Strahlengangs

Der Strahlengang bezeichnet den Verlauf eines Strahls durch ein System aus optischen oder magnetischen Elementen vom Ursprung bis zum Ziel. Im Bereich der geometrischen Optik beschreibt er den Weg von Lichtstrahlen durch Linsen, Spiegel, Blenden und Achsen. In der Strahlen- und Teilchenphysik gilt der Strahlengang als Transportpfad eines Photons oder Teilchens durch Beschleunigerstrukturen, Magnetfelder und Driftstrecken, oft mit dem Ziel, den Strahl zu fokussieren, zu stabilisieren oder zu monochromatisieren.

Typische Komponenten eines Strahlengangs sind Quellen, Kollimatoren und Slits, Fokussierungselemente wie Linsen oder Quadrupolmagneten, Biegungsmagnete, Driftabschnitte, Monochromatoren, sowie Vakuumrohre und Diagnostikgeräte zur Überwachung von Position, Intensität, Strahlbreite und Emittanz. Die Auslegung eines Strahlengangs richtet sich nach Anforderungen wie Strahlqualität, Aberrationenkontrolle, Abbildungsgenauigkeit und Transportdistanz.

Die Analyse erfolgt meist geometrisch mit der ABCD-Matrix oder durch detailliertes Ray-Tracing; numerische Simulationen ermöglichen die Optimierung von Abbildungsfehlern, Divergenz und Emittanz. In anspruchsvollen Einrichtungen werden auch magnetische oder elektrostatische Felder dynamisch angepasst, um den Strahlpfad zu stabilisieren.

Anwendungen finden sich in der Mikroskopie, Röntgentechnik, Synchrotron- und Freie-Elektronen-Laser-Technik, medizinischen Linearbeschleunigern und allgemeinen Optiksystemen. Eine präzise Ausrichtung (Alignment) sowie der Betrieb eines stabilen Vakuums sind entscheidend, da mechanische Toleranzen, Temperaturdrift und Feldstabilität die Strahlqualität beeinflussen. Der Strahlengang ist Kernbestandteil von Planung, Betrieb und Optimierung von Experimenten und Anlagen in Forschung und Technik.