M2 Synchrotron und Speicherring

Thema

Ein Synchrotron ist eine kreisförmige Anlage, in der Teilchen wiederholt die gleiche Anordnung von Magneten und Hochfrequenzresonatoren durchlaufen, wie im Abschnitt „Grundlagen“ beschrieben. Dabei gewinnen sie mit jedem Durchgang in kleinen Schritten an Energie. Anders als beim Zyklotron – einer älteren kreisförmigen Anlage, bei der der Bahnradius mit der Energie zunimmt – bleibt der Radius beim Synchrotron konstant: Mit steigender Teilchenenergie erhöht sich synchron das Magnetfeld der Dipolmagnete, um das Teilchen auf der Kreisbahn zu halten. Daher der Name der Anlage. Dieser Prozess der schrittweisen Erhöhung des Magnetfelds parallel zur Teilchenenergie wird als Rampenbetrieb bezeichnet. Seine Dauer hängt von der Größe der Anlage und der Reaktionsgeschwindigkeit der Magnete ab, ohne Wirbelströme zu erzeugen oder, im Falle supraleitender Magnete, ohne den Verlust der Supraleitung zu riskieren, der im Abschnitt „Grundlagen“ bereits als Schwachpunkt identifiziert wurde. Sobald die Maschine ihre nominale Betriebsenergie erreicht hat, kann sie im Speicherringmodus arbeiten: Der Strahl zirkuliert stabil über einen längeren Zeitraum, während Experimente diesen zirkulierenden Strahl nutzen, um ihn mit einem anderen Strahl kollidieren zu lassen, ihn auf ein festes Ziel zu lenken oder die von ihm kontinuierlich emittierte Synchrotronstrahlung zu nutzen. Die Aufrechterhaltung einer stabilen Strahlzirkulation über Stunden, und nicht nur für die kurze Dauer einer Beschleunigung, hängt entscheidend von der im Abschnitt „Grundlagen“ beschriebenen Vakuumqualität, der präzisen Korrektur der Strahloptik und der Vermeidung von Betatron-Wellenzahlen fernab der bereits erwähnten gefährlichen Resonanzen ab. Daher beginnt dieses Modul mit einer Rampe, die die Energie schrittweise erhöht, und endet damit, dass derselbe Ring bei seiner Endenergie ein Gleichgewicht aufrechterhält, das von allen im Abschnitt „Grundlagen“ beschriebenen Faktoren abhängt.

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