Teilchenbeschleuniger?

Question

Wer kann mir schülerfreundlich erklären, was ein Teilchenbeschleuniger ist und wie er funktioniert?

Answer 1

Ein Teilchenbeschleuniger ist ein Gerät, in dem geladene Teilchen (z.B. Elementarteilchen, Atomkerne oder ionisierte Atome, Moleküle und Molekülbruchstücke) durch elektrische Felder auf große Geschwindigkeiten beschleunigt werden, wobei je nach Teilchenart und Beschleunigertyp annähernd Lichtgeschwindigkeit erreicht werden kann.

Die Teilchen erlangen dabei eine Bewegungsenergie (kinetische Energie), die einem Vielfachen ihrer eigenen Ruheenergie entspricht.
Man unterscheidet Teilchenbeschleuniger mit geradliniger Beschleunigung und Teilchenbeschleuniger mit zyklischer Beschleunigung

Answer 2

Der einfachste Teilchenbeschleuniger ist ein Fernseher. Dort werden die Elektronen, die das Fernsehbild auf die Mattscheibe schreiben, durch ein elektrisches Feld beschleunigt. Ein elektrisches Feld herrscht zum Beispiel zwischen zwei entgegengesetzt geladenen Metallplatten. Setzt man ein negativ geladenes Elektron zwischen die Platten, wird es von der positiv geladenen Platte angezogen und von der negativen abgestoßen.

Will man ein Elektron auf höhere Energien bringen, bohrt man einfach Löcher in die Metallplatten und schaltet mehrere solcher Beschleunigungsstrecken hintereinander. Damit das Ganze funktioniert, muss man jetzt die Platten mit Hilfe einer Wechselspannung umpolen, sobald das Elektron in die nächste Beschleunigungsstrecke fliegt.



Linearbeschleunigerprinzip
Bildbeschreibung:
In einem solchen Linearbeschleuniger kann man Elektronen auf Energien von mehreren Milliarden Elektronenvolt bringen. Dazu muss man allerdings auch die Beschleunigungsspannungen auf einige Milliarden Volt erhöhen. Das Bild ist nicht maßstabsgetreu. Zunächst langsame Elektronen werden schneller und so muss der Abstand der Platten immer größer gemacht werden. Bei Elektronen mit nahezu Lichtgeschwindigkeit ist dies nicht mehr notwendig. Mit einem solchen Linearbeschleuniger lassen sich nicht nur Elektronen, sondern alle geladenen Teilchen auf Geschwindigkeit bringen. Also zum Beispiel auch positiv geladene Atome, so genannte Ionen. Eine Methode, Teilchen zu beschleunigen, ohne lange Linearbeschleuniger zu bauen, ist der Ringbeschleuniger.

Hier werden die geladenen Teilchen durch Magnete auf eine Kreisbahn gezwungen. Auch im Fernseher, dem Minibeschleuniger zu Hause, sind Magnete eingebaut. Sie lenken dort den Elektronenstrahl Zeile für Zeile über die Mattscheibe. Im Ringbeschleuniger durchlaufen die Teilchen die Beschleunigungsstrecke viele Tausend mal, bevor sie ihre Sollgeschwindigkeit erreicht haben. Ein Nachteil des Ringbeschleunigers ist, dass elektrisch geladene Teilchen, die sich im Kreis bewegen, Strahlung abgeben (die so genannte "Synchrotronstrahlung") und dadurch Energie verlieren. Auch zum bloßen Speichern eines Teilchenstrahls im Ring muss man also immer wieder etwas beschleunigen.



