Die Beschleunigung der Ionen im Forschungszentrum Dresden-Rossendorf

Beschleunigung der Ionen:

Im Forschungszentrum Dresden-Rossendorf unterscheidet man zwei verschiedene Arten von Ionenbeschleunigern. Es gibt einstufige Beschleuniger, z.B. den Van de Graaff-Beschleuniger und es gibt zweistufige Beschleuniger, den Tandem- und den Tandetron-Beschleuniger.

Das ist das Schema eines Van de Graaff-Beschleunigers:

Er funktioniert wie folgt:

In der Ionenquelle werden positiv geladene Ionen produziert. Zwischen zwei Kondensatorplatten (schwarz) wird eine Spannungsdifferenz mit Hilfe eines Bandgenerators erzeugt, dadurch entsteht zwischen diesen Platten ein elektrisches Feld. Die positiv geladenen Ionen wandern durch eine Röhre, in der ein Vakuum herrscht, vom positiven zum negativen Pol des elektrischen Feldes. Nach Durchqueren des negativen Pols werden sie durch die Röhre weitergeleitet. Dort ist das elektrische Feld null und somit wirkt auf die Ionen auch keine Kraft mehr. Nach dem 2. Newtonschen Grundgesetz bewegen Sie sich deshalb geradlinig weiter. Dann werden sie durch einen Analysiermagneten geführt. Dort durchlaufen sie ein magnetisches Feld, welches dazu dient, die Bewegungsrichtung der Ionen zu verändern. Außerdem kann man mit einem Magnetfeld die einfach-, zweifach-, dreifach-, usw. positiv geladenen Ionen voneinander trennen, indem man die Magnetfeldstärke entsprechend wählt (siehe: Ablenkung im magnetischen Feld).

Die kinetische Energie eines Ions, welches den Van de Graaff-Beschleuniger verlässt, berechnet man wie folgt:

Das ist das Schema des Tandembeschleunigers:

Er funktioniert wie folgt:

In der Ionenquelle werden negativ geladene Ionen produziert und durch die Spannung Uex etwas beschleunigt. Sie werden durch einen Injektormagnet geleitet, der sie auf die richtige Bahn bringt. Denn wie bei dem Van de Graaff-Beschleuniger läuft auch hier alles im Vakuum ab. Sie werden dann vom positiv geladenen MV-Terminal (einige Millionen Volt) mit Stripper (Abstreifer) angezogen. Wenn sie dort angekommen sind, werden sie durch das Abstreifen von Elektronen umgeladen (siehe: Ladungsänderung des Ions) und werden somit positiv. Dadurch werden sie vom MV-Terminal abgestoßen, nochmals beschleunigt und geradlinig weitergeleitet. Dabei ist zu beachten, dass es neben einfach positiv geladenen auch mehrfach positiv geladene Ionen geben kann. Diese werden wiederum mit dem Analysiermagnet ausgewählt.

Die kinetische Energie eines Ions, welches den Tandembeschleuniger verlässt, berechnet man wie folgt:

 
× Zoomed image larger