Synchrotronstrahlung

Synchrotronstrahlung ist elektromagnetische Strahlung, die von relativistischen geladene Teilchen ausgesandt wird, wenn sie durch Magnetfelder auf gekrümmte Bahnen abgelenkt werden. In Beschleunigern wie Synchrotrons, Speicherringen oder Insertion-Devices entsteht daraus eine besonders helle, breitbandige Lichtquelle. Die Strahlung entsteht durch zentripetale Beschleunigung der Teilchen; sie ist stark in Richtung der Teilchenbewegung gebündelt (Beaming-Effekt).

Das Spektrum ist kontinuierlich und reicht von niederfrequenter Radio- bis zu hartem Röntgenlicht. Die Intensität und der Verlauf des Spektrums hängen von der Teilchenenergie und der Krümmung der Bahn ab; es gibt eine charakteristische Grenzenergie E_c, die mit γ^3/ρ zunimmt. Die Strahlung ist hochgradig polarisiert: Bei Biegemagneten dominiert lineare Polarisation in der Bahnebene; Insertion-Devices wie Wiggler und Undulatoren ermöglichen zusätzlich verschiedene Polarisationseinstellungen.

Moderne Lichtquellen nutzen Synchrotronstrahlung mit hoher Brillanz. Die dritte Generation der Anlagen setzt lange, periodische Magnetstrukturen wie Wiggler und Undulatoren ein, um intensives Licht zu erzeugen; die vierte Generation strebt weitere Verbesserungen in Kohärenz und Steuerbarkeit an.

Anwendungen: Synchrotronstrahlung wird in vielen Bereichen eingesetzt, darunter Röntgenbeugung, Röntgenspektroskopie (XANES, EXAFS), Kleinwinkelstreuung (SAXS) sowie Bildgebung und zeitaufgelöste Experimente in Materialwissenschaft, Biologie und Medizin.

Die hohen Werte an Brillanz, Spektralbreite, Polarisationsmöglichkeiten und zeitlicher Struktur machen Synchrotronstrahlung zu einem unverzichtbaren Werkzeug moderner Forschung.