Mein VSHC (very slow hadron collider) - Modell eines Synchrotrons

[Christoph E. (stoppi)]

Hallo!
Als kleine Spielerei zwischendurch habe ich zur Veranschaulichung einen 
Teilchenbeschleuniger a la LHC in Cern gebastelt.

Der Aufbau ist simpel und besteht aus 4 Lichtschranken, welche bei 
Unterbrechung eine Spule (100 Wicklungen mit 0.5 mm Kupferlackdraht) mit 
Strom versorgen. Dabei fließen etwa 8 Ampere.
Die Geschwindigkeit der Metallkugel ist zwar nicht gerade berauschend, 
aber ich bin dennoch mit dem Ergebnis zufrieden. Es soll ja wie gesagt 
nur der Veranschaulichung für Kinder dienen.

Bei einer Geschwindigkeit von rund 1 m/s besitzen meine 
Hadronen/Protonen die gigantische Energie von 5 neV (in Worten 5 
Nanoelektronenvolt). Kann sich also durchaus sehen lassen im Vergleich 
zu den 7 TeV am LHC ;-)

Die Teilchenbahn besteht aus EN16 Rohren und Bögen. Gekostet hat mich 
der ganze Spaß rund 40 Euro.

Wenn ich das Video auf youtube hochgeladen habe, verlinke ich es 
natürlich hier.

Weitere Informationen gibt es auf meiner homepage: 
https://stoppi-homemade-physics.de/teilchenbeschleuniger/

[Falk B. (falk)]

Christoph E. schrieb:
> Es soll ja wie gesagt
> nur der Veranschaulichung für Kinder dienen.

Wären da Plexiglasrohre nicht besser? Die kann man mit etwas Know How 
auch biegen.

[Andreas M. (amesser)]

Sehr schönes Model. Aber eine kleine Korrektur: Der LHC benutzt keine 
Magnetfelder zum Beschleunigen. Diese sind nur zur Strahlführung. 
Beschleunigt wird dort mit stehenden Wellen. Deswegen sehen die Röhren 
auch so aus: 
https://de.wikipedia.org/wiki/Teilchenbeschleuniger#/media/Datei:Desy_tesla_cavity01.jpg
(Die Form hat allerdings nichts mit der grafischen Darstellung einer 
Stehenden Welle zu tun)

[Newby (Gast)]

Andreas M. schrieb:
> Sehr schönes Model. Aber eine kleine Korrektur: Der LHC benutzt keine
> Magnetfelder zum Beschleunigen. Diese sind nur zur Strahlführung.
> Beschleunigt wird dort mit stehenden Wellen. Deswegen sehen die Röhren
> auch so aus:
> 
https://de.wikipedia.org/wiki/Teilchenbeschleuniger#/media/Datei:Desy_tesla_cavity01.jpg
> (Die Form hat allerdings nichts mit der grafischen Darstellung einer
> Stehenden Welle zu tun)

Ich hab den DESY in Hamburg mal besucht. Da wurde gesagt, das die 
"Dinger" aus Tantal/Niob gefertigt sind. Ich wußte bis Dato nicht 
einmal, das Tantal & Co in solch großen Mengen verarbeitet wird - für 
mich gab es das Zeug immer nur in "Spuren".
Alles im Allen ist es aber für Technik-Indusiasten wahnsinnig 
interessant, so eine Anlage im echten Leben zu besichtigen. Auch die 
elektrischen Werte sind einfach nur unvorstellbar. Ströme in 4-5 
Stelligen Bereichen vor (!) dem Komma, Magnetische Kräfte in ganzen 
Teslas, riesige Laser (wie im PETRA), Elektroniken - so groß wie 
Wohnhäuser, ... Wahnsinn!!!

[Michael M. (Firma: Autotronic) (michael_metzer)]

Muss die Metallkugel nicht zuerst durch die Lichtschranke und danach 
durch die Magnetspule rollen? Dann müssten die Zahlen von 1 bis 4 doch 
eigentlich gegen den Uhrzeigersinn nummeriert werden?

Da die Fotodiode und der Fototransistor die gleiche Masse haben, hättest 
du mindestens zwei Leiterbahnunterbrechungen und ein schwarzes Kabel 
einsparen können.

