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Lexikon der Geowissenschaften: Synchrotronstrahlung

Synchrotronstrahlung, elektromagnetische Strahlung, die durch die Zentripetalbeschleunigung geladener Teilchen mit nahezu Lichtgeschwindigkeit bei Ablenkung in einem Magnetfeld auf einer Kreisbahn entsteht. Der Name hat seinen Ursprung in der Entdeckung dieser Strahlung an einem Elektronensynchrotron. Wegen der außergewöhnlichen Eigenschaften dieser Strahlung, deren kontinuierliches Spektrum sich je nach Energie der Teilchen vom harten Röntgenbereich bis in den infraroten Spektralbereich ausdehnt, sind in den letzten Jahren überall auf der Welt zahlreiche Elektronen – oder Positronenspeicherringe gebaut worden (viele andere sind noch in der Planung oder im Aufbau), um Synchrotronstrahlung für die Forschung bereitzustellen. Mehrere europäische Länder haben in einem Gemeinschaftsprojekt zu Beginn der 1990er Jahre in Grenoble eine Synchrotronstrahlungsquelle auf der Basis eines 6 GeV-Elektronenspeicherrings mit einem Umfang von rund 850 m, die European Synchrotron Radiation Facility (ESRF), errichtet. Die erste deutsche Synchrotronstrahlungsquelle, an der die ersten Experimente Mitte der 1970er Jahre aufgebaut wurden, ist der Speicherring DORIS des Hamburger Sychrotron Laboratoriums (HASYLAB) am Deutschen Elektronen Sychrotron (DESY).

Die einzigartigen Eigenschaften der Synchrotronstrahlung sind höchste spektrale Leuchtdichte der Quelle (ein typischer Wert für die Brillanz einer ESRF-Quelle ist 1019 Photonen/(s·mm2·mrad2·0,1% Bandbreite); das ist 1012 mal mehr als bei einer Röntgenröhre), fast parallele Abstrahlung mit einer typischen Divergenz von 0,1 mrad, lineare Polarisation in der Ringebene und Abstimmung des Experiments auf eine beliebige Wellenlänge aus dem breiten Spektrum mit Hilfe von Monochromatoren. Grundlagenforschung sowie anwendungsorientierte Forschung und Entwicklung mit Synchrotronstrahlung umfaßt fast alle Gebiete der Naturwissenschaften, wie z.B. Physik, hier insbesondere die Physik der kondensierten Materie, Chemie, Molekularbiologie, Kristallographie, Mineralogie und andere Geowissenschaften, Werkstoffwissenschaften sowie Medizin ( Abb.). [KH]


Synchrotronstrahlung: typisches Spektrum der Synchrotronstrahlung an einem Ablenkmagnet, berechnet für Dipolmagnete unterschiedlicher Stärke bei 6 GeV und 100 mA Elektronen-Strahlstrom (ESRF); B=magnetische Flußdichte. Synchrotronstrahlung:
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