Aufgabe 1 a - Elektrisches Feld und Kondensator · Abitur NRW Physik LK · Linearbeschleuniger 2026

Linearbeschleuniger für den Einsatz in der medizinischen Strahlentherapie

Seit 2009 werden am Heidelberger Ionenstrahl-Therapiezentrum (HIT) Patientinnen und Patienten erfolgreich mit schnellen Protonen oder deutlich massereicheren Kohlenstoffionen behandelt.

Vereinfachend werden relativistische Effekte und der Einfluss der Gravitation in dieser Aufgabe vernachlässigt.

Material 1: Beschleunigung eines Teilchens im elektrischen Feld eines Plattenkondensators

In der linken Platte eines Plattenkondensators ist mittig eine Protonenquelle eingebaut. Vereinfachend wird angenommen, dass die Protonen sich nach ihrer Erzeugung am Ort der linken Platte befinden und eine vernachlässigbare Anfangsgeschwindigkeit haben. In der rechten Platte des Kondensators ist ein kleines Loch, durch das die beschleunigten Teilchen austreten können.

Aufgrund von Spannungsüberschlägen ist es nicht möglich, Spannungen an derartige Plattenkondensatoren anzulegen, die $90\text{ kV}$ überschreiten.

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Skizzieren Sie den in Material 1 beschriebenen Plattenkondensator zur Beschleunigung von Protonen. Skizzieren Sie das elektrische Feld im Inneren und im Randbereich und geben Sie die Polung der Platten an.