Kernphysik

SS 2013, HHU Duesseldorf, Prof. Dr. Thomas Heinzel
Vorlesung: Kern- und Elementarteilchenphysik, inoffizielle Mitschrift
by: Christian Krause, Matr. 1956616 4 EXPERIMENTELLE TECHNIKEN
m 0,p = m 0,T , E p kin = q · V = m(v)c2 − m 0 c 2 Def.
= αm 0 c 2 mit V =Spannung
E s.p.
kin
= Kinetische Energie im Schwerpunkt-System; Energie, die expt. zur Verfügung steht
= m 0 c 2√ 2 + 2α α>>1
≈
m 0 c 2√ 2α Def =
α
√
E s.p.
kin ∝ 2E P rojektil
kin
⇒ Problem
√
2E P rojektil
kin
m 0 c 2 mit α =
EP
rojektil
kin
m 0 c 2
Bsp. Proton: E P rojektil
kin
= 100GeV → E s.p.
kin = 7GeV (steht zur Verfügung), wobei m pc 2 = 940MeV ,
E s.p. ≈ 93GeV (ist verloren)
↔ vgl. zwei p auf je 50 GeV beschleunigt (entgegengesetzt)
E s.p
kin = 100GeV ; E s.p = 0
Beispiel: Umsetzung des Konzepts HERA (High Energy Ring Accelerator), Hamburg (seit 2007
stillgelegt)
Durchmesser: 6,6 km, E= 60 GeV, e − im Uhrzeigersinn, e + gegenläufig, mit denselben Ablenkspulen
/ Beschleunigern + Überlagerungspunkt zur Kollision → Collider
4.1.3 Beispiele für Beschleuniger
1. Zyklotron
Erfinder: E. Lawrence (1930) → Nobelpreis 1939
= Vakuumkammer, aus zwei Hälften hohler Zylinder “D’s“
dazwischen: E-Feld ⃗ wird angelegt
⊥ Zylinderebene: B-Feld ⃗ (homogen)
Umlauf-Kreisfrequenz: ω c = eB m Zyklotronfrequenz
⇒ ⃗ E-Feld muss alle halben Umlaufperioden umgepolt werden. Z.B. ⃗ E(t) = ⃗ E 0 sin(ω c t)
Zyklotron-Radius r c = v ω c
steigt
z.B.: U=50 kV, B=2T, R=1m ⇒ für Protonen ω c ≈ 30 MHz ·2π
→ E kin
max(r c = R) ≈ 200MeV
4000 Umläufe in 130 msec, technisch machbar: E kin ≈ 500MeV
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