1 / 63

Beschleuniger und Mechanismen Seminar Kern- und Teilchenphysik Hüseyin Tepeli

Beschleuniger und Mechanismen Seminar Kern- und Teilchenphysik Hüseyin Tepeli VORTRAG am 19.11.2013. Ablauf. Geschichte der Beschleuniger Einsatzgebiete Vorstellen einzelner Beschleuniger Typen/Mechanismen Die Zukunft. Geschichte der Beschleuniger. Bis etwa 1950: der MeV -Bereich

mahdis
Télécharger la présentation

Beschleuniger und Mechanismen Seminar Kern- und Teilchenphysik Hüseyin Tepeli

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Beschleuniger und Mechanismen Seminar Kern- und Teilchenphysik Hüseyin Tepeli VORTRAG am 19.11.2013

  2. Ablauf • Geschichte der Beschleuniger • Einsatzgebiete • Vorstellen einzelner Beschleuniger Typen/Mechanismen • Die Zukunft

  3. Geschichte der Beschleuniger Bis etwa 1950: der MeV-Bereich • (Kosmische Strahlung) • (Rutherfordsches Streuexperiment) • Van-de-Graaff-Beschleuniger • Cockcroft-Walton-Generator • Zyklotron • Betatron

  4. Geschichte der Beschleuniger Ab etwa 1950: der GeV-Bereich • Linearbeschleuniger (LINAC)SLAC • Ringbeschleuniger (Synchrotron)BevatronCosmotron • SpeicherringeIntersecting Storage Rings (ISR) • BeschleunigerkomplexeLarge Electron-Positron ColliderLarge Hadron ColliderTevatron

  5. Welche Teilchen? Bis heute: • Elektronen/Positronen • Protonen/Antiprotonen • Ionen von Deuteronen bis zum Uran In der Zukunft: • m-Collider

  6. Einsatzgebiete • Teilchenphysik: CERN, DESY, SLAC, FERMILAB, JLAB, KEK … • Nutzen der Synchrotronstrahlung: z.B. ESRF, DESY, ….Grundlegende Atom- und MolekülphysikFestkörperphysikGeowissenschaftenMaterialwissenschaftenChemieMolekular- und Zell-BiologieOberflächen-/Grenzflächenphysik • Kernphysik: S-DALINAC, GSI, SNS (Oak Ridge, USA) ….Elektron-/Proton-BeschleunigerIonen-Beschleuniger/-ColliderGleichstrom-Teilchenstrahlen

  7. Einsatzgebiete • Industrielle AnwendungenRadiographie mit RöntgenstrahlenIonen-ImplantationIsotopen-Herstellung/-TrennungMaterial-UntersuchungenNahrungsmittel-SterilisationElektronen-/Röntgenstrahl-Lithographie • Medizinische Anwendungen: GSI - Heidelberg, PSI (Schweiz), …Erzeugung von RadioisotopenBestrahlung von Patienten, z.B. zur Tumorbehandlung • Archäologie, Altersdatierung, Umweltforschung (z.B. Wien - VERA) • Energietechnik: Kernfusion, Energy Amplifier Quelle: Rüdiger Schmidt/Prof. Dr. Biebel

  8. Einsatzgebiete der Beschleuniger • World wide inventory of a accelerators, in total 15000. The data have been collected by W. Scarf and W. Wiesczycka (See U. Amaldi Europhysics News, 31/6, 2000) Today (2007), this increased to about 20000.

  9. Kosmische Strahlung http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/3a/Cosmicrayshower.png

  10. Beschleunigertypen • Direktbeschleuniger:Arbeiten mit hoher Gleichspannung. • Linearbeschleuniger:Arbeiten mit Hochfrequenz (Radio Frequency = RF). • Kreisbeschleuniger:Arbeiten ebenfalls mit Hochfrequenz (RF) sowie magnetischen Führungsfeldern. 

  11. Energiegewinn eines geladenen Teilchens Der Energiegewinn eines geladenen Teilchen ist proportional zur Spannung, die das Teilchen durchläuft, und zur Ladung des Teilchens.

  12. Van-de-Graaf-Beschleuniger (bis 20 MeV) Rosenau-Labor, Tübingen (Quelle: http://de.academic.ru/dic.nsf/dewiki/1448804)

  13. Van-de-Graaf-Beschleuniger Schematischer Aufbau (Quelle: de.wikipedia.org)

  14. Tandem van-de-Graaff Beschleuniger Quelle: http://www.ikp.uni-koeln.de/groups/ex/schieck/tandem-prinzip1.html

  15. Tandem van-de-Graaff Beschleuniger Tandembeschleuniger im Maier-Leibnitz-Laboratorium in Garching bei München + Stripperfolie (Rechts) (http://de.wikipedia.org/wiki/Tandembeschleuniger)

  16. Dynamitron-Tandem-Beschleuniger Bochum (bis 50 MeV) http://www.rubion.rub.de/index.php?article_id=18&clang=0

  17. Dynamitron-Tandem-Beschleuniger Bochum (50 MeV) de.wikipedia.org http://www.rubion.rub.de/index.php?article_id=18&clang=0