Bin auf das Video gespannt 😃👍

[Testuser (Gast)]

Wenn ich morgens vom Bäcker komme, dann bin ich ein 
Teilchenbeschleuniger.

Ausserdem, das geht schön mit einer Batterie, Magnet und Kupferdraht:
https://www.youtube.com/watch?v=J9b0J29OzAU

[Christoph E. (stoppi)]

Dass mein Teilchenbeschleuniger vom Prinzip her nicht dem LHC 
entspricht, ist mir natürlich bewusst (bin ja selbst Physiker). Ich 
wollte aber zum Beispiel keinen Motor verwenden, der die Kugel immer 
wieder antreibt. Da waren mir etwas Elektronik und Lichtschranken 
lieber...

@ Michael M.: stimmt, da hätte ich mir etwas ersparen können. Die Zahlen 
entsprechen nicht der Bewegungsrichtung der Kugel, das hast du richtig 
erkannt. Die habe ich nur bei der Montage der Strecke angebracht...

[Sebastian W. (wangnick)]

Christoph E. schrieb:
> Weitere Informationen gibt es auf meiner homepage:
> https://stoppi-homemade-physics.de/teilchenbeschleuniger/

Super. Jetzt noch den Collider ...

LG, Sebastian

[Andreas M. (amesser)]

Christoph E. schrieb:
> entspricht, ist mir natürlich bewusst (bin ja selbst Physiker). Ich
> wollte aber zum Beispiel keinen Motor verwenden, der die Kugel immer
> wieder antreibt. Da waren mir etwas Elektronik und Lichtschranken
> lieber...

Nich falsch verstehen, ich finde solche Modelle wirklich toll. Wenn ich 
mehr Zeit hätte, geschicktere Hände (und Kinder) dann würde ich auch 
gerne mal sowas basteln. Das Prinzip ist ja trotzdem ähnlich. Außerdem, 
wenn man es genau nimmt, sind die Teilchen im LHC ja so schnell, das man 
schon relativistisch rechnen muss. Und aus der Sicht des Teilchens ist 
dass dann bestimmt keine reines E-Feld mehr. Müsste ich mich aber auch 
erstmal wieder einlesen. Ist schon lange her. ( Durch die Ströme in den 
Resonatoren bildet sich ja außerdem auch noch ein Magnetfeld aus )

Newby schrieb:
> Ich hab den DESY in Hamburg mal besucht. Da wurde gesagt, das die
> "Dinger" aus Tantal/Niob gefertigt sind. Ich wußte bis Dato nicht
> einmal, das Tantal & Co in solch großen Mengen verarbeitet wird - für
> mich gab es das Zeug immer nur in "Spuren".

Ja die Technik dahinter ist schon heftig. Vorallem werden die 
Resonatoren ja alle auf supraleitenden Zustand heruntergekühlt.

Ich hatte vor 20 Jahren mal eine Führung im GSI in Darmstadt. Dort 
werden  Ionen beschleunigt. Der ist viel kleiner als DESY/LHC aber 
ähnliche Technik.

[Christoph E. (stoppi)]

Hier der Link zum Video:

https://www.youtube.com/watch?v=UQIgckysmOc

[Peter R. (pnu)]

Wie kommst Du auf die idiotische Zahl 5 neV für die kinetische Energie 
einer der Kugeln? Schon 1 eV ist die Energie die ein Elektron aufnimmt 
wenn es eine Potentialstufe von 1V durchlaufen hat. Also wegen der Masse 
eines Elektrons eine extrem niedrige Energiemenge im Vergleich zu einer 
mehrere Gramm wiegende Kugel mit 1m/s Geschwindigkeit.


Dieses Spielchen mit ein paar Kugeln als Veranschaulichung eines 
Teilchenbeschleunigers zu benennen?   Einfach absurd.

[2aggressive (Gast)]

Meine Meinung. Dazu stehe ich auf!:

Peter R. schrieb:
> idiotische Zahl 5 neV
Abstraktion.

> Dieses Spielchen mit ein paar Kugeln als Veranschaulichung eines
> Teilchenbeschleunigers zu benennen?   Einfach absurd.
Janein: dies wurde ausdrücklich als "Veranschaulichung" vorgestellt.

