Teilchenbeschleuniger - Grundlagen

Ausgehend von der Wirkung elektischer und magnetischer Felder auf elektrisch geladene Teilchen, wie Elektronen und Ionen, wird die Funktion der Teilchenbeschleuniger erläutert. Auf die Analogie zwischen Lichtoptik und Elektronen- bzw. Ionenoptik wird bei der Betrachtung der Strahlführung hingewiesen. Wichtig für das Funktionieren eines Beschleunigers ist die korrekte Berücksichtigung der kinematischen Beziehungen zwischen Energie, Masse und Geschwindigkeit. Mit Hilfe von schematischen Darstellungen werden verschiedene Beschleunigertypen vorgestellt. Die Emission von Synchrotronstrahlung begrenzt bei Elektronen-Kreisbeschleunigern die praktisch erreichbare Energie. Der LEP-Ring im CERN erreicht mit 27 km Umfang eine Energie von 50 GeV. Für noch höhere Energien müssen Linearbeschleuniger gebaut werden. Am TESLA-Projekt für einen 33 km langen Elektronen-Positronen-Collider mit einer Energie im Wechselwirkungspunkt von 500 GeV wird im DESY Hamburg gearbeitet. Auf der Basis der supraleitenden TESLA-Beschleunigungsstrukturen wird derzeit im Forschungszentrum Rossendorf ein 40-MeV-Linearbeschleuniger für Elektronen aufgebaut. In Zukunft werden mit diesem Beschleuniger kern- und strahlungsphysikalische Forschungsarbeiten durchgeführt sowie kohärente Infrarotstrahlung (Freier-Elektronen-Laser) für materialwissenschaftliche Untersuchungen erzeugt.