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Beschleuniger und Speicherringe - Ablenkungs- und Fokussierungsmagnete
Im Folgenden werden verschiedene Arten von Magneten vorgestellt, die in einem Beschleunigersystem zum Einsatz kommen. Man unterscheidet hierbei vier Arten von Magneten:
 Dipolmagnete, um die Flugrichtung eines Teilchenstrahls zu verändern
Quadrupol- und Sextupolmagnete zur Fokussierung eines Teilchenstrahls
Kickermagnete, um Teilchenpakete aus dem Beschleunigungssystem zu lenken
Wiggler-Magnete, um Synchrotronstrahlung zu erzeugen
Dipolmagnete
Beschleunigte Teilchen müssen in Speicherringen auf die Kreisbahn bzw. zu den einzelnen Experimentieranlagen gelenkt werden. Hierfür verwendet man Dipolmagnete.
Bewegt sich ein elektrisch geladenes Teilchen durch ein Magnetfeld, erfährt es |
eine Kraft senkrecht zu Bewegungs- und Magnetfeldrichtung (sog. Lorentz-Kraft). Die Ablenkung des Teilchens hängt von seiner Ladung und der Richtung des Magnetfeldes ab  . |
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Aufbau und Funktionsweise eines Dipolmagneten
Dipolmagnete bestehen aus einem U-förmigen Eisenjoch, um dessen Enden Magnetspulen gewickelt sind. Im Zwischenraum bildet sich so ein homogenes Magnetfeld aus. Hier befindet sich die Vakuumröhre in der sich die Teilchen bewegen.
Auf Grund hoher Teilchenimpulse müssen Dipolmagnete starke Magnetfelder erzeugen, da der Bahnradius der Teilchen sonst zu groß würde. Um diese Feldstärken zu erreichen, werden immer häufiger supraleitende Spulen verwendet. Durch diese Spulen können höhere elektrische Ströme verlustfrei fließen und somit stärkere Magnetfelder - ohne die im Vergleich zu herkömmlichen Magneten großen Energieverluste - erzeugt werden (5 bis 8 Tesla). |
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| Im rechten Bild eines zu Reparaturarbeiten ausgebauten Dipolmagneten erkennt den dunkelrot lackierten Eisenkern und die zwei getrennten Magnetspulen mit ihren dicken Wicklungen und Anschlüssen. Man vergleiche dieses Bild mit der Prinzipskizze darüber. |
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Kickermagnet
Kickermagnete sind spezielle Dipolmagnete. Sie werden eingesetzt, um beschleunigte Teilchen aus dem Beschleunigungssystem oder in das Beschleunigungssystem zu lenken. Kickermagnete müssen innerhalb von ca. 10-7 Sekunden das Ablenkmagnetfeld erzeugen, damit nur ein Teilchenpaket abgelenkt wird.
Daher werden Kickermagnete nicht mit |
Eisenkernen, sondern mit Ferritkernen ausgestattet. In Ferrit entstehen beim Magnetisieren keine Wirbelströme, die die "Aufbauzeit des Feldes" verlängern würden. Ähnlich verzögernd würden die vielen Windungen der Magnetspule wirken. Man verwendet daher nur eine Spulenwindung und vergrößert die Stromstärke in dieser Windung gegenüber einer normalen Spule entsprechend. |
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Wiggler-Magnet
| Wiggler-Magnete werden zur Erzeugung von Synchrotronstrahlung verwendet. Ein Wiggler-Magnet besteht aus mehreren kurzen Ablenkmagneten abwechselnder Polarität. Durchfliegt ein Elektron den Wigglermagneten, wird es mehrmals abgelenkt und gibt dabei |
Energie in Form von Synchrotronstrahlung ab. Die einzelnen Strahlablenkungen sind dabei sehr klein, die entstehende Strahlung summiert sich aber zu hoher Intensität (siehe Skizze). Die Synchrotronstrahlung ist scharf in Flugrichtung gebündelt. |
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