Synchrotronstrahlung
Physik
Definition
Eine besondere Bremsstrahlung: als Synchrotronstrahlung bezeichnet man die elektromagnetische Strahlung, die tangential in Bewegungsrichtung geladener Teilchen abgestrahlt wird. Da die Ablenkung im physikalischen Sinne eine Beschleunigung (Änderung des Geschwindigkeitsvektors) darstellt, handelt es sich um eine besondere Form der Bremsstrahlung.
Eigenschaften
- Der Name bezieht sich auf die Erzeugung in einem Synchrotron ↗
- Synchrotronstrahlung ist eine elektromagnetische Strahlung ↗
- Im energiearmen Bereich beginnt sie als Radiostrahlung ↗
- Im energiereichen Bereichen geht sie bis zur Gammastrahlung[2] ↗
In welche Richtung wird die Strahlung abgegeben?
Die Synchrotronstrahlung bezieht sich auf Strahlung, die von Teilchen mit einer Geschwindigkeit nahe der Lichtgeschwindigkeit abgegeben wird. Bei solchen sogenannten relativistischen Geschwindigkeiten wird die Strahlung fast ausschließlich eng gebündelt in Bewegungsrichtung der Teilchen nach vorne und tangential abgestrahlt. Tangential heißt: in die Richtung, in die das Teilchen fliegen würde, wenn es nicht abgelenkt würde, also geradeaus weiter fliegen würde.
Hohe Intensität und breiter Frequenzbereich
Synchrontronstrahlung kann bis zu einer Milliarde (Größenordnung) mal intensiver sein als die stärkste technisch herstellbare Röntgenstrahlung. Solche Intensitäten können zwar auch Lasergeräte erreichen. Laserlicht deckt aber nur immer einen sehr engen Frequenzbereich ab. Die Synchrotronstrahlung aus Teilchenbeschleunigern hingegen überspannt einen sehr breiten Bereich der elektromagnetischen Strahlung: von Radiowellen bis hin zur Röntgenstrahlung. Die Intensität ist dabei umso größer, je enger die Kreisbahn im Verhältnis zur Geschwindigkeit ist.
Natürliche Quellen von Synchrotronstrahlung
Synchrotronstrahlung tritt auch natürlich auf: so bewegen sich Elektronen im Magnetfeld des Planeten Jupiter und erzeugen durch die Ablenkung Synchrotronstrahlung im Radiowellenbereich[1]. Und im sogenannten Krabben-Nebel, den Resten einer Sternexplosion, strahlen Elektronen im sichtbaren Bereich ab.
Fußnoten
- [1] Steven M. Levin; Scott J. Bolton; Samuel L. Gulkis; Michael J. Klein; Bidushi Bhattacharya; Richard M. Thorne: Modeling Jupiter's synchrotron radiation. In: Geophysical Research Letters. First published: 01 March 2001. DOI: https://doi.org/10.1029/2000GL012087
- [2] Gammstrahlung als Synchrotronstrahlung: "The origin of gamma rays is intimately tied the physics of elementary particles, such as protons, neutrons, and electrons. Some of the known physical processes that can produce gamma rays are: Synchrotron Radiation is produced when charged particles such as electrons spiral at speeds approaching the speed of light in the presence of a magnetic field. Supernovae and supernova remnants produce a lot of synchrotron radiation." In: Joslyn Schoemer, Stephanie Leitner and Tom Chi: What Physical Processes Generate Gamma Rays? A service of the Laboratory for High Energy Astrophysics at Goddard Space Flight Center. Abgerufen am 5. März 2024. Siehe auch Gammastrahlung ↗
