Physik der Teilchenbeschleuniger und Synchrotronstrahlungsquellen

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 benden für alle Beschleuniger wichtigen Grundlagen besonders die Aspekte der Elektronenspeicherringe in den Vordergrund treten.

1 Einführung. - 2 Synchrotronstrahlung. - 3 Lineare Strahloptik. - 4 Injektion und Ejektion. - 5 Hochfrequenzsysteme zur Teilchenbeschleunigung. - 6 Strahlungseffekte. - 7 Luminosität. - 8 Wiggler und Undulatoren. - 9 Der Free-Electron-Laser (FEL). - A Maxwellgleichungen. - B Wichtige Relationen der speziellen Relativitätstheorie. - C Allgemeine Gleichung einer Phasenellipse.