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Kapitel 5

Kapitel 5. Synchrotronstrahlung. Rüdiger Schmidt (CERN) – Darmstadt TU - Februar 2008 - Version 2.1. Übersicht. Erste Beobachtung von Synchrotonstrahlung Larmorgleichung Synchrotronstrahlung im Kreisbeschleuniger Abstrahlwinkel Strahlungsleistung Energiespektrum Beispiele.

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Presentation Transcript

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

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

  3. Erste Beobachtung von Synchrotronstrahlung 1947 - 70 MeV Synchrotron, General Electric Research Lab Vakuumkammer aus Glas - daher konnte man die Strahlung beobachten

  4. Theorie der Synchrotronstrahlung: Larmorgleichung

  5. Synchrotronstrahlung im Kreisbeschleuniger Bild aus K.Wille

  6. Lorentz - Transformation

  7. Synchrotronstrahlung für longitudinale / transversale Beschleunigung

  8. Synchrotronstrahlung für Teilchen mit Lichtgeschwindigkeit

  9. Beispiel für Abstrahlung bei Beschleunigung in Richtung des Impuls

  10. Beschleunigung senkrecht zur Bewegung - Beispiel für einen Modellbeschleuniger

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

  12. Energiespektrum der Synchrotronstrahlung 1: Kegel der Abstrahlung von A mit Öffnungswinkel 2/ A Elektronenbahn Beobachter B E2 2: Kegel der Abstrahlung von A mit Öffnungswinkel 2/ t t nach K.Wille

  13. Spring 8, Japan

  14. European Synchrotron Radiation Facility (Grenoble)

  15. 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 20000 Benutzern • Weitere Beschleuniger sind in Bau und in Planung

  16. Experiment an der ESRF

  17. 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

  18. 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: 6 - 15 m Wavelength of X-ray radiation: 6 to 0.085 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

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

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

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