LHC Status:
Winter Shutdown

Hohlraumresonator (Kavität)

Funktionsprinzip

Um die Teilchen im LHC zu beschleunigen werden Hohlraumresonatoren eingesetzt. Dabei werden in den Hohlräumen des Resonators, stehende elektromagnetische Wellen in Resonanz versetzt. Nach demselben Prinzip funktionieren auch die meisten Blasinstrumente wie z.B. eine Blockflöte, nur werden in diesem Fall Schallwellen in Resonanz mit dem Holz gebracht.

Die Beschleunigung von geladenen Teilchen in stehenden Mikrowellen, nutzt das Prinzip der Resonanzüberhöhung von elektromagnetischen Wellen in dafür abgestimmten Kavitäten. Passt die Resonanzfrequenz der Kavität exakt zur anregenden Frequenz, so entstehen durch Resonanzüberhöhung weit höhere Feldstärken, als die anregende Mikrowellenstrahlung allein besitzt. Das Teilchen erfährt durch diese Potentialdifferenz innerhalb der stehenden Mikrowelle eine Beschleunigung. Diese Art Beschleunigung ist vergleichbar mit einem Surfer, welcher durch eine Wasserwelle beschleunigt wird.




Quelle: CERN


Zur Beschleunigung der Protonen im LHC, dienen 16 supraleitende Hochfrequenz-Hohlraumresonatoren (je 8 pro Strahlrohr). Die LHC Kavitäten erreichen nach mit diesem Prinzip einen Beschleunigungsgradient von bis zu 5.5 MV pro Meter. Die Betriebsfrequenz der Kavitäten liegt bei 400.8 Mhz. Das Feld ändert in der Zeit, die das Teilchen benötigt, um die Kavität zu durchqueren, einmal sein Vorzeichen. So sieht das Teilchen immer eine beschleunigende Potentialdifferenz.


LHC Hohlraumresonatoren Quelle: CERN


Schema eines LHC Hohlraumresonators.
Der Main Coupler speisst die hochfrequente, elektromagnetische Welle ein.
Die High-Order-Mode Coupler sind Antennen,
die parasitäre Moden (unerwünschte Resonanzeffekte) wegdämpfen.
Quelle: CERN