Der Geek-Atlas (German Edition)

dokumentiert die Arbeit des Fermilab.
     Das Center ist hauptsächlich für Schulkinder gedacht, vermittelt aber auch sehr gut all denen die Grundlagen der Teilchenphysik,
     die mit Protonen, Neutronen, Elektronen und Quarks nicht vertraut sind.
    Besonders empfehlenswert ist es, einen Besuch des Fermilab mit einem »Ask-a-Scientist«-Vortrag zu verbinden. Diese Vorträge
     finden am ersten Sonntag eines Monats statt, und wie der Name es schon andeutet, hält ein Fermilab-Wissenschaftler einen Vortrag
     zur Arbeit des Labors und beantwortet anschließend Fragen. Auf den Vortrag folgt ein Rundgang durch das Labor. Weil am Fermilab
     keine der Geheimhaltung unterliegenden Arbeiten durchgeführt werden, bietet der Rundgang einen faszinierenden Einblick in
     die Welt der Teilchenphysiker.
    Falls Sie an den Vorträgen nicht teilnehmen können, werden zusätzlich jeden Mittwochmorgen Rundgänge angeboten. Alle Führungen
     und Vorträge sind kostenlos, dennoch sollten Sie im Voraus buchen, weil es nur wenige Plätze gibt.
    Das Fermilab beherbergt häufig auch kulturelle Veranstaltungen wie Filmvorführungen, Kunstausstellungen und Konzerte.
    Praktische Informationen
    Die Fermilab-Website finden Sie unter http://ed.fnal.gov/ .
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    Der Cockcroft-Walton-Generator
    Der Tevatron-Beschleuniger am Fermilab schickt Protonen und Antiprotonen in einen 6,3 Kilometer langen Ring und lässt sie
     mit einer kombinierten Energie von fast 2 TeV kollidieren. Das hört sich nach viel an, entspricht aber in etwa der Energie,
     mit der zwei Moskitos zusammenprallen.
    Um die benötigten Protonen zu erzeugen, wird Wasserstoffgas ionisiert, so dass H – -Ionen entstehen. Negativ geladener Wasserstoff besteht aus zwei Elektronen, die um ein einzelnes Proton kreisen. Als nächstes
     werden diese Ionen beschleunigt, indem man sie einfach durch einen Kohlenstofffilter zu einer entsprechend angebrachten hohen
     positiven Spannung fließen lässt. Der Filter entfernt die beiden Elektronen bei allen H – –Ionen und übrig bleiben H + -Ionen. H + -Ionen sind einfach Protonen.
    Zur Erzeugung von H — -Ionen aus Wasserstoffgas ist eine sehr hohe Spannung erforderlich. Am Fermilab wird ein Cockcroft-Walton-Generator verwendet,
     um eine Spannung von mehreren hunderttausend Volt zu generieren. Der Brite John Cockcroft und der Ire Ernest Walton gewannen
     1951 den Physik-Nobelpreis für ihre Arbeit an frühen Teilchenbeschleunigern. Ein Teil ihrer wissenschaftlichen Arbeit erforderte
     eine Methode zur Erzeugung sehr hoher Spannungen. Der von ihnen entwickelte Schaltkreis wird heute als Cockcroft-Walton-Generator
     bezeichnet.
    Der Cockcroft-Walton-Generator ist eine Art Spannungsvervielfacher. Er wandelt Wechselstrom in einen Hochspannungs-Gleichstrom
     um, der dann in Teilchenbeschleunigern verwendet werden kann. Im Generator werden die Kondensatoren durch Wechselstrom parallel
     aufgeladen, doch bei der Entladung fließt der Strom durch eine Reihe hintereinandergeschalteter Dioden. Auf diese Weise wird
     eine niedrige Spannung durch die Anzahl der Stufen in der Schaltung multipliziert.
    In Abbildung 97.2 wird jeder der unteren beiden Kondensatoren C1 und C2 auf die doppelte Eingangswechselspannung aufgeladen. Bei der ersten
     Halbperiode der Wechselspannung erfolgt durch das linke Diode/Kondensator-Paar D1 und C4 die Aufladung von C4 auf die Eingangspannung.
     Bei der nächsten Halbperiode wird C1 über D2 durch C4 und die Eingangsspannung aufgeladen, was zu einer Verdoppelung der Eingangsspannung
     führt. Mit dem verbleibenden Kondensator C3 werden die unteren beiden Kondensatoren ausgeglichen, was zu einer Vervierfachung
     der Eingangsspannung zwischen dem unteren Kondensatorpaar, C1 und C2, führt.
    Abbildung 97.2 Cockcroft-Walton-Generator
    Jede weitere Stufe erhöht die Ausgangsspannung. Mit diesem Generator konnten Cockcroft und Walton Spannungen von hunderten
     von Kilovolt erzeugen, Protonen (H + -Ionen) in Lithium beschleunigen und die Entstehung von Alphateilchen (bei denen es sich einfach nur um Helium-Ionen, He 2+ , handelt) beobachten.
    Mit der Erzeugung von Antiprotonen verhält es sich ganz anders. Protonen mit sehr hoher Energie werden beschleunigt und Treffen
     auf Nickel. Wenn eine Million Protonen auf das Ziel treffen, werden etwa 20 bis 30 Antiprotonen erzeugt. Bei der Nickel-Kollision
     entstehen viele andere Teilchen, die mit leistungsfähigen gepulsten Magneten von den Antiprotonen getrennt werden.
    Die Protonen und