Opbevaringsring

Skema over en elektron-positron-lagringsring til fysiske eksperimenter med høj energi

Acceleration sektion af ionlagringsringen ESR af GSI , Darmstadt

Sektion af ESR for GSI

En opbevaringsring er en speciel form for en synkrotron - partikelaccelerator , der er specialiseret i opsamlingen og opretholder langvarig en lysstrøm. Den består af en ringformet vakuumbeholder, hvor højenergi , elektrisk ladede partikler holdes i en lukket bane af magneter .

En lagringsring fyldes normalt ved hjælp af en separat partikelaccelerator; Imidlertid kan en synkrotron også fungere som en lagerring i sig selv, idet accelerationsspændingen næsten eller helt er slukket, og afbøjningsmagneternes felt holdes konstant. Nogle systemer kan derfor kaldes synkrotron såvel som lagerring.

Normalt opsamles mange partikelpakker fra acceleratoren i lagerringen (deraf navnet "lager"), så intensiteten i lagerringen er meget højere end i acceleratorstrålen. I store systemer blev der genereret strålestrømme på flere ampere på denne måde. For at holde strålen i opbevaringsringen i lang tid, undertiden mange timer, er et ekstremt godt vakuum nødvendigt, da kollisioner med den resterende gas reducerer strålestyrken og også forringer strålekvaliteten. En udledning af strålen fra ringen til eksperimentelle formål er enten ikke beregnet eller er af sekundær betydning. Der er opbevaringsringe til elektroner og en lang række ioner , fra protoner og antiprotoner til tunge ioner såsom guld og bly .

Dannelse af synkrotronstråling

Elektronlagringsringe betjenes ofte primært eller udelukkende med det formål at generere synkrotronstråling . For at øge intensiteten af synkrotronstrålingen installeres specielle komponenter, de såkaldte wigglers eller undulators ; disse bringer elektronerne i en bølget linje på et ellers lige sporafsnit og fører således til en øget strålingsemission. Strålingstabet kompenseres for i accelerationsafsnittene.

Collider

En særlig form for opbevaringsringe er den såkaldte Accelerator (engl. Collide : collide), som normalt er konstrueret af to ringe med modsat rotationsretning. Partiklerne bringes til kollision ved et eller flere skæringspunkter. På denne måde, i modsætning til bombardementet af et stationært mål , kan hele kinetiske energi omdannes til massen af nye partikler, fordi der ikke kræves nogen kinetisk energi til yderligere bevægelse af partikelsystemets tyngdepunkt (se kolliderende stråle eksperiment ).

Selv med denne anvendelse opstår problemet med alle cirkulære acceleratorer, tabet af energi på grund af synkrotronstråling , for højenergiske lyspartikler såsom elektroner . Nye koncepter til højenergi-elektronkollider giver derfor to lineære acceleratorer rettet mod hinanden, såsom B. ved den planlagte internationale lineære kollider .

Fysiske basics

En ladet partikel med masse m og ladning q , der bevæger sig med hastighed i et magnetisk felt med fluxdensitet , tvinges på en cirkulær sti med radius r af Lorentz-kraften . Hvis du sidestiller Lorentz-kraft og centripetal kraft , kan du løse den resulterende ligning og bestemme diameteren på den cirkulære sti. ${\ displaystyle v}$ ${\ displaystyle {\ vec {B}}}$ ${\ displaystyle {\ vec {F}} _ {L} = q \ cdot {\ vec {v}} \ times {\ vec {B}}}$ ${\ displaystyle F_ {Z} = {\ frac {m {\ vec {v}} ^ {2}} {r}}}$ ${\ displaystyle r}$