Beschleunigers

Beschleunigers sind Einrichtungen, die geladene Teilchen wie Elektronen, Protonen oder Ionen auf hohe kinetische Energien bringen. Sie arbeiten, indem die Teilchen in einem Vakuum durch elektrische Felder beschleunigt und durch magnetische Felder gelenkt und fokussiert werden. Durch die Beschleunigung steigt die Energie der Teilchen, wodurch sie in Zielmaterialien oder bei Kollisionen mit anderen Teilchen neue Phänomene untersuchen oder technische Anwendungen ermöglichen.

Es gibt verschiedene Arten von Beschleunigern, darunter lineare Beschleuniger (Linacs), Zyklotronen, Synchrotrons und Speicherringe. Lineare Beschleuniger verwenden geradlinige Strecken, um Teilchen schrittweise zu beschleunigen, während Zyklotronen und Synchrotrons kreisförmige Bahnen nutzen. Synchrotrons halten Partikel bei zunehmender Energie in einer festen Bahn, oft mit supraleitenden Magneten, und speichern sie in Speicherringen für Experimente oder Versorgung von Synchrotronlichtquellen.

Das Funktionsprinzip basiert auf Hochfrequenz-Feldern (RF-Cavities) zur Beschleunigung sowie auf Magnetfeldern zur Führung und Fokussierung des Strahls. Wichtige Bauteile sind Vakuumsysteme, Kühlung, Strahlführungsketten und, bei leistungsstarken Anlagen, Kryotechnik. Bei Elektronenbeschleunigern treten auch erhebliche Strahlungsphänomene wie Synchrotronstrahlung auf, was bei der Planung berücksichtigt wird.

Anwendungen von Beschleunigern liegen in der Grundlagenforschung der Teilchenphysik, der medizinischen Strahlentherapie (z. B. Protonen- und Elektronenbehandlungen) sowie in der Industrie und Materialwissenschaft (z. B. Implantationen, Sterilisation, Röntgenquellen). Bedeutende Beispiele sind der Large Hadron Collider (LHC) am CERN, Speicherringe in SLAC oder KEK, und weltweit verteilte Protonen- und Elektronen-Therapiezentren.

Sicherheit, Kosten und Umweltaspekte fordern umfangreiche Abschirmung, Strahlenschutz, Überwachung und Wartung, wodurch Beschleuniger zu komplexen Großanlagen werden.