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Der '''Cockcroft-Walton-Beschleuniger''' (manchmal auch ''[[Hochspannungskaskade|Cockcroft-Walton-Generator]]'' genannt, obwohl damit eigentlich nur der [[Hochspannung]] erzeugende Teil der Anlage beschrieben wird und ''nicht'' der Teilchen-beschleunigende) ist ein mit [[Gleichspannung]] arbeitender Typ von [[Teilchenbeschleuniger]]n.
[[Datei:Cockcroft–Walton generator.jpg|mini|hochkant|Cockcroft-Walton-Beschleuniger für 1 Megavolt Maximalspannung]]

== Geschichte ==
Seinen Entwicklern [[John Cockcroft]]<ref>{{Literatur |Autor=Marcus Laurence Elwin Oliphant, William George Penney |Titel=John Douglas Cockcroft, 1897-1967 |Sammelwerk=Biographical Memoirs of Fellows of the Royal Society |Band=14 |Datum=1968-11 |ISSN=0080-4606 |DOI=10.1098/rsbm.1968.0007 |Seiten=139–188 |Online=https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rsbm.1968.0007 |Abruf=2025-09-29}}</ref> und [[Ernest Walton]] (damals [[St John’s College (Cambridge)|St. John’s College]], [[Cambridge]]) gelang damit 1930 der erste Nachweis einer durch künstlich beschleunigte Teilchen ausgelösten [[Kernreaktion]]<ref>{{Literatur |Titel=Experiments with high velocity positive ions.―(I) Further developments in the method of obtaining high velocity positive ions |Sammelwerk=Proceedings of the Royal Society of London. Series A, Containing Papers of a Mathematical and Physical Character |Band=136 |Nummer=830 |Datum=1932-06 |Sprache=en |ISSN=0950-1207 |DOI=10.1098/rspa.1932.0107 |Seiten=619–630 |Online=https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rspa.1932.0107 |Abruf=2025-09-29}}</ref><ref>{{Literatur |Titel=Experiments with high velocity positive ions. II. -The disintegration of elements by high velocity protons |Sammelwerk=Proceedings of the Royal Society of London. Series A, Containing Papers of a Mathematical and Physical Character |Band=137 |Nummer=831 |Datum=1932-07 |Sprache=en |ISSN=0950-1207 |DOI=10.1098/rspa.1932.0133 |Seiten=229–242 |Online=https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rspa.1932.0133 |Abruf=2025-09-29}}</ref><ref>{{Literatur |Titel=Experiments with high velocity positive ions. III.—The disintegration of lithium, boron, and carbon by heavy hydrogen ions |Sammelwerk=Proceedings of the Royal Society of London. Series A, Containing Papers of a Mathematical and Physical Character |Band=144 |Nummer=853 |Datum=1934-05 |Sprache=en |ISSN=0950-1207 |DOI=10.1098/rspa.1934.0078 |Seiten=704–720 |Online=https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rspa.1934.0078 |Abruf=2025-09-29}}</ref><ref>{{Literatur |Titel=Experiments with high velocity positive ions IV—the production of induced radioactivity by high velocity protons and diplons |Sammelwerk=Proceedings of the Royal Society of London. Series A - Mathematical and Physical Sciences |Band=148 |Nummer=863 |Datum=1935-01 |Sprache=en |ISSN=0080-4630 |DOI=10.1098/rspa.1935.0015 |Seiten=225–240 |Online=https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rspa.1935.0015 |Abruf=2025-09-29}}</ref><ref>{{Literatur |Titel=Experiments with high velocity positive ions V—Further experiments on the disintegration of boron |Sammelwerk=Proceedings of the Royal Society of London. Series A - Mathematical and Physical Sciences |Band=154 |Nummer=881 |Datum=1936-03-02 |Sprache=en |ISSN=0080-4630 |DOI=10.1098/rspa.1936.0049 |Seiten=246–261 |Online=https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rspa.1936.0049 |Abruf=2025-09-29}}</ref> – damals auch Kern''zertrümmerung'' bezeichnet. Dazu wurde [[Lithium]] mit [[Proton]]en der [[Kinetische Energie|kinetischen Energie]] 300 k[[Elektronenvolt|eV]] bestrahlt. Als Reaktionsprodukte wurden [[Helium]]-4-[[Atomkern]]e ([[Alphastrahlung|Alphateilchen]]) beobachtet:

:<math> \mathrm{p} + ^7\mathrm{Li} \ \rightarrow \ ^4\mathrm{He} + {}^4\mathrm{He} + 17{,}35 \; \mathrm{MeV} </math> .
Für ihre Arbeiten erhielten die beiden Physiker den 1951 [[Nobelpreis für Physik|Nobelpreis in Physik]] „für ihre Pionierarbeit auf dem Gebiet der Transmutation von Atomkernen durch künstlich beschleunigte Atomteilchen“.<ref>{{Internetquelle |url=https://www.nobelprize.org/prizes/physics/1951/cockcroft/facts/ |titel=John Cockcroft – Facts |sprache=en-US |abruf=2025-09-29}}</ref>

