Rezyklotron

Re|zỵklotron

 

[in Anlehnung an »Zyklotron«], Teilchenbeschleuniger für relativistische Elektronen, bei dem ein oder mehrere Hochfrequenz-Linearbeschleuniger (Linac) durch magnetische Rückführung (Rezirkulation) des Elektronenstrahls mehrfach als Beschleunigungsstrecke ausgenutzt werden. Der wesentliche Unterschied zum Rennbahnmikrotron (Mikrotron) ist, dass die Rückführungen aus separat einstellbaren Ablenk- und Fokussiermagneten bestehen. Sie sind so aufgebaut, dass die Teilchenführung achromatisch (transversale Position am Ausgang eines 180º-Bogens unabhängig von kleinen Energieschwankungen) und isochron ist, d. h., alle Teilchen des Strahls benötigen die gleiche Zeit für einen Umlauf. Dadurch ist garantiert, dass die Teilchenpakete den Linac immer genau auf dem Maximum der beschleunigenden Hochfrequenzwelle durchqueren. Eine Phasenfokussierung ist damit (im Gegensatz zum Mikrotron) nicht vorhanden. Für eine große Energieschärfe des Strahls ist eine sehr gute zeitliche Konstanz der Amplitude des Linac erforderlich. Der wesentliche Vorteil der separaten Rückführungsbahnen ist ihr relativ zueinander frei wählbarer Radius. Durch große Krümmungsradien bei hohen Elektronenenergien können damit Größe und Masse der Ablenkmagnete in Grenzen gehalten sowie der für die Strahlqualität negative Einfluss der Quantenstruktur der Synchrotronstrahlung vermieden werden. Die maximale Energie eines Rezyklotrons kann durch den Bau weiterer Rückführbahnen verhältnismäßig einfach erhöht werden; eine prinzipielle obere Grenze für die Energie gibt es nicht. Die Zahl der Rezirkulationen (etwa 2-6) ist wegen der großen Zahl erforderlicher Magnete beim Rezyklotron wesentlich kleiner als beim Mikrotron (etwa 10-100). - Im derzeit größten Rezyklotron (CEBAF in Virginia, USA) werden die Elektronen bis zu fünfmal durch zwei je 100 m lange, mit flüssigem Helium auf 2 K gekühlte supraleitende Linacs geführt. Der Energiegewinn ist 0,8 GeV pro Umlauf, bei einer Strahlstromstärke von 200 μA.