Das Zyklotron Inhalt: Geschichtliches Funktionsprinzip Probleme Formeln 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 => Q*B = m*2*π*f 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