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Was ist Synchrotronstrahlung?

Wenn geladene Teilchen beschleunigt werden, strahlen sie Licht aus. In einer Antenne schwingen Elektronen hin und her und senden dabei Strahlung aus, die sich im elektromagnetischen Spektrum befinden, das für das Radio oder Fernsehen genutzt wird. Wenn Elektronen, die sich fast mit Lichtgeschwindigkeit (v=0.9c) fortbewegen, auf eine gekrümmte Bahn gezwungen werden (Kreise, Spiralen oder "Slalom" in einem Undulator), werden sie zur Mitte der Kurve hin beschleunigt und strahlen senkrecht dazu die sogenannte Synchrotronstrahlung ab.

Synchrotronstrahlung existiert auch im Weltraum. In der Astronomie tritt sie immer dann auf, wenn sich ein heißes Plasma in einem Magnetfeld befindet. Beispiele für kosmische Synchrotronquellen sind Pulsare, Radiogalaxien und Quasare. Im Labor wurde Synchrotronstrahlung erstmals 1947 im General Electric Research Laboratory (USA) beobachtet. Zuerst wurde sie nur als störend empfunden, da sie zu einem Energieverlust der im Synchrotron beschleunigten Teilchen führte, aber in den 1960er Jahren begriff man, welche außergewöhnlichen Eigenschaften diese Strahlung hat. Die Synchrotronstrahlung, die heute erzeugt wird, ist sehr intensiv. Sie deckt einen breiten Bereich verschiedener Wellenlängen ab, vom langwelligen Infrarotlicht, über das sichtbare Licht und die kurzwellige UV-Strahlung bis hin zur sehr kurzwelligen Röntgenstrahlung. Der Strahl ist so dünn wie ein Haar und eine Billion mal stärker als z.B. ein Röntgengerät im Krankenhaus, das Licht in einem breiten Winkel und nur bei bestimmten Wellenlängen abstrahlt. Außerdem ist die Strahlung polarisiert, in der Ebene des Synchrotrons linear, darunter und darüber mehr oder weniger stark elliptisch. Schließlich ist sie auch gepulst, und die Pulsfrequenz und -dauer sind (in engen Grenzen) einstellbar.

Will man Synchrotronstrahlung künstlich erzeugen, benutzt man streng genommen nicht Synchrotrons, sondern Speicherringe. Während in Synchrotrons die geladenen Teilchen weiter beschleunigt werden, wird bei einem Speicherring nur der Energieverlust stets ausgeglichen, um die Energie des Teilchenstrahls und somit das Energiespektrum der Synchrotronstrahlung konstant zu halten. Eine neuere Entwicklung sind die Freie-Elektronen-Laser (FEL), mit denen ebenfalls Synchrotronstrahlung erzeugt wird. Für die Erzeugung von Synchrotronstrahlung existieren weltweit etwa 30 Laboratorien. In Deutschland sind das unter anderem BESSYII am HZB in Berlin, PETRAIII und FLASH am DESY in Hamburg, European XFEL in Hamburg und Schenefeld, die Elektronen-Stretcher-Anlage an der Universität Bonn, DELTA an der Universität Dortmund und KARA in Karlsruhe.


Quellen: Wikipedia / lighsources.org