Wie viele Teilchen kann ein Teilchenbeschleuniger auf einmal beschleunigen?

Im Allgemeinen die Gesamtspannung$V$von einem Teilchen gesehen (für ein 1-TeV-Proton müssen es 1 Billion Volt sein), multipliziert mit dem Strahlstrom$I$, gibt Ihnen die Strahlleistung:$P = VI$. Im Prinzip können Sie also einen Kompromiss zwischen den beiden eingehen, aber oft gibt es andere Einschränkungen für beide$V$und zu$I$. Die Konstruktionen der meisten bestehenden Maschinen haben diese Grenzen so weit wie möglich ausgeweitet (entweder aus Kostengründen oder aufgrund physikalischer/technologischer Probleme), so dass ein Handel nicht sofort möglich ist$V$für$I$oder umgekehrt.

Beim LHC beispielsweise ist die Energie durch das maximale Biegefeld begrenzt, das die Magnete erzeugen können, sodass Sie selbst beim Beschleunigen eines einzelnen Protons nicht in der Lage sein werden, es über die Nennenergie (derzeit 6,5 TeV) hinaus zu bringen. Andererseits können Sie den Strom nicht beliebig erhöhen, da kollektives Verhalten der Strahlen zu Instabilitäten und Strahlverlusten führen kann. Darüber hinaus kann der LHC aufgrund von Problemen mit der Feldqualität nicht einmal Teilchen mit einer Energie von weniger als 450 GeV aufnehmen.

Im Grunde genommen ist die Anzahl der Teilchen, die ein Beschleuniger aufnehmen kann, die des Entwurfs. Meistens kann es bei einer laufenden Maschine nicht einfach erhöht werden, selbst wenn etwas anderes aufgegeben wird (ein Gegenbeispiel ist der voll geladene Linearbeschleuniger von CTF3). Während der Designphase können Sie es optimieren, dies kann jedoch zu einem völlig anderen Design führen! Schauen Sie sich die (experimentellen) Fusionsreaktoren an: Das sind im Grunde genommen sehr energiearme und hochwertige Beschleuniger (sie müssen nur die Coulomb-Barriere überwinden und Teilchen streuen überall hin), die jedoch eine riesige Menge an Teilchen speichern. Ihre Konstruktionen haben nicht viel mit den Hochenergiebeschleunigern gemeinsam.