Protonenfluss

Protonenfluss bezeichnet in der Physik die Anzahl der Protonen, die eine gegebene Fläche pro Zeiteinheit durchqueren. Er wird häufig durch den Fluss J_p beschrieben und in Einheiten wie Protonen pro Quadratzentimeter pro Sekunde (p cm^-2 s^-1) oder Protonen pro Quadratmeter pro Sekunde (p m^-2 s^-1) gemessen. Je nach Kontext kann der Fluss auch differentiell nach Energie oder Richtung angegeben werden.

Im Sonnen- und Weltraumplasma entspricht der Protonenfluss oft dem Produkt aus Protonendichte n_p und Geschwindigkeit v_p, insbesondere im solaren Wind. Typische Werte bei der Erde liegen bei n_p um 5 cm^-3 und v_p etwa 400–800 km/s, wodurch sich ein Flux von ungefähr 10^8 p cm^-2 s^-1 ergibt. Kosmische Strahlung oder solare Teilchen liefern je nach Energie deutlich andere Flüsse.

Für hochenergetische Protonen ist der Flux oft energiespezifisch und wird als differentieller Flux dΦ/dE angegeben, typischerweise in Einheiten wie cm^-2 s^-1 sr^-1 GeV^-1. Solche Spektren reichen über mehrere Größenordnungen in der Energie.

In der Beschleunigerphysik und Materialforschung dient der Protonenfluss als Maß für die Beamintensität: Die Zahl der Protonen pro Sekunde ergibt sich aus dem gemessenen Strom durch die Elementarladung e. Der Fluss ist entscheidend für Abschätzungen von Strahlenschäden, Dosis und Irradiationen.

Messmethoden umfassen Faraday-Becher, Szintillatoren, Halbleiterdetektoren und Time-of-Flight-Experimente. Der Fluss kann direkt gemessen oder aus dem Beamstrom abgeleitet werden. Der zeitlich integrierte Fluss heißt Fluence und beschreibt die Gesamt-Exposition über einen Zeitraum.