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Kapitel 5 Synchrotronstrahlung Rüdiger Schmidt (CERN) – Darmstadt TU - Februar 2008 - Version 2.1.

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1 Kapitel 5 Synchrotronstrahlung Rüdiger Schmidt (CERN) – Darmstadt TU - Februar Version 2.1

2 2 Übersicht Erste Beobachtung von Synchrotonstrahlung Larmorgleichung Synchrotronstrahlung im Kreisbeschleuniger Abstrahlwinkel Strahlungsleistung Energiespektrum Beispiele

3 3 Erste Beobachtung von Synchrotronstrahlung MeV Synchrotron, General Electric Research Lab Vakuumkammer aus Glas - daher konnte man die Strahlung beobachten

4 Theorie der Synchrotronstrahlung: Larmorgleichung

5 5 Synchrotronstrahlung im Kreisbeschleuniger Bild aus K.Wille

6 6 Lorentz - Transformation

7 7 Synchrotronstrahlung für longitudinale / transversale Beschleunigung

8 8 Synchrotronstrahlung für Teilchen mit Lichtgeschwindigkeit

9 9 Beispiel für Abstrahlung bei Beschleunigung in Richtung des Impuls

10 10 Beschleunigung senkrecht zur Bewegung - Beispiel für einen Modellbeschleuniger

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12 12 Abstrahlungswinkel der Photonen: 1 / Bilder aus K.Wille Die Leistung der Synchtrotronstralung lässt sich mit Methoden der klassischen Elektrodynamik berechnen. Eine genau Berechnung des Spektrum lässt sich nur mit Quantenelektrodynamik durchführen

13 13 1: Kegel der Abstrahlung von A mit Öffnungswinkel 2/ nach K.Wille Energiespektrum der Synchrotronstrahlung 2: Kegel der Abstrahlung von A mit Öffnungswinkel 2/ A B Elektronenbahn Beobachter t E2E2 t

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15 Spring 8, Japan

16 16 European Synchrotron Radiation Facility (Grenoble)

17 17 Übersicht der Brillianz von Synchrotronstrahlungsquellen Synchrotronstrahlung ist Röntgenstrahlung mit einer Energie von einigen eV bis zu einigen hundert keV (oder sogar einigen MeV) Erste Nutzung der Synchtrotronstrahlung am SLAC, BNL und am DESY - parasitär zu Teilchenphysik Heute 54 Beschleuniger nur zur Erzeugung von Synchrotronstrahlung (z.B. ESRF – Grenoble, BESSY – Berlin, ANKA – Karlsruhe, ELBE - Dresden) mit Benutzern Weitere Beschleuniger sind in Bau und in Planung

18 18 Experiment an der ESRF

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21 21 Erzeugung von Synchrotronstrahlung Anwendungen Untersuchung von physikalischen, chemischen, biologischen Systemen (z.B. um die Zusammensetzung der Tinte auf römischen Dokumenten zu untersuchen, die in Pompeji gefunden wurden) Parameter Brillianz, Energiespektrum der Photonen Beschleunigertypen Linacs und recirculating linacs Elektronen / Positronenspeicherringe Beispiele e+ und e- Speicherringe (viele !) Free electron laser (e- Linacs) Zukunft: Röntgenlaser XFEL am DESY

22 22 XFEL Projekt am DESY Free-electron laser that operates according to the SASE principle (self- amplified spontaneous emission) Total length of the facility: approx. 3.3 km Accelerator tunnel: approx. 2 km Depth underground: m Wavelength of X-ray radiation: 6 to nanometers (nm), corresponding to electron energies of 10 to 20 billion electron volts (GeV) Length of radiation pulses: below 100 femtoseconds (fs) Total costs of the XFEL project: 684 million Euro, based on the price level of the year 2000

23 23 Zukunftsprojekt: Röntgenlaser am DESY (XFEL) Femtochemie Strukturbiologie Materialforschung Clusterphysik Atomphysik

24 24 Zukunftsprojekt: Röntgenlaser am DESY Beschleunigertunnel mit Hohlraumresonatoren Magnetondulator zur Erzeugung von Röntgenstrahlung


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