  18. Cockcroft-Walton-Beschleuniger(bis 750 KeV) Cockcroft-Walton Generator (CERN) (de.wikipedia.org)

  19. Cockcroft-Walton-Beschleuniger

  20. Zyklotron (bis 800 MeV) 60-Zoll-Zyklotron des Lawrence Radiation Laboratory, Berkeley, 1939 (de.wikipedia.org)

  21. Zyklotron Quelle: de.wikipedia.org

  22. Lorentz-Kraft Lorentz kraft bei Bewegung negativer bzw. positiver Ladungsträger

  23. Zyklotron

  24. Betatron (Elektronenschleuder) Historisches 6-MeV-Betatron (Deutschland 1942-46) (de.wikipedia.org)

  25. Betatron (bis 315 MeV)

  26. Mikrotron (bis 1,5 GeV) Mainzer Mikrotron (http://wwwkph.kph.uni-mainz.de/B1/gallery.php)

  27. Aufbau Mikrotron Schema des klassischen Mikrotrons Schema des Rennbahnmikrotrons Quelle: de.wikipedia.org

  28. Schematische Darstellung verschiedener Kreisbeschleuniger a) Betatron b) Zyklotron c) Mikrotron d) Synchrotron Die graue Fläche wird jeweils von einem magnetischen Feld ausgefüllt.

  29. Linearbeschleuniger (LINAC) 1. Wideröe-Struktur (β ≈ 0,005–0,05), 2. RFQ-Struktur (β ≈ 0,005–0,05), 3. Einzelresonator (β ≈ 0,04–0,2), 4. Alvarez-Struktur (β ≈ 0,04–0,6), 5. Wellenleiter-Struktur (β ≈ 1).

  30. 1. Wideröe-Struktur Prinzip eines Linearbeschleunigers nach Ising und Wideröe, hier für negative Teilchen. Die blau gezeichneten „Teilchenpakete“ werden jeweils in der passenden Halbperiode der Wechselspannung beschleunigt (grüner Pfeil). (de.wikipedia.org)

  31. 2. RFQ-Struktur Schematischer Aufbau eines Hochfrequenz-Quadrupols (Radio Frequency Quadrupole RFQ). a) Querschnitt mit momentaner Ladungs- und Feldverteilung Perspektivische Darstellung der radialen Modulation der Pole(„Vanes“). http://www6.physik.uni-greifswald.de/Linearbeschl_Kleinw.pdf

  32. 2. RFQ-Struktur

  33. 4. Einzelresonator http://www.brodeck.de/ess/pages/linac.htm

  34. 4. Alvarez-Struktur http://adweb.desy.de/~rossbach/uni/teilchenbeschleuniger_kap3.pdf

  35. 5. Wellenleiter-Struktur Standing wave Quelle: http://rudi.home.cern.ch/rudi/

  36. 5. Wellenleiter-Struktur http://www.particleadventure.org/german/frameless/accel_ani.html

  37. Hohlraumresonator http://www.brodeck.de/ess/pages/linac.htm

  38. Beschleunigung am Fermilab Side-coupled Cavity Linac Accelerated in a 201.249 MHz drift-tube linac, though five large tanks, to 116 MeV http://www-ad.fnal.gov/proton/NewProtonWWW/NewLinacWWW/linac_tour.html

  39. SLC – SLAC Linear ColliderBisher längster LINAC (3 km, bis 52 GeV) http://www.particlecentral.com/accelerator_page.html

  40. Elektronen-Linearbeschleuniger Krebstherapie an einem medizinischen Elektronen-Linearbeschleuniger (de.wikipedia.org)

  41. http://tulectures.web.cern.ch/tulectures/Folien/06_Linearbeschleuniger_MB.pdfhttp://tulectures.web.cern.ch/tulectures/Folien/06_Linearbeschleuniger_MB.pdf

  42. Synchrotron http://de.wikipedia.org/

  43. Das Synchrotron DESY II (6 GeV Petra) http://desy2.desy.de/

  44. Synchrotronstrahlung Geladene Teilchen strahlen bei der Ablenkung im Magnetfeld Synchrotronlicht ab. Da die abgestrahlte Energie umgekehrt proportional zur vierten Potenz der Ruhemasse ist, ergibt sich nur bei Elektronen ein relevanter Effekt.(Hinterberger, Physik der Teilchenbeschleuniger und Ionenoptik, Springer Verlag (2008), Seite 347)

  45. Synchrotronstrahlung Synchrotronstrahlung hat eine Reihe interessanter Eigenschaften: • breites, kontinuierliches Spektrum • hohe Strahlungsintensität • tritt gebündelt tangential zur Bewegungsrichtung der Teilchen aus • sehr hohe Brillanz • die Folgefrequenz und -dauer sind (in engen Grenzen) einstellbar • exakte Berechenbarkeit des abgegebenen Spektrums • die Strahlung ist kohärent (Grundlage für den Freie-Elektronen-Laser (FEL)) • Strahlung ist polarisiert Quelle: de.wikipedia.org

  46. Intersecting Storage Rings am Cern (bis63 GeV) http://hedberg.web.cern.ch/hedberg/home/afs/afs.html

  47. Speicherringe Quelle: de.wikipedia.org

  48. Intersecting Storage Rings am CERN(bis 63 GeV) http://hedberg.web.cern.ch/hedberg/home/afs/afs.html

  49. Tevatron (bis 2 TeV) am Fermilab http://u2.lege.net/cetinbal/tevatron.htm

  50. Das Tevatron (bis 2 TeV)

More Related