Diskussion:Mikrotron

Genaues Prinzip?

Ich versuche gerade anhand des Artikels zu verstehen, wie so ein Mikrotron funktioniert (im Netz finde ich da nicht so viel; im englischsprachigen Raum scheint ein microtron gar schlichtweg ein sehr kleiner Beschleuniger zu sein). Leider steht da nicht viel.

Da heißt es also, Beschleunigungsfrequenz und magnetische Feldstärke müssen nicht verändert werden. Aber das ist doch gerade der Witz bei einem Zyklotron, oder nicht? OK, da steht auch was von relativistischen Effekten, die ja vermutlich verstärkt auftreten, wenn man Elektronen beschleunigt. Falls diese Vermutung richtig ist, sollte man im Artikel vielleicht erwähnen, dass es sich um ein relativistisches Problem handelt. Unter Zyklotronfrequenz finde ich eine relativistische Formel für die Umlauffrequenz: $f={\frac {e\cdot B}{2\pi \cdot m_{0}}}\cdot {\sqrt {1-\left({\frac {v^{2}}{c^{2}}}\right)}}$. Aha! Wenn man also die Energie der Elektronen jeweils um ihre Ruheenergie erhöht, dann steht da im Nenner ein ganzzahliges Vielfaches der Ruhemasse.

OK, gehen wir das mal durch. Das Elektron durchläuft mit anfangs vernachlässigbarer Geschwindigkeit zum ersten Mal den Beschleunigerspalt. Hinterher beträgt seine relativistische Gesamtenergie zwei Ruhemassen. Laut Formel für f halbiert sich die Umlauffrequenz. Hmmm, zeigt dann das Feld beim gegenüberliegenden Beschleunigerspalt nicht in die falsche Richtung, das das Elektron aufgrund seiner höheren dynamischen Masse "zu spät" kommt? OK, mann kann die Wechselspannung von vorneherein mit halber Frequenz betreiben, aber dann kriege ich dasselbe Problem bei dreifacher dynamischer Masse.

Irgendwie verstehe ich wohl das Prinzip noch nicht so ganz. Könnte das jemand noch etwas näher im Artikel erläutern? Danke!--134.155.87.42 17:27, 17. Mai 2006 (CEST)

OK, ich glaube, es hat sich erledigt. Die Uni Mainz hat unter [1] (Seite 13) Infos über ihr Mikrotron. Offenbar ist es, dass zwischen den Duanden überhaupt kein E-Feld herrscht, mit Ausnahme eines kleinen Linearbeschleunigerbereichs am Rand des Spaltes. Das Teilchen wird immer wieder dem Linearbeschleuniger zugeführt. Dieses Spielchen kann man so oft wiederholen, bis der Radius zu groß zu werden droht, dann wird der Strahl herausgelenkt. Bleibt noch die Frage, wieso der Energiezuwachs unbedingt der Ruhemasse des Elektrons entsprechen muss. OK, da steht "Rennbahnmikrotron", vielleicht hat diese Sorte diese Einschränkung nicht. Ich versuche mal, ganz mutig den Text des Artikels etwas zu ändern.--134.155.87.42 10:24, 18. Mai 2006 (CEST)

Neue Zeichnungen

Schöne neue Zeichnungen. Beim Bild vom racetrack microtron stoße ich mich an zwei Kleinigkeiten: wie kriegt der Einfädelstrahl bei der Injektion eine Kurve hin, und alle weiteren Strahlbahnen gehen gerade durch? Bitte zumindest einen Injektionsmagneten andeuten (wie der im einzelnen aussieht, z.B. eine N-S-S-N-Anordnung, ist Detailfrage). Zweitens die Extraktion, da fehlt auch ein Magnet, dazu kommt, daß kleine Radien bei der inzwischen erreichten hohen Energie mit handelsüblichen Magnetfeldern nicht mehr zu machen sind. Entweder die z.B. bei MAMI in Mainz gewählte Methode zeichnen (Kickermagnet, Hebelarm, Seitenverschiebung der Halbkreiskurve im Magnetfeld) oder Magnetfeld unten links in Zeichnung wegschneiden (trivialisierte Prinzipskizze). -- KlausFoehl (Diskussion) 17:40, 26. Mär. 2012 (CEST)

