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Speicher|ring,

 

Hochenergiephysik: ringförmiger Beschleuniger für die längerfristige Speicherung hochenergetisch geladener Teilchen, v. a. Elektronen und Protonen sowie deren Antiteilchen (Positronen und Antiprotonen). Speicherringe dienen zur Durchführung von Versuchen und Anwendungen, bei denen eine große Intensität der jeweiligen Teilchenstrahlen und/oder deren Verfügbarkeit für eine längere Dauer erforderlich ist. Je nach Aufgabenstellung und Verwendungszweck können zur Speicherfunktion die Akkumulation von Teilchen, die Strahlkühlung und die Beschleunigung auf höhere Teilchenenergien hinzutreten. Unabhängig hiervon besitzt jeder Speicherring Hochfrequenzbeschleunigerstrukturen (Linearbeschleuniger), um Energieverluste der umlaufenden Teilchen zu kompensieren und diese auf der gewünschten Energie zu halten beziehungsweise sie auf die benötigte Energie hochzubeschleunigen. Speicherringe wurden mit dem Ziel gebaut, sie als Collider einzusetzen; in diesem Fall enthalten sie zwei zueinander gegensinnig umlaufende Strahlen. Heute finden Elektronenspeicherringe zunehmend auch als Quellen für Synchrotronstrahlung Verwendung. Die Aufenthaltsdauer beziehungsweise maximale Lebensdauer des Strahls in einem Speicherring reicht von Bruchteilen einer Sekunde in kleinen Dämpfungsringen (SLC) bis zu vielen Tagen bei Protonenspeicherringen (HERA) und bei Synchrotronstrahlungsquellen.

 

Speicherringe bestehen prinzipiell aus den gleichen Komponenten wie Synchrotrons, also v. a. aus Ablenk- und Fokussiermagneten und Beschleunigersektionen sowie einer Vakuumkammer, stellen aber besonders hohe Anforderungen an das Vakuumsystem und an die Strahloptik, die erfüllt sein müssen, damit Teilchenstrahlen nahezu verlustfrei gespeichert werden können. Um Teilchenverluste an Restgasatomen zu vermeiden, muss der Druck in der Vakuumkammer bei etwa 10^-8 bis 10^-7 Pa liegen, was neben extremer Reinheit aller Oberflächen den Einsatz einer großen Zahl in die Vakuumkammer integrierter Ionengetterpumpen erfordert; um Instabilitäten der Teilchenstrahlen zu vermeiden, dürfen die Führungs- und Fokussierungselemente für sie nur äußerst geringe Toleranzen aufweisen. Beim Einsatz von Speicherringen als Collider mit gegeneinander geführten Strahlen steht ein großer Teil der Energien E₁ und E₂ der jeweiligen kollidierenden Teilchen zur Verfügung, nämlich (gegenüber nur etwa ), wenn ein relativistisches Teilchen der Energie E₁ auf ein ruhendes Teilchen der (Ruh-)Energie E₀ stößt. Diesem Vorteil der wesentlich größeren, mit einem bestimmten Beschleuniger erreichbaren Wechselwirkungsenergie steht als Nachteil eine im Vergleich zur Verwendung ruhender Targets wesentlich kleinere Wechselwirkungswahrscheinlichkeit gegenüber. Die Kenngröße für die Wechselwirkungswahrscheinlichkeit eines Speicherrings ist die Luminosität.