Tandembeschleuniger

Tandembeschleuniger im Maier-Leibnitz-Laboratorium in Garching bei München

Stripperfolie

Ein Tandembeschleuniger ist ein Teilchenbeschleuniger. Er ist eine Weiterentwicklung des Van-de-Graaff-Beschleunigers, bei der die Beschleunigungsspannung zweimal genutzt wird, indem die Ionen nach der ersten Beschleunigung im Inneren der Hochspannungselektrode (Terminal) umgeladen werden.

Der Tandembeschleuniger benötigt für die erste Beschleunigungsstufe negative Ionen. Diese werden durch eine Hochspannung von einigen tausend Volt vorbeschleunigt und in die Hauptbeschleunigungsstrecke eingespeist. In der Mitte des Beschleunigers befindet sich das Terminal, das durch einen Van-de-Graaff-Generator auf ein positives elektrisches Potential aufgeladen wird. Je nach Ausführung des Beschleunigers beträgt das Potential von 1 MV (Megavolt) bis 25 MV, wobei auch höhere Energien erprobt werden. Im Inneren des Terminals durchläuft der Ionenstrahl eine Kohlenstoff-Folie oder eine durch differentielles Pumpen erzeugte Gasstrecke, den stripper (engl., „Abstreifer“). Hier werden die Teilchen durch Abstreifen von Elektronen in positive Ionen verwandelt. Dadurch werden sie in der zweiten Beschleunigungsstufe vom Terminal zum Austritt aus dem Beschleuniger (auf Erdpotential) weiter beschleunigt.

Ohne die Ladungsänderung würde ein Teilchen durch die zweite Beschleunigungsstufe wieder auf die Eingangsgeschwindigkeit abgebremst. Es ist daher nicht möglich, mit diesem Beschleuniger Elektronen zu beschleunigen.

Vorteile gegenüber dem einfachen Van-de-Graaff-Beschleuniger sind:

• die höhere erreichbare Ionenenergie bei gegebener Beschleunigungsspannung; mit der Spannung x MV kann zum Beispiel ein Protonenstrahl von 2x MeV erzeugt werden;
• die Anordnung beider „Enden“, Ionenquelle und Target, auf Erdpotential und nicht im Hochspannungsterminal.

Einer der wichtigsten Nachteile ist die Einschränkung auf negative Ionen. Edelgase können somit nicht oder nur schwierig (Helium) beschleunigt werden, da sie keine negativen Ionen bilden und auch nicht als chemische Verbindung aus der Ionenquelle extrahiert werden können.

Literatur

• S.Y. Lee: Accelerator Physics. World Scientific Pub. Co., Singapore, 1999

Weblinks

 Commons: Maier-Leibnitz-Laboratorium – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

• Maier-Leibnitz-Laboratorium - Garching/München
• Tandembeschleuniger der Universität Erlangen-Nürnberg - genutzt zur Altersbestimmung von Proben mit der C14-Methode
• - Universität zu Köln