Synchrotronbeschleunigern

Synchrotronbeschleuniger sind zyklische Teilchenbeschleuniger, in denen geladene Teilchen in einer ringförmigen Bahn mit zunehmender Energie beschleunigt werden, während das Magnetfeld, das die Teilchen ablenkt, entsprechend angepasst wird, damit die Umlaufbahn konstant bleibt. Die Beschleunigung erfolgt durch Hochfrequenzfelder (RF) in beschleunigenden Cavitäten, die die Teilchen bei jedem Umlauf weiter energisieren. Um die Bahnführung bei steigender Energie zu erhalten, wird die magnetische Feldstärke gemeinsam mit der Beschleunigung erhöht, sodass das Teilchenpaar in der selben Ringbahn bleibt.

Man unterscheidet Elektronensynchrotrone, Protonen- und schwere-Ionen-Synchrotrone. Elektronensysteme erzeugen aus der abgegebenen Ablenkung durch das Magnetfeld eine intensive Synchrotronstrahlung, weshalb solche Anlagen häufig als Synchrotronlichtquellen genutzt werden. Protonen- und schwere-Ionen-Synchrotrone dienen primär der Grundlagenforschung in der Teilchenphysik, oft im Rahmen von Kollidern oder Speicherringen. Viele Anlagen kombinieren Beschleunigung, Speicherung und Experimente in einem komplexen Infrastrukturkomplex aus Magneten, RF-Systemen, Vakuum, Kühlung und Messinstrumenten.

Synchrotronstrahlung ist ein charakteristischer Nebeneffekt der kreisförmigen Beschleunigung geladener Elektronen: Die sich abwendenden Elektronen verlieren Energie durch Photonenemission, was eine fortlaufende Aufladung durch RF-Felder erforderlich macht. Die ausgesandte Strahlung reicht von sichtbarem Licht bis in den ultravioletten bis Röntgenbereich und zeichnet sich durch hohe Intensity, Kollimation und Tunbarkeit aus, was sie zu einer wichtigen Quelle für Forschung in Physik, Chemie, Materialwissenschaft und Biologie macht.