Asset Publisher
Back

Synchrotronstrahlanalytik

Synchrotronstrahlanalytik (Syn)

Eine beschleunigt bewegte Ladung gibt elektromagnetische Strahlung ab. Bei Abbremsung entsteht auf diese Weise die sogenannte Bremsstrahlung. Bei der Richtungsänderung bei der Ablenkung in einem Magnetfeld kommt es zur tangentialen Abstrahlung und somit bei kreisförmigen Teilchenbeschleunigern zu Energieverlusten der zu beschleunigenden Teilchen, die aus Sicht der Beschleunigerbauer nachgeliefert werden muss. Da dies insbesondere bei Synchrotronbeschleunigern für Elektronen und daraus abgeleiteten Elektronenspeicherringen der Fall ist, heißt diese Strahlung Synchrotronstrahlung.

Da die abgestrahlte Leistung umgekehrt proportional zur vierten Potenz der Masse des geladenen Teilchens ist, ist sie nur bei Elektronensynchrotronen von Bedeutung. Die Strahlung ist polarisiert und auf einen sehr engen Winkelbereich zur Teilchenbahnebene beschränkt (Bündelung um die aktuelle Flugrichtung auf Grund der Lorentzkontraktion bei relativistischer Bewegung). Sie ist quasikontinuierlich und reicht von Infrarotstrahlung  bis in den harten Röntgenbereich je nach Elektronenenergie. Die charakteristische Strahlungsenergie ist bestimmt durch die Teilchenenergie E, und zwar mit der vierten Potenz ansteigend, und die magnetische Induktion des ablenkenden Magnetfeldes B, linear ansteigend. Bei Speicherringen wird mit zusätzlichen Magnetstrukturen in den geraden Teilstücken des Ringes („insertion devices“) die Wellenlänge und Intensität der Strahlung verändert (Wellenlängenschieber, Wiggler, Undulator, Weiterentwicklung zum Freien Elektronenlaser FEL bzw XFEL im Röntgenbereich). Eine wohldefinierte Wellenlänge (umgekehrt proportional zur Frequenz), also eine monochromatische Strahlung aus dem quasikontinuierlichen Spektrum erhält man nach Reflektion an Gitterebenen hoch reiner Einkristalle z.B. von Siliziumkristallen. Über die Winkeländerung ist über die Bragg-Bedingung für die Reflektion eine Energievariation einstellbar, wie sie für die energieabhängige Absorptionsspektroskopie  notwendig ist. Wegen des in dem Röntgenbereich negativen Brechungsindex ist eine Fokussierung von Synchrotronstrahlung in der Regel nur über geometrische Anordnungen möglich (gekrümmte Spiegel, gekrümmte Kristalle, variierende Gitterabstände bei Mischkristallen, Totalreflektion an den Wänden von Kapillaren).

Eine Anlage im Berliner Raum ist BESSY (Berliner Elektronen-Speicherring für Synchrotronstrahlung) des HZB.

(Heinz-Eberhard Mahnke)