Physik der Teilchenbeschleuniger und Synchrotronstrahlungsquellen: Eine Einführung

شتاب‌دهنده‌های ذرات نقش مهمی در تحقیقات ساختار ماده از دهه 1920 بازی کرده‌اند. آنها پرتوهای پرانرژی را با خواص تکرارپذیر و کاملاً تعریف شده مورد نیاز برای آزمایش با هسته اتمی یا ذرات بنیادی تأمین می کنند. با گذشت زمان، سیستم‌های توسعه‌یافته برای این منظور، عمدتاً به دلیل انرژی‌های ذرات بسیار بالا مورد نیاز، بزرگ‌تر و بزرگ‌تر شده‌اند و اکنون به ابعاد بیش از 10 کیلومتر رسیده‌اند که تنها در چارچوب تحقیقات در مقیاس بزرگ می‌توان ساخت و بهره‌برداری کرد. سیستم های. علاوه بر این، دومین کاربرد مهم شتاب دهنده ها اخیراً ایجاد شده است، یعنی استفاده از به اصطلاح "تابش سنکروترون". این اولین بار در سینکروترون های الکترونی مشاهده شد و پس از آن نیز نامگذاری شد. به دلیل خواص عالی آن، به مهمترین ابزار برای بررسی جامدات در کنار پرتوهای نوترونی تبدیل شده است. به همین دلیل، در حال حاضر بسیاری از شتاب‌دهنده‌های الکترونی کوچک‌تر در سراسر جهان ساخته می‌شوند که منحصراً برای این منظور بهینه‌سازی شده‌اند. بنابراین، فیزیک شتاب دهنده، زمینه کاربرد نسبتاً گسترده ای را ایجاد کرده است. هدف این کتاب جمع‌آوری سیستماتیک مهم‌ترین اصول فیزیکی و فنی شتاب‌دهنده‌ها و پرداختن به الزامات فیزیک ذرات و انرژی بالا و همچنین تولید تشعشعات سنکروترون است. اما به دلیل تنوع بسیار زیاد انواع شتاب دهنده ها و کاربردهای متنوع آنها، در اینجا امکان پرداختن به تمام جنبه هایی که امروزه در زمینه شتاب دهنده ها حائز اهمیت است، وجود نداشت. بنابراین، انتخابی عمداً انجام شد که در آن، علاوه بر اصول اساسی که برای همه شتاب‌دهنده‌ها مهم است، جنبه‌های حلقه‌های ذخیره‌سازی الکترون نیز به چشم می‌خورد.

Bei der Erforschung der Struktur der Materie spielen seit den zwanziger Jahren dieses Jahrhunderts Teilchenbeschleuniger eine wichtige Rolle. Sie liefern die für die Experimente mit Atomkernen oder Elementarteilchen erforderlichen hoch­ energetischen Strahlen mit 'reproduzierbaren, wohldefinierten Eigenschaften. Im Laufe der Zeit sind die für diesen Zweck entwickelten Anlagen vor allem wegen der erforderlichen sehr hohen Teilchenenergien immer größer geworden und ha­ ben inzwischen Dimensionen von über 10 km erreicht, die nur noch im Rahmen von Großforschungsanlagen gebaut und betrieben werden können. Daneben hat sich in jüngerer Zeit eine zweite wichtige Anwendung von Beschleunigern eta­ bliert, nähmlich die Nutzung der sogenannten "Synchrotronstrahlung". Diese wurde erstmals in Elektronen-Synchrotrons beobachtet, nach denen sie auch be­ nannt wurde. Wegen ihrer hervorragenden Eigenschaften hat sie sich neben den Neutronenstrahlen zum wichtigsten Werkzeug zur Untersuchung von Festkörpern entwickelt. Daher werden inzwischen weltweit viele meist kleinere Elektronen­ beschleuniger gebaut, die ausschließlich für diesen Zweck optimiert sind. Die Beschleunigerphysik hat sich damit ein recht breites Anwendungsfeld geschaffen. Das vorliegende Buch hat sich zum Ziel gesetzt, die wichtigsten physikali­ schen und technischen Grundlagen der Beschleuniger systematisch zusammen­ zutragen und dabei die Anforderungen der Teilchen- und Hochenergiephysik wie auch die Erzeugung der Synchrotronstrahlung zu behandeln. Wegen der großen Vielfalt der Beschleunigertypen und ihrer diversen Anwendungen war es aller­ dings nicht möglich, alle heute im Beschleunigerbereich wichtigen Teilaspekte hier zu behandeln. Daher wurde bewußt eine Auswahl getroffen, bei der ne­ ben den für alle Beschleuniger wichtigen Grundlagen besonders die Aspekte der Elektronenspeicherringe in den Vordergrund treten.