\u00e4us (2019). Beschleunigerstrahlungsphysik f\u00fcr den Personal- und Umweltschutz  (1 Hrsg.).  Boca Raton, FL: CRC Press, Taylor & Francis Group, [2019]: CRC-Presse.  mach:10.1201\/9780429491634.  ISBN 978-0-429-49163-4.CS1-Wartung: Standort (Link)Externe Links[edit]Wof\u00fcr werden Teilchenbeschleuniger verwendet?Stanley Humphries (1999) Prinzipien der Beschleunigung geladener TeilchenTeilchenbeschleuniger weltweitWolfgang KH Panofsky: Die Entwicklung von Teilchenbeschleunigern und Collidern, (PDF), Stanford, 1997PJ Bryant, Eine kurze Geschichte und \u00dcbersicht \u00fcber Beschleuniger (PDF), CERN, 1994.Heilbron, JL;  Robert W. Seidel (1989). Lawrence und sein Labor: Eine Geschichte des Lawrence Berkeley Laboratory.  Berkeley: University of California Press.  ISBN 978-0-520-06426-3.David Kestenbaum, Massive Particle Accelerator dreht auf Artikel der Morgenausgabe von NPR vom 9. April 2007Ragnar Hellborg, Hrsg.  (2005). Elektrostatische Beschleuniger: Grundlagen und Anwendungen.  Springer.  ISBN 978-3-540-23983-3.Freds Welt der WissenschaftAnnotierte Bibliographie f\u00fcr Teilchenbeschleuniger aus der Alsos Digital Library for Nuclear Issues Archiviert 07.10.2010 bei der Wayback MachineAccelerators-for-Society.org, um mehr \u00fcber Anwendungen von Beschleunigern f\u00fcr Forschung und Entwicklung, Energie und Umwelt, Gesundheit und Medizin, Industrie, Materialcharakterisierung zu erfahren.     (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});after-content-x4"},{"@context":"http:\/\/schema.org\/","@type":"BreadcrumbList","itemListElement":[{"@type":"ListItem","position":1,"item":{"@id":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki24\/#breadcrumbitem","name":"Enzyklop\u00e4die"}},{"@type":"ListItem","position":2,"item":{"@id":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki24\/2021\/10\/15\/teilchenbeschleuniger-wikipedia\/#breadcrumbitem","name":"Teilchenbeschleuniger \u2013 Wikipedia"}}]}]