Harmonischdoppelseitig

Es wäre schön, wenn jemand leichtverständlich erklären könnte, wozu es dient, dass die beiden Linacs nicht mit derselben Frequenz arbeiten (dass die Frequenzen wenigstens im ganzzahligen Verhältnis stehen müssen, ist klar). Im abstract der Arbeit von Kaiser et al. steht nur pauschal etwas von strahldynamischen Vorteilen. --UvM (Diskussion) 19:27, 17. Jul. 2013 (CEST)

Erstmal ein Antwortversuch hier. Grundsätzlich wäre es vorteilhaft, nur mit der Grundfrequenz bestimmt durch die davorliegenden Beschleunigungsstufen arbeiten zu können. Dafür müßte aber die Beschleungungsfeldstärke in den HF-Stufen höher sein als man konnte oder wollte. Mit der Verdopplung der HF-Frequenz kann man jene Beschleungungsfeldstärke halbieren. Soweit so gut.

Jetzt kommt Strahloptik ins Spiel. Grundsätzlich möchte man die Elektronen in der Energie beisammenhalten, dass sie bei Abweichungen in Energie und Längsrichtung um den Sollwert oszillieren. Zu hohe Energie heißt längere Bahn, wenn dann beim verspäteten Eintreffen die nachfolgende Stufe weniger beschleunigt, sieht man schon, wie die Energie in die richtige Richtung korrigiert. Anscheinend gibt es aber auch das Problem der Überkorrektur, die Größe der Korrektur hängt (neben der Wahl des Arbeitspunktes) eben von der HF-Wellenlänge ab, eine größere Wellenlänge (=kleinere Frequenz) ergibt eine kleinere Korrektur.

Jetzt ist es von Vorteil, das aufgrund der (modifiziert für das HDSM) Mikrotronbedingungen eine der beiden HF-Beschleunigungsstrecken eben nicht mit der verdoppelten HF-Frequenz betrieben werden muß.

Wie Oma-tauglich ist das? -- KlausFoehl (Diskussion) 19:08, 4. Dez. 2013 (CET)

Danke, dass du dich um die Erklärung bemühst. An den Formulierungen müsste man noch feilen. Das Vorstehende ist, pardon, noch nicht mal ganz gestandene-Physiker-tauglich (bin allerdings kein Beschleuniger- oder HF-Experte, nur Kern- und Neutronenphysiker gewesen). "Harmonisch" heißt bei dir offenbar, dass die Frequenzen nicht 2:1 sind. In meinem Verständnis wäre 2:1 der einfachste harmonische Fall nach 1:1.

Gibt es denn doppelseitige Mikrotrons mit Frequenzverhältnis 2:1? Und bei denen sind dann die von dir genannten Phasenfokussierungsprobleme aufgetreten? Und gibt es ein harmonischdoppelseitiges Mikrotron mit anderem Verhältnis als 2:1? Wenn ja, mit welchem? Gebaut und funktionierend, oder bisher nur auf Papier? Gruß, UvM (Diskussion) 15:18, 5. Dez. 2013 (CET)

Fundamentalmode

Hallo Benutzer:Baur87,
das mit dem "höchstmöglichen Energiegewinn" habe ich entfernt. Es ist kein zwingendes Argument, denn man könnte ja vielleicht auch mit weniger als dem Höchstmöglichen auskommen.
Was hingegen fehlt, ist eine Erklärung, was "Fundamentalmode" hier bedeuten soll. Mindestens ein link Moden müsste schon sein. Aber zumindest mir ist auch dann nicht klar: ist die Grundmode des Resonators gemeint, TM₀₁₀, oder noch etwas Anderes? --UvM (Diskussion) 15:17, 9. Jun. 2016 (CEST)

In der Fundamentalmode braucht ein Teilchen für einen Umlauf im Mikrotron genau eine Periodendauer der Beschleunigungsspannung. Man kann erlauben, dass die Umlaufsdauer länger ist, dann hat man aber einen geringeren Energiegewinn. Und genau deswegen ergibt ein Mikrotron mit schweren Teilchen keinen Sinn: Man kann durchaus auch (schon relativistische) Protonen (weiter) beschleunigen, doch der Energiegewinn ist dann marginal. --Baur87 (Diskussion) 13:56, 14. Jun. 2016 (CEST)

OK, „Fundamentalmode“ hat hier also nichts mit den Schwingungsmoden der cavity zu tun. Diese Erklärung ist schon nötig. Ich habe die Aussage mit Erklärung wieder eingefügt. --UvM (Diskussion) 21:05, 14. Jun. 2016 (CEST)