Wofür braucht man Teilchenbeschleuniger?
5 Antworten
Teilchenbeschleuniger gibt es verschiedene, zum Beispiel ganz große wie den CERN in der Schweiz oder auch ganz kleine, zum Beispiel Zyklotrons, welche zum Beispiel das radioaktive Isotop Iod123 oder Technietium99m für medizinische Zwecke. Dann gibt es noch Teilchenbeschleuniger, welche die Teilchen langsamer beschläunigen, nochmal kleinere Geräte, nur um Isotope zu messen, wie zum Beispiel ein SIMS, Sekundärionen Massenspektrometer. Es gibt auch noch gerade Tunnel als Teilchenbeschleuniger, die funktionieren ähnlich wie der CERN, nur mit deutlich weniger Power.
Der große Teilchenbeschleuniger CERN ist gebaut worden, um die Physik im ganz kleinen und ganz großen besser zu verstehen. Dort wurden Teilchen mit annähernd Lichtgeschwindigkeit aufeinander geschossen und so kurzlebige instabile Teilchen erzeugt, welche man versucht hat zu messen und nachzuweisen, dass es sowas gibt. Außerdem werden an solchen besonders großen Teilchenbeschleunigern auch neue Elemente hergestellt, zum Beispiel durch das beschießen von Californium249 mit Calcium48 wurde das momentan letzte Element im Periodensystem hergestellt, Oganesson294.
Zyklotrons sind wie gesagt für die Massenproduktion. Anders als die meisten anderen Teilchenbeschleuniger stellen sie einen Stoff in "großer" Menge her. Es geht da also nicht mehr um wenige Atome oder Teilchen sondern um wenige Gramm.
Das Massenspektrometer hat allerdings einen nachteil. Es kann die Ionen nicht so schnell beschleunigen, wie die großen Teilchenbeschleuniger das können, im genesatz zum CERN, der fast Lichtgeschwindigkeit erreichen kann, sind Massenspektrometer bei einigen Millionen kmh. Sie sind zum Messen von Isotopen, zum Beispiel dem Kohlenstoff13 Gehalt in einer Pflanze oder auch Stickstoff15 und andere Isotope. Hier kann man zum Beispiel Messen, wenn man einer Pflanze CO2 mit Kohlenstoff13 und Stickstoffdünger mit Stickstoff15 gibt, an welchen Stellen in der Pflanze der Dünger ankommt und an welchen Stellen die Luft ankommt, also wo die jeweiligen Nährstoffe sich in der Pflanze anlagern. Die Probe wird im SIMS mit Ionen beschissen und es kommen geladene Moleküle raus, welche dann je nach Gewicht an einer anderen Stelle Auftreffen um gemessen zu werden. Ganz oft werden Cyanidionen gemessen, welche dann unterschieden werden zwischen C12N15 oder C12N14 zum Beispiel.
Wie man vielleicht sieht habe ich von dem Mini Teilchenbeschleuniger besonders viel Ahnung, habe im Praktikum mit einem NanoSIMS 50L gearbeitet.
Das braucht man um Materie ausfindig zu machen. Näheres Quelle findest du bei:
https://www.weltmaschine.de/cern_und_lhc/technologietransfer/teilchenbeschleuniger/
Nun, damit die Teilchen mal so richtig auf Schwung kommen ... :-)
Im Ernst: Aus Beobachtungen mit natürlicher Radioaktivität und kosmischer Strahlung konnten einige Wechselwirkungen zwischen Teilchen beobachtet werden (s. bspw. Nebelkammer). Einerseits um das nachzustellen, waren Teilchenbeschleuniger erforderlich. Andererseits kann ich damit aus Modellen abgeleitete Schlussfolgerungen überprüfen (angefangen beim Rutherfordschen Goldfolienversuch).
Damit angefangen und der Evolvierung der Teilchenphysiktheorien ergeben sich weitere Fragen zum Teilchenverhalten. Dabei können einige Verhalten erst auftreten, wenn sozusagen mindestens die Energie der Wechselwirkungsteilchen erreicht wird, was zu immer größeren Teilchenbeschleunigern führen kann. In diesen werden Teilchen dann auf Targets oder einen anderen Teilchenstrahl geleitet, um zu beobachten, ob und wie genau aus der Theorie vorausgesagte Ereignisse und Teilchen auftreten. Das wiederum stützt die Theorie, sie kann in Teilen verworfen, verfeinert oder weiterentwickelt werden.
Ergo bringen Teilchenbeschleuniger nicht nur Schwung in die Teilchen sondern auch in das Verständnis und die Weiterentwicklung des physikalischen Teilchenmodells.
(Nebenbei tritt auch noch Zyklotronstrahlung auf, die für weitere Forschung angewendet werden kann.)
Hallo 82hr983wqhr!
Einer der deutschen Teilchenbeschleuniger steht in Hamburg
https://de.wikipedia.org/wiki/Deutsches_Elektronen-Synchrotron
Diese Einrichtungen forschen zum einen in der Physik an dem Nachweis von Elementarteilchen, zum anderen werden die beschleunigten Teilchen auf ihre medizinische Wirksamkeit zum therapeutischen Einsatz untersucht, desweiteren zur Forschung in der Chemie, Biologie und Geologie.
LG
gufrastella
