Synchrotronstrahlung

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Als Synchrotronstrahlung bezeichnet man die elektromagnetische Strahlung, die tangential zur Bewegungsrichtung geladener Teilchen abgestrahlt wird, wenn diese aus einer geraden Bahn abgelenkt werden. Da die Ablenkung im physikalischen Sinne eine Beschleunigung (Änderung des Geschwindigkeitsvektors) darstellt, handelt es sich um eine besondere Form der Bremsstrahlung.

Relevant wird die Synchrotronstrahlung bei relativistischen Geschwindigkeiten der Teilchen nahe der Lichtgeschwindigkeit. Dann wird sie gebündelt in Bewegungsrichtung der Teilchen abgestrahlt und ist größtenteils linear in der Ebene der Bewegungsrichtung polarisiert. Ihr Spektrum ist kontinuierlich und reicht vom Infrarot bis tief in den Röntgenbereich.

Der Name Synchrotronstrahlung rührt von ihrem Auftreten in Synchrotron-Teilchenbeschleunigern her, bei denen Teilchen auf Kreisbahnen auf solche Geschwindigkeiten beschleunigt werden. Heutzutage wird Synchrotronstrahlung vielfach verwendet zur Strukturaufklärung von verschiedensten Materialien. Ein Vorteil gegenüber vielen anderen Methoden ist die hohe Brillanz, mit der diese Strahlung erzeugt werden kann.

Synchrotronstrahlung kann auch natürlich im Weltraum bei verschiedensten Prozessen entstehen. Eine natürliche Quelle für Synchrotronstrahlung im All ist z. B. Jupiter, der seine Monde mit dieser Art der Strahlung beschießt.

Geschichte

Synchrotronstrahlung wurde 1944 von Dmitri Dmitrijewitsch Iwanenko und Isaak Jakowlewitsch Pomerantschuk vorhergesagt.[1] Etwa gleichzeitig wurde ihr Auftreten 1945 von Julian Schwinger am MIT berechnet, der darüber im Sommer 1945 in Los Alamos und bei anderen Gelegenheiten wie dem APS-Treffen im Herbst 1946 in New York vortrug und mit David Saxon veröffentlichte.[2][3] Zu der Zeit war von einigen Physikern die Existenz einer solchen Strahlung bezweifelt worden. Man argumentierte, der Kreisstrom der Elektronen würde destruktiv interferierende Strahlung erzeugen, was Schwinger widerlegen konnte.

Zuerst experimentell beobachtet wurde sie 1946 an einem Synchrotron von General Electric bei der Ringbeschleunigung von Elektronen.[4][5] Zunächst wurde sie nur als störender Energieverlust der beschleunigten Teilchen angesehen. Erst ab Ende der 1970er Jahre begannen Planungen für spezielle Beschleuniger zur Erzeugung von Synchrotronstrahlung.

Natürliche Quellen von Synchrotronstrahlung

In der Astronomie tritt Synchrotronstrahlung dann auf, wenn sich ein heißes Plasma in einem Magnetfeld bewegt. Beispiele für kosmische „Synchrotronquellen“ sind Pulsare, Radiogalaxien und Quasare.

Siehe auch

Literatur

  • Albert Hofmann: The Physics of Synchrotron Radiation. Cambridge University Press, 2004, ISBN 0-521-30826-7.
  • Helmut Wiedemann: Synchrotron Radiation. Springer, 2003, ISBN 3-540-43392-9.

Weblinks

Commons: Synchrotron – Weitere Bilder oder Audiodateien zum Thema

Einzelnachweise

  1. ↑  D. Iwanenko, I. Pomeranchuk: On the Maximal Energy Attainable in a Betatron. In: Physical Review. 65, Nr. 11-12, 1. Juni 1944, ISSN 0031-899X, S. 343–343, doi:10.1103/PhysRev.65.343 (https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRev.65.343).
  2. ↑ Saxon, Schwinger: Electron orbits in the Synchrotron. In: Phys. Rev. Band 69, 1946, S. 702. Nur eine kurze Note. Die vollständigen Berechnungen zirkulierten damals nur als Manuskript und Schwinger veröffentlichte erst 1949 einen größeren Aufsatz: On the classical radiation of accelerated electrons. In: Phys. Rev. Band 75, 1949, S. 1912.
  3. ↑ Jagdish Mehra, Kimball A. Milton: Climbing the mountain. Oxford University Press 2000, S. 138ff (Schwingers Biographie).
  4. ↑ Frank Elder, Anatole Gurewitsch, Robert Langmuir, Herb Pollock: Radiation from Electrons in a Synchrotron. In: Physical Review. Band 71, 1947, S. 829–830.
  5. ↑ History of Synchrotron X-rays, ESRF.
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