Das Cockcroft-Walton-Experiment ist insofern relevant, da es bereits im Jahr 1930 die 1905<ref>{{Literatur |Autor=A. Einstein |Titel=Ist die Trägheit eines Körpers von seinem Energieinhalt abhängig? |Sammelwerk=Annalen der Physik |Band=323 |Nummer=13 |Datum=1905-01 |ISSN=0003-3804 |DOI=10.1002/andp.19053231314 |Seiten=639–641 |Online=https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/andp.19053231314 |Abruf=2025-10-06}}</ref> und 1908<ref>{{Literatur |Autor=A. Einstein |Titel=Über das Relativitätsprinzip und die aus demselben gezogenen Folgerungen |Sammelwerk=Jahrbuch der Radioaktivität und Elektronik |Band=4 |Nummer=16 |Ort=Berlin |Datum=1908 |Seiten=411–462 |Online=https://fisica.net/relatividade/Einstein/Uber-das-Relativitatsprinzip-und-die-aus-demselben-gezogenen-Folgerungen.pdf}}</ref> von [[Albert Einstein]] gefundene [[Äquivalenz von Masse und Energie|Masse-Energie-Äquivalenz]] experimentell für [[Kernreaktion|nukleare Prozesse]] bestätigen konnte. Eine Überprüfung erfolgte 1933 durch den US-amerikanischen Physiker [[Kenneth Bainbridge|Kenneth T. Bainbridge]] unter Zuhilfenahme der ersten [[Massenspektrometrie|Massenspektrometer]] und Daten von [[Francis William Aston|Francis W. Aston]].<ref>{{Literatur |Autor=Kenneth T. Bainbridge |Titel=The Equivalence of Mass and Energy |Sammelwerk=Physical Review |Band=44 |Nummer=2 |Datum=1933-07-15 |Sprache=en |ISSN=0031-899X |DOI=10.1103/PhysRev.44.123.2 |Seiten=123–123 |Online=https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRev.44.123.2 |Abruf=2025-10-06}}</ref><ref>{{Literatur |Autor=F. W. Aston |Titel=Bakerian Lecture. A New Mass-Spectrograph and the Whole Number Rule |Sammelwerk=Proceedings of the Royal Society of London. Series A, Containing Papers of a Mathematical and Physical Character |Band=115 |Nummer=772 |Datum=1927 |Sprache=en |ISSN=0950-1207 |Seiten=487–514 |JSTOR=94803 }}</ref>

Die Zertrümmerung bzw. der Zerfall von Atomkernen durch die Kollision von subatomaren Teilchen mit Atomkernen ist nicht dasselbe wie die 1938 entdeckte [[Kernspaltung]]. Letztere wird durch Neutronen ausgelöst und weist zahlreiche Eigenheiten auf.

== Aufbau ==
Der eigentliche Beschleunigungsteil ist dem eines [[Van-de-Graaff-Beschleuniger]]s sehr ähnlich: ein gerades Rohr, in dem [[Hochvakuum]] und ein in Längsrichtung orientiertes, zeitlich konstantes [[elektrisches Feld]] aufrechterhalten werden. Der Unterschied liegt darin, dass die [[Beschleunigungsspannung]] von einer [[Hochspannungskaskade]] erzeugt wird. Die Potentialringe des Beschleunigungsrohrs benötigen nicht wie beim Van-de-Graaff-Beschleuniger eine Widerstandskette als [[Spannungsteiler]], sondern können einfach mit den einzelnen Spannungsstufen der Kaskade verbunden werden.

Durch Schwierigkeiten bei der Isolierung ([[Kriechstrom]], [[Koronaentladung]]) ist die erreichbare [[Elektrische Spannung|Spannung]] wie bei Van-de-Graaff-Anlagen auf einige Mega[[volt]] begrenzt.

Zum Betrieb der [[Ionenquelle]] ist eine Stromversorgung innerhalb der Hochspannungselektrode ''(Terminal)'' nötig. Sie kann in einem [[Generator]] bestehen, der durch eine isolierende Welle von einem auf Erdpotential befindlichen Motor angetrieben wird. Bei kleinen Anlagen für z. B. 200 Kilovolt ist auch die Versorgung durch einen hochisolierenden [[Transformator]] möglich.

== Verwendung ==
Die Hochspannung muss nicht wie bei Van-de-Graaff-Anlagen durch [[elektrostatisch]]e Technik aufgebaut werden (mechanischer Transport von [[Elektrische Ladung|Ladung]] auf einem bewegten Isolator), sondern wird über Transformator und [[Spannungsvervielfacher]] aus dem Stromnetz gewonnen. Deshalb eignen Cockcroft-Walton-Anlagen sich auch für Anwendungen mit relativ hoher [[Stromstärke]] des [[Teilchenstrahl]]s (bis zu vielen [[Milliampere]]). Andererseits ist ihre Hochspannung und damit die Teilchenenergie weniger genau konstant, sondern weist durch Welligkeit immer eine gewisse [[Unschärfe]] auf.

Cockroft-Walton-Beschleuniger spielen als selbständige Beschleunigungsanlagen für die physikalische [[Grundlagenforschung]] kaum noch eine Rolle. Sie dienen jedoch in vielen Großbeschleunigern wie [[Synchrotron]]s als erste Beschleunigungsstufe direkt am Ausgang der Ionenquelle.

== Siehe auch ==

* [[Atomic Energy Research Establishment]]
* [[Cavendish-Laboratorium]]
* [[Clarendon Laboratory|Clarendon-Laboratory]]

== Literatur ==
{{Siehe auch|Teilchenbeschleuniger|Teilchenphysik|Kernphysik}}

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Beschleunigerphysik]]

Cockcroft-Walton-Beschleuniger - Versionsgeschichte

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