Mikrotron


Mikrotron

Partikelbahn in einem klassischen Mikrotron, startend von der Teilchenquelle (blauer Punkt).

Das Mikrotron ist ein Teilchenbeschleuniger-Konzept, bestehend aus mindestens einem Ablenkmagnet und einer Hochfrequenz-Beschleunigungskomponente (Hohlraumresonator), in der Elektronen bei jedem Durchlauf durch die Beschleunigungsstrecke(n) eine konstante Energie zugeführt wird. Da die magnetische Feldstärke der Ablenkmagnete konstant gehalten wird, kommt es durch den Energiegewinn zu einer Bahnlängenänderung (der Ablenkradius wird vergrößert), die einem ganzzahligen Vielfachen der Hochfrequenzwellenlänge entspricht. Dadurch durchlaufen die Teilchen die Beschleunigungsstruktur zur gleichen Phase der (konstanten) Hochfrequenz wie bei ihrem vorherigen Durchtritt.[1][2]

Klassisches Mikrotron

Das klassische Mikrotron besteht nur aus einem Elektromagneten, der in einer Ebene ein homogenes Magnetfeld erzeugt (Dipolmagnet), einem Mikrowellen-Hohlraumresonator und einer internen Teilchenquelle. Äußerlich ähnelt ein solches Mikrotron einem Zyklotron oder Betatron, die tatsächliche Beschleunigung ist jedoch im Mikrotron auf die im Vergleich kleine Region des Hohlraumresonators beschränkt. Zusammen mit dem homogenen Magnetfeld wird eine Bewegung der Teilchen erzwungen, die diese unabhängig von ihrer Energie in den Resonator zurückführt.

Rennbahnmikrotron

Partikelbahn in einem Rennbahnmikrotron.

Das Rennbahnmikrotron ist eine spezielle Form des Mikrotrons, welches seinen Namen aufgrund einer entsprechen Bahn durch diesen Beschleunigertyp erhalten hat. Zwischen zwei Ablenkmagneten, in denen die Teilchen jeweils einen Halbkreis beschreiben, befindet sich ein Linearbeschleuniger, hinzu kommen zusätzliche Elektromagnete zur Fokussierung des Teilchenstrahls. Alle Umlaufbahnen fallen in der Beschleunigungstrecke zusammen, während sie auf der gegenüberliegenden Seite um ein dem Energiegewinn des vorherigen Umlaufs entsprechenden Abstand parallelverschoben sind. Ein Beispiel für eine Rennbahnmikrotron-Anlage ist das Mainzer Mikrotron.

Doppelseitiges Mikrotron

Das Doppelseitige Mikrotron ist eine Bauform des Mikrotrons, bei dem zwei Linacstrukturen auf den gegenüberliegenden langen Seiten des Mirkrotron eingebaut sind. Die Ablenkung besorgen hier vier 90° Ablenkmagnete, dadurch kann gewährleistet werden, dass die Umlaufbahnen aller Umläufe in den Beschleunigungsstrukturen übereinanderliegen. An den kurzen Seiten zwischen den Magneten sind die Umlaufbahnen weiterhin entsprechend ihrem Energieunterschied gegeneinander parallel verschoben.

Harmonischdoppelseitiges Mikrotron

Eine Erweiterung des Doppelseitigen Mikrotrons ist das Harmonischdoppelseitige Mikrotron, bei dem die Frequenzen der Beschleunigungsstrukturen beider Seiten in einem ganzzahligen (harmonischen) Verhältnis stehen.[3]

Hexatron

Das Hexatron besteht aus sechs 60° Ablenkmagneten und drei Beschleunigungsstrukturen. Weitere Erhöhungen der Symmetrie sind möglich.

Einzelnachweise

  1. Per Lidbbjörk, "Microtrons", CAS - Cern Accelerator School: 5th general Accelerator Physics Course, CERN-94-01 Vol. 2, p.971-981 (online)
  2. H.-D. Gräf, A. Richter, "Superconducting electron linear accelerators and recirculating linacs", CAS - CERN Accelerator School: Radio Frequency Engineering, CERN 2005-003, p.440-471 (Inhaltsverzeichnis)
  3. MAMI-Prospekt, S. 13ff

Literatur

  • Hanno Krieger: Strahlungsquellen für Technik und Medizin – Teubner Verlag 2005 – ISBN 3-8351-0019-X
  • Marco Dehn, et al. The MAMI C Accelerator -Eur. Phys. J. Special Topics 198, 19–47 (2011), EDP Sciences, Springer-Verlag 2011, DOI: 10.1140/epjst/e2011-01481-4