Dipolmagnet

Ein Dipolmagnet besteht aus einem U-förmigen Eisenjoch, um dessen Enden Magnetspulen gewickelt sind. Im Zwischenraum bildet sich somit ein Magnetfeld.

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  In Teilchenbeschleunigern werden Dipolmagneten genutzt, um ein homogenes Magnetfeld zur Strahlablenkung zu erzeugen, man spricht dabei auch von Ablenkmagneten. Ausschlaggebend ist dabei die Form der Polschuhe, die durch zwei parallele Ebenen gegeben ist. Gemäß der Laplace-Gleichung entsteht somit ein homogenes Feld. Die Teilchenbewegung in diesem Feld erfolgt gemäß der Lorentzkraft auf einer Kreisbahn senkrecht zum Feld. Üblicherweise wird aufgrund der technischen Realisierbarkeit heutzutage nicht ein großer Magnet verwendet, sondern das Feld durch viele kleinere Magneten, die sogenannten Sektormagneten, erzeugt. Dies ist zum Beispiel in Synchrotrons und Speicherringen der Fall. Bei letzteren wird dabei üblicher Weise keine Kreisbahn, sondern ein Oval geformt, um auf den längeren geraden Strecken Platz für die Wechselwirkungspunkte hochenergiephysikalischer Experimente oder für Wiggler beziehungsweise Undulatoren zur Erzeugung von Synchrotronstrahlung zu haben.

Werden höhere magnetische Flussdichten benötigt, etwa, weil aus Platzgründen kein kleinerer Krümmungsradius möglich ist, wird auf supraleitende Magnete zurückgegriffen. Die Stromdichten in supraleitenden Magneten sind viel höher, können je nach Magnetfeld, Strom und Temperatur Werte von mehreren kA/mm² erreichen. Obwohl für Kupfer (Stabilisation) und Wärmeisolation Querschnitt verloren geht, ist die Nettostromdichte über die gesamte Wicklung wesentlich höher als bei konventionellen Kupferwicklungen.

Die Eisenkerne der Magnete gehen bei ca. 2 Tesla in Sättigung. Bei supraleitenden Magneten kann die Formgebung völlig anderes sein, da hier nicht die durch die Polschuhe gegebenen Äquipotentialflächen das Feld formen. Stattdessen muss der Supraleiter so angeordnet sein, dass die Stromverteilung proportional zum Cosinus des Winkels um die Strahlachse ist.

Gleichung

Die Feldstärke und Richtung eines punktförmigen, magnetischen Dipols folgt aus der Multipolentwicklung zu :

CGS

SI

mit dem Magnetfeld B , dem magnetischen Moment m, dem Richtungsvektor r, dem Einheitsvektor in r-Richtung n und der magnetischen Permeabilitätskonstante μ.

Siehe auch:

Ablenkmagnet, Quadrupolmagnet, Dipol, Multipol