Synchrotronstrahlung

Entdeckt wurde die Synchrotronstrahlung, wie der Name es schon erahnen lässt, in den großen Teilchenbeschleunigern, die man auch Synchrotrone nennt. Sie wird von Elektronen emittiert, welche sich mit fast Lichtgeschwindigkeit in einem Magnetfeld bewegen (die Lichtgeschwindigkeit können sie aufgrund ihrer Ruhemasse nicht erreichen).

In einem Magnetfeld können Elektronen sich nicht geradlinig ausbreiten. Sie unterliegen hier der so genannten Lorentz- KraftDie Lorentzkraft ist die Kraft, die eine bewegte Ladung in einem magnetischen oder elektrischen Feld erfährt., wodurch sie zu mehr oder weniger lang gestreckten, spiralartigen oder schraubenförmigen Bewegungen um die magnetischen Feldlinien gezwungen werden. In Richtung ihrer Bewegung senden sie die Synchrotronstrahlung scharf gebündelt in einem Kegel aus. Der Öffnungswinkel des Strahlungskegels ist dabei umso kleiner, je höher der Energieinhalt und damit die Geschwindigkeit des Elektrons ist.

Bei den abgestrahlten Energien handelt es sich nicht um thermische Strahlung, wie sie beispielsweise von den Sternen emittiert wird, sondern um freigesetzte kinetische Energie. Das Spektrum der Strahlung ist kontinuierlich und sie ist in der Bewegungsebene der Elektronen polarisiert, wobei ein Intensitätsmaximum bei Wellenlängen im Zentimeter- oder Dezimeterbereich und damit innerhalb der Radiostrahlung liegt. Hierdurch kann man sie von anderer, thermischer Strahlung unterscheiden. Es sind allerdings auch Strahlungsquellen bekannt, welche Synchrotronstrahlung sogar im sichtbaren und selbst im Röntgen- und Gammastrahlenbereich emittieren. Beobachtet wird diese Form der Strahlung in Radiogalaxien, bei Pulsaren und Quasaren. Selbst Jupiter sendet Synchrotronstrahlung aus. Auf der Erde wird sie für vielfältige wissenschaftliche Untersuchungen künstlich erzeugt, z.B. in Hamburg beim bekannten Beschleuniger DESY.

Wenn ein geladenes Teilchen wie z.B. ein Elektron in einem Magnetfeld abgelenkt wird, so bedeutet dies stets auch eine Geschwindigkeitsänderung. Damit verbunden ist die Abstrahlung von elektromagnetischer Strahlung - das Elektron emittiert kinetische Energie (= Bewegungsenergie) in Form von Strahlung. Das macht es auch, wenn es auf Materie prallt. Die bei einem solchen Vorgang freigesetzte Bremsstrahlung benutzt man in der Technik zum Beispiel in den Röntgenröhren. Dort werden Elektronen beschleunigt und man lässt sie auf eine Metallplatte prallen. Die dabei freigesetzte Energie wird teilweise als Rötgenstrahlung emittiert. Selbst mit relativ niedrigen Spannungen (z.B. 25 [kV]) beschleunigte Elektronen können Röntgenstrahlung freisetzen, die Glas zu durchdringen vermag. In unseren älteren Fernsehgeräten, die noch eine Bildröhre hatten, war dies auch der Fall - der hier zur Bilderzeugung benutzte Elektronenstrahl produzierte Röntgenemissionen. Um uns vor dieser Strahlung zu schützen, wurde deshalb dem Glas der Röhren Bleioxid beigemengt.