Ringbeschleunigerprinzip
Bildbeschreibung:
Prinzipskizze eines Ringbeschleunigers: Synchron mit der Zunahme der Teilchenenergie muss man auch die Magnetfelder der Ablenkmagnete erhöhen. Je größer nämlich die Energie der Teilchen ist, umso mehr Magnetkraft braucht man, um sie "um die Ecke" fliegen zu lassen. Aus diesem Grund nennt man diesen Ringbeschleuniger auch "Synchrotron". Die schnellen, elektrisch geladenen Teilchen schießen die Forscher dann entweder auf ein festes Ziel oder sie lassen zwei Teilchenstrahlen aufeinander prallen. In den meisten Fällen wird dabei Materie in Energie umgewandelt - ein kleiner Energieblitz entsteht. Aus diesem können sich dann innerhalb von Sekundenbruchteilen neue, exotische Partikel bilden, die die Forscher interessieren. Für beide Umwandlungen ist die Einstein'sche Formel zuständig, die die Äquivalenz von Energie E und Masse m beschreibt:

E = mc2 (mit c = Lichtgeschwindigkeit). Die entstandenen Partikel, die nach allen Seiten wegfliegen, werden in großen Detektoren registriert, die die Physiker um die Kollisionsstelle herum gebaut haben.



Enstehung eines Energieblitzes
Bildbeschreibung:
Prallen zwei Teilchen aufeinander, so wird dabei in den meisten Fällen Materie in Energie umgewandelt - ein kleiner Energieblitz entsteht. Verwenden die Forscher niedrigere Energien, wirken die beschleunigten Teilchen wie Lichtstrahlen, die in einem Mikroskop auf das zu untersuchende Objekt prallen, ohne es zu zerstören. Die von diesem Objekt gestreuten Teilchen werden dann ebenfalls in Detektoren analysiert.

Das unsichtbare sichbar machen

Answer 3

Darin werden kleinste Teilchen (Moleküle, Atome, Protonen, usw) durch elektromagnetistmus stark beschleunigt (nahezu Lichtgeschwindigkeit). man kann dann damit vgerschiedene Versuche machen, z.B. neue Teilchen generieren, indem man andere mit hoher Geschwindigkeit aneinander Prallen lässt.

Answer 4

Jeder Röhrenfernseher (die werden ja nun auch immer seltener) ist ein Teilchenbeschleuniger. Im Vakuum wird ein Elektronenstrahl auf die Mattscheibe gelenkt und erzeugt dort zeilenweise das Bild. Die Elektronen werden in einer Glühkathode erzeugt und durch die angelegte Spannung zum Bildschirm beschleunigt.

Answer 5

Eine ganz lange Magnetschwegebahn für Elementarteilchen. ;-)
OK Scherz beiseite. Das ist ein langes Rohr entweder als Ring (genannt Cyklotron) oder als Linearbeschleuniger. Um dieses Rohr herum sind jede Menge Spulen. Die erzeugen im Rohr ein wechselndes Magnetfeld. Durch dieses Magnetfeld werden Elementarteilchen immer weiter nach vorn gezogen. (Ist übrigens tatsächlich ein ähnlich wie eine Magnetschwebebahn)

Answer 6

Hier meine Antwort, um Deinen Schulalltag ein wenig aufzuheitern:

Ein Teilchenbeschleuniger ist der Firmenwagen eines Konditors.
Er funktioniert wie jedes Auto, muß jedoch vor Fahrtantritt mit Teilchen beladen werden.

Answer 7

Schau mal bei Wiki, ist relativ normal beschrieben.

Answer 8

Ich weiß zwar nicht wo du wohnst, aber viele universitäten haben einen eigenenen Teilcehnbeschleuniger.
Ruf dort einfach mal an (z.B. Uni Dortmund) und frag dort einfach mal nach.
Wenn nicht gibt es in Hamburg einen großen Teilchenbeschleuniger Namens DESY, die Beanworten deine Fragen eigentlich immer.
du musst aber auch darauf achten das Teilchenbecschleuniger nicht gleich Teilchenbeschleuniger ist.

Muzy

Answer 9

Ein Teilchenbeschleuniger ist ein Gerät, in dem geladene Teilchen (z.B. Elementarteilchen, Atomkerne oder ionisierte Atome, Moleküle und Molekülbruchstücke) durch elektrische Felder auf große Geschwindigkeiten beschleunigt werden, wobei je nach Teilchenart und Beschleunigertyp annähernd Lichtgeschwindigkeit erreicht werden kann. Die Teilchen erlangen dabei eine Bewegungsenergie (kinetische Energie), die einem Vielfachen ihrer eigenen Ruheenergie entspricht.