Teilchenbeschleuniger & Massenspektrometer. E3 Vorlesung
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- Matthias Kohler
- vor 6 Jahren
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1 Teilchenbeschleunige & Massenspektomete E3 Volesung
2 Kenphysik: Bindungsenegien Keneaktionen Radioaktivität kev MeV/Nukleon Motivation Chemie: Massen Spektomete kev Teilchenphysik: Ezeugung schwee Teilchen Kollisions Expeimente Suche nach neue Mateie Medizin: Radioisotop Ezeugung Ionenstahl Theapie X ay/γ Stahlung kev GeV Mateialphysik: Synchoton Stahlung Implantation Ion Beam Analysis kev GeV GeV TeV Technik: Elektonenschweißen Fensehe kev
3 1932 estmals von Cockcoft und Walton nach Kaskadengeneato von Geinache als Teilchenbeschleunige eingesetzt. Este Keneaktion mit 400 kev Potonen. p Li α +α Cockcoft Walton
4 Van De Gaaff Elektische Ladungen weden auf ein Tanspotband aufgespüht und auf ein isolietes Teminal tanspotiet. Heute Bände meistens duch Kette isoliete Metallkugeln (Pellets) esetzt. Ladung wid duch Influenz aufgebacht. Spannungen von MV möglich. (z.b. Oak Ridge National Lab)
5 Tandem Weiteentwicklung des van de Gaaff um Beschleunigungsspannung doppelt auszunutzen. Ladungszustand wid im Teminal geändet. z.b. VERA Beschleunige de Univesität Wien
6 VERA
7 Tandem (II) 25 MV Tandem, Oak Ridge, USA 14 MV Tandem, Rehovot, Isael
8 HF Beschleunigung 1928 von Wideøe gebaut. Diftöhen weden mit HF Wechselspannung belegt. Innehalb de Diftöhe feldfeie Raum, zwischen den Diftöhen beschleunigendes E Feld. Bis β 0.05 vewendba: p + : 1,2 MeV e : 620 ev
9 HF Beschleunigung (II) Alvaez Stuktu (1946, 32 MeV p + ): Diftöhen befinden sich in eine geschlossenen HF Stuktu. HF wid als Radiofequenz eingestahlt. An den Diftöhen wid daduch die zu Beschleunigung notwendige Potentialdiffeenz induziet.
10 Wandewellen Stuktu FeieEM Felde immetansvesale E und B Felde. In einem Hohlleite ist es möglich, nu tansvesale B Felde und longitudinalee Felde zu eeichen. Abe: Phasengeschwindigkeit imme > c!! Abhilfe: Iisblenden in de Stuktu.
11 Wandewellen Stuktu (II) Gut geeignet zu weiteen Beschleunigung von Teilchen mit v c Gößte Anlage: Stanfod Linea Acceleato (SLAC) Länge: 3 km Elektonen Enegie: 50 GeV in Planung: Intenational Linea Collide (31km?)
12 Zykloton 1930 von Lawence entwickelt, 1932 von Lawence und Livingston in Bekley in Betieb genommen. Schema eines Zykloton: HF Spannung wid an D fömige Elektoden D angelegt. Extaktion mit Hilfe eines Septum S. Rechts: Axiale Queschnitt. M..Magnetjoch, S..Spule, I..Ionenquelle, schematische Dastellung des Queschnitt de Elektoden und de Vakuumkamme.
13 Zykloton (II) Zykloton an de Univesität Bonn. (7 14 Mev/Nukleon)
14 Zykloton (III) Isochonzykloton des Tiumf Labos in Vancouve, Kanada. Maximale Enegie de Potonen: 520 MeV. Magnet Duchmesse: 18m.
15 Synchoton Magnetfeld nu auf eine Ringzone beschänkt. Feldstäke muss dem Teilchenimpuls angepasst sein Beschleunigung synchon mit Magnetfeldstäke notwendig. Zuest CG (constant gadient) Typen (beite Magnetfeldegion nötig) Mitte de 1950e Weiteentwicklung zum AG (altenating gadient) Synchoton. heute vewendete Typ.
16 Synchoton (II) Weitee Untescheidung: Elektonen/Positonen Synchotons: Teilchen haben anfangs beeits v=c, Phasenlage de Beschleunigungsstuktuen und Fequenz de Magnetfeldmodulationkonstant. Potonen/Kene: Geschwindigkeit ehöht sich wähend Beschleunigung, efodet Anpassung de Hochfequenzspannungs Synchonisation und Magnetfeldmodulationsfequenz.
17 Bookhaven Cosmoton 3 GeV Poton 23 m Duchmesse CG (constant gadient) machine
18 CERN Abwechselnd Ablenkmagnete (Dipol, ot) und Fokussiemagnete (Quadupol, blau), Umfang: 6.9 km, 450 GeV Potonen Enegie
19 Weltweit gößtes Synchoton: Umfang: 26.7 km 7000 GeV Potonen Enegie CERN
20 CERN (II) dezeit shutdown fü Upgade
21 Massenspektomete Geät zu Bestimmung de Masse von Ionen (Atome und Moleküle) bzw. zu Untesuchung de Zusammensetzung von Poben. Im Umfeld Wien: >30 Foschungsguppen, >200 Geäte
22 Massenspektomete (II) Kennzahlen: Massenauflösung (M/ M) Dynamische Beeich (Vehältnis stäkstes Signal/Untegund) Massenbeeich Göße, Peis
23 Sektofeld Massenspektomete Einfachste Fom des Massenspektometes Entwickelt 1919 von Fancis William Aston basieend auf Ideen von J.J. Thomson Bei gleiche Enegie: =
24 Sektofeld Massenspektomete (II) Heute meist doppel fokussieendes Sektofeld Massenspektomete: Teilchen mit leicht veschiedene Geschwindigkeit Richtung weden an selbe Stelle fokussiet. z.b. Mattach Hezog Geometie M/ΔM bis zu
25 Time of Flight Massenspektomete Ionen duchlaufen nach Beschleunigung eine Diftstecke, Massenanalyse mittels Flugzeit Messung (TOF) Goße Massenbeeich bei eine Messung, schnelle Pozesse auflösba
26 Quadupol Massenspektomete Ionen duchlaufen zu Massenanalyse ein elektisches RF Quadupolfeld mit zusätzliche lineae Komponente: cos Bewegung de Ionen wid duch Mathieusche Diffeential Gleichungen beschieben Bahn nu fü ein bestimmtes m/q stabil!
