Zyklotron

Das Zyklotron
Inhalt:
1) Geschichtliches
2) Funktionsprinzip
3) Probleme
4) Formeln
5) Quellen
1.) Geschichtliches
Ernest Orlando Lawrence
- Konstruierte 1929 das erste Zyklotron in Berkeley
- entdeckte radioaktive Isotope
- stellte künstliche radioaktive Elemente her
Erstes Zyklotron (9cm Durchmesser)
1.) Geschichtliches
Deutschland und das Zyklotron:
-Wolfgang Gentner erhält 1940 den Auftrag, das Pariser Zyklotron zu
„inspizieren“
-frz. Zyklotron wegen Mänglen an der Hochfrequenzanlage noch nicht
lauffähig
-durch Verhöre erlangt Gentner das nötige Wissen, um ein Zyklotron bauen
und in Betrieb nehmen zu können
-nachdem er 1942 das par. Zyklotron zum Laufen brachte bekam er den
Auftrag, ein Zyklotron in Heidelberg zu bauen
-Im Dezember 1943 wurden zum ersten Mal Deuteronen in Heidelberg
beschleunigt
2.) Funktionsprinzip
2.) Funktionsprinzip
-Ionen weden in der Mitte erzeugt
-durch hochfrequente Wechselspannung(Kavität) an den „Dee‘s“ werden
Ionen beschleunigt
-im Inneren der „Dee‘s“ wirkt das elektr. Feld nicht mehr auf die Ionen
-der Elektromagnet lenkt die Teilchen nun auf eine Kreisbahn.
-Beschleunigungsspannung wird umgepolt (-> Kavität)
-Ionen werden wenn sie das „Dee“ verlassen vom elektr. Feld wieder
beschleunigt, oder mit dem Ablenkkondensator zum Target abgelenkt.
2.) Funktionsprinzip
Frage: Warum kann die Frequenz der
Beschleunigungsspannung konstant bleiben???
3.) Probleme
-Die durchschnittliche Maximalenergie moderner Zyklotrons
liegt bei ca. 100MeV
Das liegt daran dass:
Bei v > 0,1*c eine relativistische Massenzunahme
entsteht.
Die Umlaufzeiten werden somit größer, während die
Frequenz der Beschleunigungsspannung gleich bleibt.
=> Keine Energiezunahme mehr.
3.) Probleme
-durch die gekrümmte Bahn geht ein Teil der Energie als
sog. Synchrotronstrahlung verloren.
Definition(nach Wikipedia):
Als Synchrotronstrahlung bezeichnet man die elektromagnetischen
Wellen, die tangential zur Bewegungsrichtung von leichten, geladenen,
relativistischen Teilchen (Elektronen oder Positronen) austreten, wenn
sie durch ein Magnetfeld abgelenkt werden.
4.) Formeln
Beschleunigungsspannung:
lt. EEH-Satz:
Eel = Ekin
U*e = ½*m*v²
=> U = (½*m*v²)/e
4.) Formeln
Lorenzkraft = Zentripetalkraft
FL = FZ
Q*v*B = (m*v²)/r
Da ω = v/r ergibt sich:
Q*B = m*ω
4.) Formeln
Q*B = m*ω
ω kann auch als ω = 2*π*f ausgedrückt werden.
=> Q*B = m*2*π*f
da f = 1/T erhält man durch Einsetzen in obige Gleichung:
Q*B = m*2*π*(1/T)
Umlaufdauer T = (2*π*m)/Q*B
Die Umlaufdauer ist somit unabhängig vom Bahnradius
und der Beschleunigungsspannung.
3.) Quellen
Literatur:
Müller, Leitner, Mráz – Physik Elektrische und magnetische Felder
Hammer/Hammer Physikalische Formeln und Tabellen
Internet:
http://www.physik.uni-muenchen.de/leifiphysik/web_ph12/umwelt_technik/02zyklotron/zyklotron.htm
www.zyklotron.iskp.uni-bonn.de/zyklo_e/technics/t_cyclo/cyclo.html
www.physik.uni-muenchen.de/leifiphysik/web_ph12/musteraufgaben/02beweg_gel_teil/zyklotron87/
zyklotron87_l.htm
www.schule-bw.de/unterricht/faecher/physik/online_material/ntnu/cyclotron/zyklotron_de.htm
de.wikipedia.org/wiki/Synchrotronstrahlung
Präsentation: Matias Schultz