Ohne "Spieltrieb" hätten wir heute noch nicht einmal Beschleunigung 
durch Schwerkraft (NEWTON sei dank) mathematisch etabliert.


Ich finde es gut und anschaulich, einen Dank an stoppi!


Gibt es einen besseren Weg um neugierige (ungebildete, zB Kinder) für 
Physik zu interessieren??? Ich denke: man muss --für Anschaungszwecke-- 
das Publikum nicht gleich mit Quadratsekunden brainwashen.



Richtige Physik:
Modellierung und Simulationen hängen (noch) immer der "richtigen" Physik 
hinterher, kein Grund eine Veranschaulichung zu verdammen.

[Patrick L. (Firma: S-C-I DATA GbR) (pali64)]

Warum nimmst du kein Acrylglas-Rohr das kannst du schön zum Kreis 
formen?
Siehe Link:
https://www.hausjournal.net/acrylglas-biegen

Ich hätte das mit dem 3D-Drucker gefertigt aber da braucht man auch das 
richtige Material.
Habe auch schon für Kunden Fresnel Linsen gedruckt, oder Spezielle 
Glasfiguren, oder Linsen usw.
Da zu habe ich Extra [FormFutura HDglas] ;-)
Aber alle 8ung, sieht gut aus was du da gemacht hast :-)

[Andreas B. (bitverdreher)]

Patrick L. schrieb:
> Warum nimmst du kein Acrylglas-Rohr das kannst du schön zum Kreis
> formen?
Bieg mal ein Rohr, ohne daß es sich verengt. Das ist alles andere als 
trivial.
Ansonsten : Schönes Modell.

[Patrick L. (Firma: S-C-I DATA GbR) (pali64)]

Andreas B. schrieb:
> Bieg mal ein Rohr, ohne daß es sich verengt. Das ist alles andere als
> trivial.

Von trivial, hat auch niemand was gesagt ;-) hab ja Link mit Anleitung 
dazu gepostet. ;-)

[Andreas B. (bitverdreher)]

Patrick L. schrieb:
> Von trivial, hat auch niemand was gesagt ;-) hab ja Link mit Anleitung
> dazu gepostet. ;-)

Da steht aber nichts von Rohren. Das ist nochmal etwas anderes als 
einfach Platten zu biegen.

[Christoph E. (stoppi)]

ad 5 neV: Das hat schon alles seine Richtigkeit. Man gibt ja die 
kinetische Energie eines einzelnen Protons an, auch beim LHC. Also 
lieber Peter, etwas vorsichtiger sein mit seinen unbedachten 
Äußerungen/Anschuldigungen. Und was 1 eV bedeutet, brauchst du mir als 
Physiker auch nicht erklären...

ad Acrylglasrohr: Hatte selbst auch überlegt, die Strecke komplett 
durchsichtig zu gestalten. War mir dann aber zuviel Aufwand. Mir geht es 
bei meinen Projekten auch um eine einigermaßen einfache Umsetzung mit 
leicht verfügbaren Materialien. Und bei meinem Aufbau hat man trotz der 
herabgesetzten Sichtbarkeit der Kugel dennoch den Eindruck eines sich 
bewegenden Teilchens...

[Patrick L. (Firma: S-C-I DATA GbR) (pali64)]

Andreas B. schrieb:
> Da steht aber nichts von Rohren. Das ist nochmal etwas anderes als
> einfach Platten zu biegen.

Ja hast du recht, obwohl es Suggeriert wird, sind doch im ersten Bild 
solche Wendel abgebildet, aber im Text nicht erwähnt. SORRY
Rohre muss man tatsächlich etwas Aufwendig biegen, aber da findet sich 
sicher ne Anleitung im I-Net.
Aber wie Gesagt ich würde es eh mit dem CratBOT mit HDglas drucken,
das macht weniger Aufwand und ist auch beliebig Skallier und Formbar.

Ich denke wenn man ein wenig sucht, würde man sogar so ein Ring irgend 
wo Kaufen können.
Wobei nur als Anschauungsmuster ist das Ganz ok was [Christoph E] da 
gebaut hat. Hut ab.

[Troll 3 (Gast)]

Andreas B. schrieb:
> Patrick L. schrieb:
>> Von trivial, hat auch niemand was gesagt ;-) hab ja Link mit Anleitung
>> dazu gepostet. ;-)
>
> Da steht aber nichts von Rohren.

