Quelltext der Seite Speicherring

[[Datei:Storage ring de.svg|mini|Schema eines Elektron-Positron-Speicherrings für Hochenergiephysik-Experimente]]
[[Datei:Acceleration section of ESR GSI.jpg|mini|Beschleunigungsstrecke des Ionen-Speicherrings ESR der [[Gesellschaft für Schwerionenforschung|GSI]], Darmstadt]]
[[Datei:ESR02.jpg|mini|Abschnitt des ESR des GSI]]
Ein '''Speicherring''' ist eine Sonderform eines [[Synchrotron]]-[[Teilchenbeschleuniger]]s, spezialisiert auf die Ansammlung und lange Aufrechterhaltung eines hohen Strahlstroms. Er besteht aus einem ringförmigen [[Vakuum]]<nowiki/>gefäß, in dem [[Hochenergiephysik|hochenergetische]], [[Elektrische Ladung|elektrisch geladene]] Teilchen durch [[Magnet]]e auf einer geschlossenen Umlaufbahn gehalten werden.

Die Befüllung eines Speicherrings erfolgt meist über einen separaten Teilchenbeschleuniger; jedoch kann ein Synchrotron auch selbst als Speicherring funktionieren, indem die [[Beschleunigungsspannung]] fast oder ganz abgeschaltet und das Feld der [[Magnet #Ablenkmagnet|Ablenkmagnete]] konstant gehalten wird. Manche Anlagen können daher ebenso gut als Synchrotron wie als Speicherring bezeichnet werden.

Meist werden im Speicherring viele [[Teilchenpaket]]e des Beschleunigers angesammelt (daher der Name „Speicher“), so dass die [[Intensität (Physik)|Intensität]] im Speicherring viel höher ist als im Beschleunigerstrahl. In großen Anlagen wurden so Strahlströme von mehreren [[Ampere]] erzeugt. Um eine lange Verweildauer des Strahls im Speicherring von teils vielen Stunden zu erreichen, ist ein extrem gutes Vakuum nötig, da Stöße mit dem Restgas die Strahlstärke verringern und auch die Strahlqualität beeinträchtigen.<ref name="Johnsen1973">{{cite journal
| journal=Proc. Na. Acad. Sci. USA
| volume=70
| issue=2
| pages=619–626
| date=1973
| author=K. Johnsen
| title=CERN Intersecting Storage Rings (ISR)
| pmc = 433316
}}</ref> Eine Ausleitung des Strahls aus dem Ring zu Experimentierzwecken ist entweder gar nicht vorgesehen oder hat nachrangige Bedeutung. Es existieren Speicherringe für [[Elektron]]en und verschiedene [[Ionenstrahlung|Ionen]], von [[Proton]]en und [[Antiproton]]en bis zu [[Schwerion]]en wie [[Gold]] und [[Blei]].

== Erzeugung von Synchrotronstrahlung ==
Elektronenspeicherringe werden oft primär oder ausschließlich zum Zweck der Erzeugung von [[Synchrotronstrahlung]] betrieben. Zur Steigerung der Intensität der Synchrotronstrahlung werden besondere Bauteile eingebaut, die sogenannten [[Undulator (Synchrotron)|Wiggler bzw. Undulatoren]]; diese bringen die Elektronen auf einem sonst geraden Bahnabschnitt in eine Wellenlinie und damit zu verstärkter Abgabe der Strahlung. In den Beschleunigungsstrecken werden die Strahlungsverluste wieder ausgeglichen.

== Collider ==
Eine Sonderform der Speicherringe sind die sogenannten Collider (engl. ''collide'': zusammenstoßen), die meist aus zwei Ringen mit entgegengesetzter Umlaufrichtung aufgebaut sind. Die Teilchen werden an einem oder mehreren Kreuzungspunkten zur Kollision gebracht. Auf diese Weise kann, anders als beim Beschuss eines feststehenden [[Target (Physik)|Targets]], die gesamte [[kinetische Energie]] in [[Masse (Physik)|Masse]] neuer Teilchen umgewandelt werden, denn es wird keine kinetische Energie für eine Weiterbewegung des Schwerpunkts des Teilchensystems benötigt (siehe [[Colliding-Beam-Experiment]]).

Auch bei dieser Verwendung tritt für hochenergetische leichte Teilchen wie [[Elektron]]en das Problem aller Kreisbeschleuniger, der Energieverlust durch [[Synchrotronstrahlung]] auf. Neue Konzepte für Höchstenergie-Elektronencollider sehen deshalb zwei gegeneinander gerichtete [[Linearbeschleuniger]] vor wie z.&nbsp;B. beim in Planung befindlichen [[International Linear Collider]].

