Protonenbeschleuniger

Ein Protonenbeschleuniger ist eine Einrichtung, die Protonen auf hohe kinetische Energien beschleunigt, um sie für Grundlagenforschung, Medizin und Industrie nutzbar zu machen. Im Kern arbeiten solche Anlagen, indem elektrische Felder die Teilchen beschleunigen und Magnetfelder die Strahlenbahn lenken und fokussieren. Die Protonen verlassen die Beschleunigungseinheit oft in Form eines Strahls mit Teerivorten von MeV bis TeV pro Strahl.

Es gibt mehrere Bauformen. Linearbeschleuniger (Linacs) beschleunigen Protonen in einer geraden Bahn durch abwechselnde elektrische Felder; sie dienen häufig als Injektoren in größere Ringbeschleuniger. Zyklotrons und Synchrotrons arbeiten in Kreisbahnen. Zyklotrons verwenden ein konstantes Magnetfeld und wiederkehrende RF-Felder, um die Energie schrittweise zu erhöhen, jedoch sind sie energetisch begrenzt. Synchrotrons passen Magnetfeld und RF-Felder synchron zur steigenden Energie an, sodass die Kreisbahn bei jeder Stufe stabil bleibt; große Ringbeschleuniger wie der LHC am CERN beschleunigen Protonen bis in den TeV-Bereich pro Strahl. In vielen medizinischen Anwendungen werden Protonen in kompakten Beschleunigern für die Protonentherapie erzeugt.

Anwendungen umfassen die Grundlagenforschung in der Teilchenphysik, medizinische Therapien, die Herstellung radioaktiver Isotope und diverse Industrie- und Materialforschungsfelder. Sicherheit und Betriebsführung erfordern Strahlenschutz, Abschirmung, Not-Aus- und Interlock-Systeme sowie regelmäßige Wartung, um Strahlenschutz und Umweltschutz zu gewährleisten.

Historisch wurden frühe Protonenbeschleuniger in den 1930er Jahren entwickelt; seitdem entwickelte sich die Technologie rasant und ermöglicht heute sowohl fundamentale Experimente als auch klinische Anwendungen.