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Der Aufbau des Betatrons ist dem des Zyklotrons ähnlich. Zwei Dipolmagnete erzeugen ein Magnetfeld. In diesem Magnetfeld befindet sich die Elektronenquelle. Das veränderliche Magnetfeld erzeugt in Richtung des umlaufenden Elektronenstrahls ein elektrisches Feld. Dieses elektrische Feld beschleunigt die Elektronen. Im Prinzip handelt es sich um eine Art Transformator, bei dem der Elektronenstrahl die \"Sekundärwindung\" darstellt. Um den Strahl auf einer Kreisbahn zu halten, muss das Magnetfeld einen bestimmten radialen Verlauf haben. Dieser Verlauf wird durch besondere Formgebung der Pole erreicht und bewirkt eine Strahlfokussierung um die ideale Bahn. Nach Erreichen der Endenergie werden die Elektronen durch elektrische oder magnetische Felder aus dem Betatron gelenkt.
Das erste Betatron wurde 1940 von Donald William Kerst an der Universität von Illinois gebaut.
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