== Physikalische Grundlagen ==
Ein geladenes Teilchen der Masse ''m'' und Ladung ''q'', das sich mit der Geschwindigkeit <math>v</math> in einem magnetischen Feld der [[Magnetische Flussdichte|Flussdichte]] <math>\vec{B}</math> bewegt, wird durch die [[Lorentzkraft]] auf eine Kreisbahn mit Radius ''r'' gezwungen. Setzt man Lorentzkraft <math>\vec{F}_L = q \cdot \vec{v} \times \vec{B}</math> und [[Zentripetalkraft]] <math>F_Z = \frac{m\vec{v}^2}{r}</math> gleich, kann man die resultierende Gleichung nach <math>r</math> auflösen und den Durchmesser der Kreisbahn bestimmen.

== Speicherring-Standorte ==
Speicherringe finden sich u.&nbsp;a.
* am [[CERN]] bei [[Genf]]
** [[Large Hadron Collider|LHC]] - Large Hadron Collider (Umfang: 27&nbsp;km, geplante [[Schwerpunktsenergie]]: 14&nbsp;[[Elektronenvolt|TeV]], Inbetriebnahme November 2009)
** [[Large Electron-Positron Collider|LEP]] - Large Electron Positron Storage Ring (Umfang: 27&nbsp;km, höchste erreichte Schwerpunktsenergie: 209&nbsp;GeV, Betrieb 1989 bis 2000)
** [[Intersecting Storage Rings]] (Umfang ca. 940&nbsp;m, Schwerpunktsenergie: 56&nbsp;GeV, Betrieb 1971 bis 1984)
* am [[Paul Scherrer Institut]] in [[Villigen]]
** [[Synchrotron-Lichtquelle|SLS]] - Swiss Light Source; [[Synchrotron|Synchrotron-Lichtquelle]] (Umfang: 288&nbsp;m, Energie 2,4 GeV, 400 mA Top-Up; in Betrieb seit 1. August 2001)
* [[Synchrotron SOLEIL]] in Saint Aubin bei Paris
* auf dem Gelände der [[WISTA]] in [[Berlin]]
** [[Berliner Elektronenspeicherring-Gesellschaft für Synchrotronstrahlung|BESSY II]] am [[Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie|Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie (HZB)]] (Umfang 240&nbsp;m, Energie 1,7&nbsp;GeV)
** [[Metrology Light Source|MLS]] (Willy-Wien-Laboratorium) der [[Physikalisch-Technische Bundesanstalt|Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB)]] (Umfang 48&nbsp;m, Energie 200 – 600&nbsp;MeV)
* am [[Karlsruher Institut für Technologie|Karlsruher Institut für Technologie (KIT)]]
** [[ANKA (Synchrotronstrahlungslabor)|ANKA]] - Ångströmquelle Karlsruhe (Umfang 100&nbsp;m, Energie 2,5&nbsp;GeV)
* an der [[Technische Universität Dortmund|Technischen Universität Dortmund]]
** [[DELTA]] - Dortmunder Elektronen Speicherring Anlage (115,2&nbsp;m)
* am [[Deutsches Elektronen-Synchrotron|Deutschen Elektronen-Synchrotron (DESY)]] in [[Hamburg]]
** [[Deutsches Elektronen-Synchrotron#DORIS|DORIS]] - Doppel-Ring-Speicher (Umfang: 300&nbsp;m, Energie 4,6&nbsp;GeV, Betrieb 1974 bis 2012)
** [[Deutsches Elektronen-Synchrotron#PETRA|PETRA]] - Positron Electron Tandem Ring Accelerator (Umfang: 2,3&nbsp;km, maximale Schwerpunktsenergie: 47&nbsp;GeV, Betrieb als Collider 1978 bis 1986, ab 2009 Betrieb als Synchrotronstrahlungsquelle)
** [[Deutsches Elektronen-Synchrotron#HERA|HERA]] - Hadron Electron Ring Accelerator (Umfang: 6,3&nbsp;km, Betrieb 1991 bis 2007)
* am [[Fermilab|Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab)]] bei [[Chicago]]
** [[Tevatron]] - Proton-Antiproton-Beschleuniger (Umfang: 6,3&nbsp;km, Schwerpunktsenergie: 1,96&nbsp;TeV, Betrieb 1983 bis 2011<ref>https://www.fnal.gov/pub/tevatron/index.html</ref>)
* am Europäischen Synchrotronstrahlungs-Forschungszentrum [[European Synchrotron Radiation Facility|ESRF]] in [[Grenoble]] (Umfang 844&nbsp;m)
* am [[GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung]] in [[Darmstadt]]
** ESR - Experimentier-Speicher-Ring
* am [[Max-Planck-Institut für Kernphysik|Max-Planck-Institut für Kernphysik (MPIK)]] in [[Heidelberg]]
** TSR
** CSR
* am [[Stanford Linear Accelerator Center|Stanford Linear Accelerator Center (SLAC)]] an der [[Stanford-Universität]]
** [[PEP-II]]

== Literatur ==
* F. Hinterberger: ''Physik der Teilchenbeschleuniger und Ionenoptik.'' 2. Auflage, Springer 2008, ISBN 978-3-540-75281-3

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Beschleunigerphysik]]