Beschleuniger und Speicherringe - Ablenkungs- und Fokussierungsmagnete
Der Teilchenstrahl der Beschleuniger sollte sich auf der idealen Bahn im Zentrum der Vakuumröhren bewegen. In der Praxis ist der Strahl jedoch immer etwas von diesem sogenannten idealen
Orbit entfernt. Damit der Strahl nicht zu weit abweicht und letztendlich verloren geht, muss er fokussiert werden. Hierzu verwendet man Quadrupol- und Sextupolmagnete.
Quadrupolmagnete
Quadrupolmagnete bestehen aus vier Eisenkernen (rot und grün), die wie in der Querschnittsskizze rechts angeordnet sind. Um die Eisenkerne sind vier Spulen gewickelt. Durch den Spulenstrom bilden sich zwei Südpole und zwei Nordpole aus. Im idealen Orbit heben sich die Wirkungen der Magnetfelder gegenseitig auf. Durchfliegen Teilchen den Magneten nicht im idealen Orbit, erfahren sie eine Lorentz-Kraft. Je nach Lage werden sie zum idealen Orbit gelenkt bzw. vom ihm weggelenkt.
Man vergleiche das Bild links mit obiger Schnittskizze.
Auf Grund des Feldlinienverlaufs wirken Quadrupolmagnete in einer Richtung fokussierend und in der dazu senkrechten Richtung defokussierend. Um die Teilchen in einem engen Strahl zu bündeln, verwendet man die rechts dargestellte Magnetpolanordnung.
Man bringt in einem Beschleuniger daher meist zwei Quadrupolmagnete hintereinander an, diese aber um 90° zueinander verdreht, so dass sie in Kombination den Strahl fokussieren.
Quadrupolmagnete wirken auf Teilchenstrahlen fast wie fokussierende Linsen optischer Systeme auf Licht.
Im Video kann man die Anordnung zweier Quadrupolmagnete im HERA-
Beschleunigerring sehen. In der Schlußeinstellung erkennt man besonders gut die zwei aufeinanderfolgenden Quadrupolmagnete.
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Abbildung
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Sextupolmagnet
Der Quadrupolmagnet fokussiert die Teilchen, so dass sie im idealen Orbit fliegen. Der Sextupolmagnet hingegen fokussiert Teilchen, die auf Grund ihrer unterschiedlichen Impulse durch den Quadrupolmagneten in Flugrichtung defokussiert wurden. Der Sextupolmagnet ist vergleichbar mit einer "Farbkorrektur" eines besseren optischen Systems.