27 MS MS Massenspektomete Zu genaueen Identifikation goße Moleküle: (m u) Nach este Massen Selektion folgt Fagmentieung de Moleküle und Massenanalyse de Buchstücke (Tandem MS): Häufige Einsatz fü Poteomics (Identifikation goße Zahl an Poteinen)
28 Beschleunige Massenspektomete Geingee Massenauflösung (M/ M 1000) abe seh hohe dynamische Beeich (>10 16 ) Acceleato Mass Spectomety (AMS) Messung seltene Nukliden (meist langlebige Radionuklide wie 14 C) Einzige Anlage in Östeeich: VERA
29 Tafelbild (I) Kenadius: K = 0 A 1/3, 0 =1.2 fm Coulomb Baiee: Enegie die aufgebacht weden muss um positiv geladene Kene Nahe genug zu bingen sodaß die anziehenden Kenkäfte wiksam weden. U = 1 q 1 q 2 4πε 0, k = 1 4πε 0 e 2 =1.44 MeV fm U = kz Z A =1.2 Z Z 1 2 [MeV] 1/3 1/3 A Am Beispiel de esten (von Cockoft und Walton) untesuchten Keneaktion: U = p Li α +α /3 =1.9 MeV
30 Tafelbild (II) Wikung elektische und magnetische Felde auf geladene Teilchen: Loentzkaft Relativistische Gössen: β = v c, γ = F L = q E + v B ( ) 1 1 β, E 2 g = E kin + mc 2 = mc 2 γ γ = 3 β 0.95, γ = 7 β 0.99 Heleitung de Zyklotonfequenz: (γ) m v2 (γ) m v F Zentipetal = F Loentz = q v B q (v = ω ) (γ) m ω c = q B ω c = (γ) m B Nichtelativistisch (γ=1) hängt ω c nu von q, m und B ab! = q B
31 Tafelbild (III) Wikung elektische und magnetische Felde auf geladene Teilchen: Loentzkaft Ablenkung im Magnetfeld: Magnetische Steifigkeit: Ablenkung im elektischen Feld: Elektostatische Steifigkeit: F L = q E + v B ( ) q E m q v m B B v q v m F F = = = = 2 2 Loentz Zentipetal q E q v m E E q v m F F = = = = 2 2 Loentz Zentipetal
Magnetismus EM 33. fh-pw
Magnetismus Das magnetische eld 34 Magnetische Kaft (Loentz-Kaft) 37 Magnetische Kaft auf einen elektischen Leite 38 E- eld s. -eld 40 Geladenes Teilchen im homogenen Magnetfeld 41 Magnetische lasche (inhomogenes
3.5 Potential an der Zellmembran eines Neurons
VAK 5.04.900, WS03/04 J.L. Vehey, (CvO Univesität Oldenbug ) 3.5 Potential an de Zellmemban eines Neuons Goldmann Gleichung fü mehee Ionen allgemein E R T F ln n k 1 n k 1 z z k k P k P k m [ X ] + z P[
12.9 Überlagerung von elektrischen und magnetischen Feldern
.9 Übelageung on elektischen und magnetischen Felden ei de estimmung de spezifischen Ladung de lektonen fand beeits eine Übelageung on elektischen und magnetischen Felden statt, ohne zu eine gegenseitigen
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34. Elektromagnetische Wellen
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BFH / Elektrotechnik / Physik 3 A: Felder 1. Berner Fachhochschule Technik und Informatik Electro - und Kommunikationstechnik PHYSIK 3.
BFH / Elektotechnik / Physik 3 A: Felde 1 Bene Fachhochschule Technik und Infomatik Electo - und Kommunikationstechnik PHYSIK 3 TEIL A: Felde BFH / Elektotechnik / Physik 3 A: Felde Inhaltsvezeichnis I.
b) Drehimpuls r r Für Massenpunkt auf Kreisbahn: L=r p Für Massenpunkt auf beliebiger Bahn im Raum:
b) Dehimpuls De Bewegungszustand eines otieenden Köpes wid duch seinen Dehimpuls L beschieben. Analog zum Dehmoment nimmt de Dehimpuls mit dem Impuls p und dem Bahnadius zu. Fü Massenpunkt auf Keisbahn:
Skala. Lichtstrahl. Wasserbad
. Coulomb sches Gesetz Wi haben gelent, dass sich zwei gleichatige Ladungen abstoßen und zwei ungleichatige Ladungen einande anziehen. Von welchen Gößen diese abstoßende bzw. anziehende Kaft jedoch abhängt
Man erkennt, dass die Feldlinien an der Rundung und der Spitze Ecken besonders dicht liegen. Entsprechend ist hier die auch Ladungsdichte am höchsten.
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