TEXT 9. Das Betatron

1. Lesen Sie den Text und gliedern Sie ihn!

Eine relativ moderne und sehr interessante Anwendung des Transformator-Prinzips ist das Betatron zu nennen. Ein Betatron ist im wesentlichen ein Transformator, dessen Sekundärwicklung durch ein evakuiertes Rohr ersetzt ist. Legt man an die Klemmen eine Wechselspannung U₁ , so wird im Eisenrahmen ein magnetischer Fluβ Ф gemäβ U₁=N erzeugt. In dem Rohr entsteht infolge des zeitlich veränderlichen Flusses Ф ein elektrisches Wechselfeld mit ringförmig geschlossenen Feldlinien, dessen Spannung U₂ durch U₂ = gegeben ist. Dieses Wechselfeld im Rohr wird beim Betatron zur Beschleunigung von Elektronen ausgenutzt: Die Elektronen werden mit Hilfe einer speziellen Vorrichtung in dem Augenblick in das Rohr eingeschossen, in welchem das elektrische Feld in ihm den Wert Null hat. Gleich darauf beginnt das wachsende elektrische Feld die Elektronen zu beschleunigen. Nach einer halben Periode allerdings, bevor das elektrische Feld sein Vorzeichen umkehrt und die Elektronen wieder abbremst, müssen die beschleunigten Teilchen aus dem Rohr entfernt werden. Aber bei passender Konstruktion der Maschine haben die Elektronen in dieser kurzen Zeit schon eine sehr beträchtliche Geschwindigkeit (etwa 99% der Vakuumlichtgeschwindigkeit) erreicht. Elektronen mit einer solchen Geschwindigkeit werden für die verschiedensten Zwecke verwendet, worauf wir später zurückkommen werden.

Es ist dafür zu sorgen, dass die im Prozeβ der Beschleunigung im Ring umlaufenden Elektronen auch wirklich in diesem Rohr bleiben und nicht etwa auf die Rohrwandung prallen. Das hätte nachteilige Folgen für die Intensität des Elektronenstrahles, da ein Elektron in einer halben Periode etwa 10⁶ –mal den Ring durchrast. Man erzielt diesen stabilen Umlauf der Elektronen innerhalb des Rohres, indem man auβer dem zeitlich veränderlichen Transformatorfeld noch ein konstantes Magnetfeld auf die Elektronen im Ring wirken läβt. Wenn dieses Magnetfeld geeignete Stärke hat, sind die Elektronenbahnen Kreise vom richtigen Radius (Sollkreis).

2. Beantworten Sie folgende Fragen!

1. Was ist das Betatron? 2. Was entsteht im Eisenrahmen, wenn man an die Klemmen eine Wechselspannung legt? Wozu wird dieses Wechselfeld ausgenutzt? 3. Was beschleunigt die Elektronen? 4. Wie groβ ist die Geschwindigkeit der Elektronen? 5. Wozu können die Elektronen verwendet werden?