Ist auch nur ne dreckige "Content"-Seite mit Inhalt gegen Null. Wie kann 
man sowas verlinken?

[Troll 3 (Gast)]

Christoph E. schrieb:
> Hier der Link zum Video:
>
> https://www.youtube.com/watch?v=UQIgckysmOc

Die LEDs sind super, wie sie reihum aufblitzen. Leider ist keine 
Beschleunigung zu sehen, anscheinend erzeugt schon der erste Impuls fast 
die Endgeschwindigkeit. Evtl. wäre das bei einem durchgängigen Kreis 
besser.

Ein Kompliment von mir!

[Patrick L. (Firma: S-C-I DATA GbR) (pali64)]

Troll 3 schrieb:
> Ist auch nur ne dreckige "Content"-Seite mit Inhalt gegen Null. Wie kann
> man sowas verlinken?

Ich hatte mich schon dafür entschuldigt SORRY war echt nicht Absicht.
Es war in meiner "Znünipause" (ja bei Nachtschicht hat mann halt auch 
Nachts "Znünipause") und ich hatte nicht die Zeit den ganzen Link zuerst 
durchzulesen.
Aber als Anhaltspunkt doch Brauchbar, den es zeigt das Tante Gurgel da 
hilfreich sein kann.

[Christoph E. (stoppi)]

>Leider ist keine Beschleunigung zu sehen

Bei meinem Aufbau hätte man die Option, die Betriebsspannung langsam zu 
erhöhen. Ab einer bestimmten Spannung erziele ich aber keine weitere 
Geschwindigkeitssteigerung, da zwar der Strom durch die Spulen steigt, 
aber die Beschleunigungszeit durch die höhere Geschwindigkeit wieder 
abnimmt.

Sonst hätte ich das Ganze schon bei 100V laufen lassen ;-)

[Patrick L. (Firma: S-C-I DATA GbR) (pali64)]

Christoph E. schrieb:
> Bei meinem Aufbau hätte man die Option, die Betriebsspannung langsam zu
> erhöhen.

Ja du müstest entweder Austritssensoren Postieren die zur rechten Zeit 
die Spule kurz Gegenpolen, oder einen µC nehmen der die 4 Spulen 
Synchronisiert.
im weiteren hast du natürlich eine Bremse drin weil die Kugel nicht 
Kontinuierlich im Kreis läuft sondern ständig einem Richtungswechsel 
unterliegt der ein Teil der Energy in Schall, Vibration und Wärme 
umwandelt.

Deshalb auch mein Vorschlag von Kreis. ;-)

[Gerald K. (geku)]

Wäre eine runde Form nicht besser gewessen.

Material: transparenter Gartenschlauch, außen zu einem Ring verklebt.

Aber sehr gute Bastelarbeit!

Sind die Kugeln selbst Magnete?

[Christoph E. (stoppi)]

>Sind die Kugeln selbst Magnete?

Nein, sind gewöhnliche Metallkugeln. Bei Magnetkugeln hättest du ja das 
Problem, das sie bei falscher Orientierung zur Spule vom Magnetfeld ja 
abgebremst würden. Müsste man aber ausprobieren, wie schnell sich 
Magnetkugeln ausrichten und dann erst angezogen würden. Die wirkende 
Kraft auf sie wäre natürlich deutlich größer als bei simplen 
Metallkugeln...

[Mohandes H. (Firma: مهندس) (mohandes)]

Schönes Experiment.

Christoph E. schrieb:
> Bei einer Geschwindigkeit von rund 1 m/s besitzen meine
> Hadronen/Protonen die gigantische Energie von 5 neV (in Worten 5
> Nanoelektronenvolt)

Aber die Rechnung verstehe ich nicht! Wenn die Kugeln geschätzte 5 Gramm 
haben und sich mit 1 m/s bewegen, dann komme ich auf etwa 2 mJ. Und das 
wären 1,3E16 eV.

[Gerald K. (geku)]

Magnetisierte Kugel hätten vielleicht den Nachteil, dass durch die 
Ausrichtung im Magnetfeld die Rollbewegung abgebremst wird. Wie sieht 
dies aus, wenn die Kugel durch das äußere Feld magnetisiert wird?

