Synchrotron-Lichtquelle
Eine Synchrotronlichtquelle ist eine Quelle elektromagnetischer Strahlung, die von einem Synchrotron erzeugt wird. Die Strahlung kann für wissenschaftliche und technische Zwecke durch spezialisierte Teilchenbeschleuniger künstlich erzeugt werden, typischerweise durch die Beschleunigung von Elektronen. Nachdem der hochenergetische Elektronenstrahl erzeugt worden ist, wird er in Hilfskomponenten wie Biegemagnete und Einfügevorrichtungen (Undulatoren oder Wiggler) in Speicherringen und Freie-Elektronen-Lasern geleitet. Diese liefern die starken Magnetfelder senkrecht zum Strahl, die benötigt werden, um die hochenergetische Elektronenenergie in Licht oder eine andere Form von elektronenmagnetischer Strahlung umzuwandeln.
Synchrotronstrahlung kann in Beschleunigern entweder als Belästigung bei Teilchenphysikexperimenten oder absichtlich für viele Laboranwendungen auftreten. Elektronen werden in mehreren Stufen auf hohe Geschwindigkeiten beschleunigt, um eine Endenergie zu erreichen, die im GeV-Bereich liegen kann. Im Large Hadron Collider (LHC) erzeugen auch Protonenpakete die Strahlung mit zunehmender Amplitude und Frequenz, während sie im Vakuumfeld beschleunigt werden, wodurch Photoelektronen entstehen. Die Photoelektronen bilden dann Sekundärelektronen aus den Rohrwänden mit zunehmender Frequenz und Dichte bis zu 7x1010. Jedes Proton kann aufgrund dieses Phänomens 6,7keV pro Umdrehung verlieren. Daher können sowohl Elektronensynchrotrons als auch Protonensynchrotrons eine Lichtquelle sein.
Die Hauptanwendungen von Synchrotronlicht liegen in der Physik der kondensierten Materie, der Materialwissenschaft, der Biologie und der Medizin. Viele Experimente mit Synchrotronlicht sondieren die Struktur der Materie von der Sub-Nanometer-Ebene der elektronischen Struktur bis zur Mikrometer- und Millimeter-Ebene. Dies ist wichtig für die medizinische Bildgebung. Ein Beispiel für eine praktische industrielle Anwendung ist die Herstellung von Mikrostrukturen durch das Lithographie-, Galvanisierungs- und Formverfahren (LIGA).
Fragen und Antworten
F: Was ist eine Synchrotron-Lichtquelle?
A: Eine Synchrotronlichtquelle ist eine Quelle elektromagnetischer Strahlung, die von einem speziellen Teilchenbeschleuniger erzeugt wird, in der Regel durch die Beschleunigung von Elektronen.
F: Wie werden starke Magnetfelder erzeugt, um die hochenergetische Elektronenenergie in Licht oder andere Formen elektromagnetischer Strahlung umzuwandeln?
A: Starke Magnetfelder werden durch Hilfskomponenten wie Biegemagnete und Einfügevorrichtungen (Undulatoren oder Wiggler) in Speicherringen und Freie-Elektronen-Lasern erzeugt. Diese liefern die starken Magnetfelder senkrecht zum Strahl, die für die Umwandlung der hochenergetischen Elektronenenergie in Licht oder eine andere Form von elektronenmagnetischer Strahlung erforderlich sind.
F: Welche Arten von Teilchen können in einem Synchrotron beschleunigt werden?
A: Elektronen können in mehreren Stufen auf hohe Geschwindigkeiten beschleunigt werden, um eine Endenergie zu erreichen, die im GeV-Bereich liegen kann. Außerdem erzeugen Protonenbündel bei ihrer Beschleunigung im Vakuumfeld Strahlung mit zunehmender Amplitude und Frequenz, wodurch Photoelektronen entstehen.
F: Welche Arten von Anwendungen gibt es für Synchrotronlicht?
A: Die wichtigsten Anwendungen von Synchrotronlicht liegen in der Physik der kondensierten Materie, der Materialwissenschaft, der Biologie und der Medizin. Viele Experimente, die Synchrotronlicht verwenden, untersuchen die Struktur der Materie von der Sub-Nanometer-Ebene der elektronischen Struktur bis hin zur Mikrometer- und Millimeter-Ebene. Dies ist wichtig für die medizinische Bildgebung. Ein Beispiel für eine praktische industrielle Anwendung ist die Herstellung von Mikrostrukturen durch das Lithographie-, Galvanik- und Abformverfahren (LIGA).
F: Wie viel Energie verliert jedes Proton pro Umdrehung durch dieses Phänomen?
A: Jedes Proton kann aufgrund dieses Phänomens 6,7keV pro Umdrehung verlieren.
F: Mit welcher Art von Beschleunigern werden diese Quellen normalerweise erzeugt?
A: Synchrotronlichtquellen werden in der Regel von speziellen Teilchenbeschleunigern wie Speicherringen und Freie-Elektronen-Lasern erzeugt.
