Techniklexikon

Isochron-Zyklotron

Sektorzyklotron, Zyklotron zur Beschleunigung von Protonen und Ionen auf relativistische Energien. Die Verlängerung der Umlaufzeit des zu beschleunigenden Teilchens als Folge seines relativistischen Massenzuwachses (relativistische Korrekturen) m = m₀/(1 - b²)^1/2 (m₀: Ruhemasse des Teilchens, b: Teilchengeschwindigkeit in Einheiten der Lichtgeschwindigkeit) führt dazu, dass die Resonanzbedingung nicht mehr erfüllt wird. Diese Tatsache wird beim Isochronzyklotron durch eine Verstärkung des Feldes des Führungsmagneten in radialer Richtung kompensiert (L.H. Thomas, 1938). Durch Verwendung mehrerer (drei bis sechs), als geschlossener Ring angeordneter, sektorförmiger Polschuhe mit geradlinigen oder besser spiralförmigen Grenzen wird beim Ein- und Austritt der Teilchenbahn eine Fokussierung senkrecht zur Bahnebene erzielt, die die defokussierende Wirkung des inhomogenen magnetischen Führungsfeldes überwiegt. Die Kavitäten für die Hochfrequenzbeschleunigung werden zwischen jeweils aufeinanderfolgenden Magnetsektoren eingebaut. Erste Anlagen dieses Typs wurden am Joint Institute for Nuclear Research, JINR, Dubna, Russland 1958 und am Lawrence Berkeley National Laboratory, LBNL, Berkeley, USA 1950 in Betrieb genommen. Für Protonen können, beispielsweise mit dem Ziel der Pionenproduktion (Meson-Factory, Zürich, Schweiz, TRIUMPF, Vancouver, Kanada), Energien um 500 MeV bei Energieauflösungen um 10^-4 und Strömen um 1 mA erreicht werden. Mehrstufige Zyklotronsyteme werden als Schwerionenbeschleuniger zur stufenweisen Erhöhung der Ladungszustände (GANIL, Caen, Frankreich) oder als Sekundärstrahlbeschleuniger (ISOLDE, CERN, Genf, Schweiz) verwendet. In modernsten Anlagen wird das Führungsfeld durch eine supraleitende Ringspule auf Werte um 5 T praktisch verdreifacht (KVI, Groningen, Niederlande), was den Aufbau kompaktester Anlagen gestattet.