Proton Synchrotron

Das Proton Synchrotron (PS) ist ein Synchrotron-Teilchenbeschleuniger mit 628 m Umfang am CERN. Mit dem Linearbeschleuniger LINAC II auf 50 MeV beschleunigte Protonen werden in den Proton Synchrotron Booster (PSB) eingespeist und auf 1,4 GeV beschleunigt, bevor sie in den PS weitergeleitet werden.

CERNs Beschleunigerkomplex
Liste der aktuellen
Teilchenbeschleuniger am CERN
Linac 2 Beschleunigt Protonen
Linac 3 Beschleunigt Ionen
Linac 4 Beschleunigt negative Wasserstoffionen
AD Bremst Antiprotonen
LHC Kollidiert Protonen oder schwere Ionen
LEIR Beschleunigt Bleiionen
PSB Beschleunigt Protonen oder Ionen
PS Beschleunigt hauptsächlich Protonen
SPS Beschleunigt unter anderem Protonen
Das Betriebsgelände des Proton Synchrotrons im Jahre 1965

Geschichte

Das Proton Synchrotron ging erstmals im November 1959 in Betrieb. Die feierliche Eröffnung des CERN-Synchrotrons fand am 5. Februar 1960 in Anwesenheit zahlreicher Kernforscher statt.[1] Mit einer Protonenenergie von 28,3 GeV war es bis zur Inbetriebnahme des Alternating Gradient Synchrotron im Juli 1960 der stärkste Teilchenbeschleuniger weltweit.[2] Die höchste Protonenenergie eines Teilchenbeschleunigers hatte mit 10 GeV bis dahin das Synchrophasotron erreicht.[3]

Mit dem Bau der nächsten Beschleuniger-Generationen kamen dem Proton Synchrotron verschiedene Rollen als Vorbeschleuniger zu, erst wurde das in den 1970er-Jahren errichtete Super Proton Synchrotron (SPS) mit Protonen gespeist. In den Jahren 1989–2000, als das Super Proton Synchrotron selbst als Vorbeschleuniger des Large Electron-Positron Collider (LEP) diente, wurde das SPS vom PS mit Elektronen und Positronen gespeist. Seit dem Bau des Large Hadron Colliders (LHC) speist das PS das SPS mit Protonen und mit Bleikernen. Im Herbst 2006 wurde auf einer Konferenz zur Ausarbeitung von Wegen zur Steigerung der Luminosität des LHC eine Ablösung des PS durch einen Neubau mit doppeltem Umfang befürwortet.[4] Planungen von Anfang 2009 sahen den Bau des Proton Synchrotron 2 (PS2) und den Ersatz der Vorbeschleuniger des PS vor,[5] welche aber aus finanziellen Überlegungen im Jahr 2011 verworfen wurden.[6]

Betrieb

Der intensive Protonenstrahl des Proton Synchrotron wird zur Erzeugung von Antiprotonen genutzt. Die erzeugten Antiprotonen wurden für Experimente mit Antimaterie erst mit dem PS selbst abgebremst, bis der speziell für diesen Zweck errichtete Antiproton Decelerator AD im Juli 2000 in Betrieb ging.[7] Ab 1981 wurde das SPS für Proton-Antiproton-Kollisions-Experimente genutzt, dazu wurden die mit dem PS erzeugten Protonen erst in einem Speicherring „Antiprotonen-Akkumulator“ zwischengespeichert und anschließend nach Vorbeschleunigung im PS in das SPS eingeschleust.[8]

Der Strahl im PS wird durch konventionelle, nicht supraleitende Magnete gelenkt, wodurch der Betrieb bei Raumtemperatur möglich ist. Durch Umbauten konnte die ursprüngliche Strahlintensität der 1950er-Jahre um Faktor 1000 gesteigert werden, die maximale Protonenenergie liegt zurzeit bei 25 GeV. Im PS wurden neben Protonen, Elektronen und Positronen auch Antiprotonen, Alpha-Teilchen, Sauerstoffionen und Schwefelionen beschleunigt.[9]

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Einzelnachweise
  1. Klaus Hoffmann: J. Robert Oppenheimer: Schöpfer der ersten Atombombe. Springer, 1995, ISBN 978-3-540-59330-0, S. 267 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  2. CERN: CERN History highlights - 1959: the PS starts up. Abgerufen am 24. November 2009 (englisch).
  3. Ted Wilson, CERN: Super Proton Synchrotron marks its 25th birthday. Cerncourier, 2. Juni 2001, abgerufen am 26. Dezember 2009 (englisch).
  4. Walter Scandale and Frank Zimmermann, CERN: LUMI'06 takes strides towards LHC upgrade. CERN Courier, abgerufen am 28. November 2009 (englisch).
  5. M.Benedikt: PS2 Project and Status. CERN, 26. Februar 2009, abgerufen am 1. Dezember 2009 (englisch).
  6. SLHC-PP Preparatory Phase of the Large Hadron Collider Upgrade. (pdf; 11,5 MB) CERN, 6. Juni 2011, S. 2, abgerufen am 1. August 2013 (englisch).
  7. Günther Plass: 50 years of CERN - CERN's heart beats as strong as ever. CERN Courier, abgerufen am 27. Januar 2004 (englisch).
  8. Daniel Denegri: When CERN saw the end of the alphabet. CERN Courier, abgerufen am 1. Mai 2003 (englisch).
  9. CERN: CERN - PS: a versatile juggler of particles. Abgerufen am 24. November 2009 (englisch).

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