[Patrick L. (Firma: S-C-I DATA GbR) (pali64)]

Mohandes H. schrieb:
> Aber die Rechnung verstehe ich nicht! Wenn die Kugeln geschätzte 5 Gramm
> haben und sich mit 1 m/s bewegen, dann komme ich auf etwa 2 mJ. Und das
> wären 1,3E16 eV.

Jepp, sehe ich auch so (Hab's jetzt aber nicht punktgenau nachgerechnet) 
vielleicht meint der TO ja im Maßstab?
Kann der TO ja hier erläutern ;-) dann müssen wir keine Vermutungen 
anstellen sondern sind "Wissende" ;-)

[Gerald K. (geku)]

Mohandes H. schrieb:
> Und das wären 1,3E16 eV.

Dann müsste diese Energie auf die einzelnen Protonen aufveteilt werden. 
Gesamtenergie/Anzahl

[Christoph E. (stoppi)]

Wie geschrieben gebe ich die Energie der einzelnen Protonen an! Deren 
Masse beläuft sich auf 1.673 * 10^-27 kg. Sonst wäre ja der Vergleich 
zum LHC nicht fair. Bei einer Kugelmasse von 5g und v = 1 m/s hätte ich 
ja auch eine Energie von 1.56 * 10^16 eV = 15625 TeV, also mehr als mein 
Vorbild in Genf...

[2aggressive (Gast)]

Aus Spieltrieb ein Brainstorm zur Verbesserung der Endgeschwindigkeit

Christoph E. schrieb:
> bei meinem Aufbau hat man trotz der herabgesetzten Sichtbarkeit der Kugel...

Die Kugel muss jedesmal die im Weg stehende Luft durch die 
Bogensegmente hindurchschieben
-eine kleinere Kugel ausprobieren?
-oder den im Moment offenen Bereich durchsichtig verschliessen 
(Plexiglasrohr), damit wird die gesamte Luft im dann Luftdicht 
verlossenem Ring beschleunigt. Vakuumieren wäre natürlich der Hammer, 
aber sehr aufwändig. Und Splittergefährlich :-(
-oder die Bögen oben/innen aufsägen; dann kann die Luft seitlich dem Weg 
der Kugel ausweichen, anstelle den ganzen Weg durch den Bogen 
(kompression) nehmen zu müssen. Also die Kurven offen gestalten, so wie 
bei einer Bobbahn


Zur Gaudi, noch etwas schneller als very slow:
mit offenem Aufbau könnte man auch wunderbar den CW-Wert (bei einer 
Kugel definitionsgemäss 1) demonstrieren; ein windschnittigeres 
Plastikauto* (Eisenkern) mit keramischen Kugellagern als Räder. Für 
Lichtgeschwindigkeit wirds nicht ganz reichen, aber bestimmt sind 3% der 
Schallgeschwindigkeit machbar :D


*besser ein schweres Zementauto, damit könnte man dessen Beschleunigung 
besser beobachten.

[Andreas B. (bitverdreher)]

2aggressive schrieb:
> mit offenem Aufbau könnte man auch wunderbar den CW-Wert (bei einer
> Kugel definitionsgemäss 1) demonstrieren;

für ein very slow hadron collider Modell?

[2aggressive (Gast)]

Andreas B. schrieb:
> 2aggressive schrieb:
>> mit offenem Aufbau könnte man auch wunderbar den CW-Wert (bei einer
>> Kugel definitionsgemäss 1) demonstrieren;
>
> für ein very slow hadron collider Modell?
Aber hallo! Wo denn sonst, wenn nicht genau dort :D

[Bernd (Gast)]

An dieser Umrechnungsmaschine kommt man mit 1 keV auf 50 Millionen 
km/h...

[Erofoliker (Gast)]

Andreas B. schrieb:
> Bieg mal ein Rohr, ohne daß es sich verengt. Das ist alles andere als
> trivial.

Nix biegen. Ein flexibler 1 m Luft- und Wasserschlauch für ca 1 € ist 
wohl zu kompliziert... oje!

[Andre M. (andre1597)]

Sieht ziemlich Toll aus!! Einen Durchgangs - Zähler vielleicht noch dran 
machen?  :-)