synkrotronstråling

Synkrotronstråling er elektromagnetisk stråling fra ladede partikler som beveger seg i en sirkulær bane i et sterkt magnetfelt.

Faktaboks

Uttale
synkrotrˈonstråling

Synkrotronstråling benyttes til forskning innen flere felt, blant annet faststoff-fysikk, medisinsk avbildning og materialanalyse i geologi.

Bruk

Synkrotronstrålingen har fått betydelig anvendelse innen fysikk, kjemi, biologi, materialvitenskap, geofysikk, miljø og medisin. Den benyttes blant annet ved røntgenspektroskopi, ved studier av finstrukturer i molekylspektra, diffraksjonsstudier, mössbauerspektroskopi og også ved ultrafiolett vakuumspektroskopi, ved røntgen-fluorescensstudier med mer.

Beskrivelse

Synkrotronstråling skyldes avbøyningen, sentripetalakselerasjonen, til partiklene. Tilsvarende stråling oppstår ved all akselerasjon eller nedbremsing av ladede partikler. I sistnevnte tilfelle kjennes den best under navnet bremsestråling.

Synkrotronstråling er først kjent fra undersøkelser av betatronen, hvor det ble vist at strålingen satte en øvre grense for den energien som kunne oppnås i akseleratoren. Strålingsintensiteten øker med 4. potens av energien til de akselererte partiklene, og er omvendt proporsjonal med baneradien og med 4. potens av partiklenes masse. Ved elektronenergi på 500 MeV og baneradius 2 m faller strålingen stort sett i det ultrafiolette området, og forskyves så med økende partikkelenergi raskt over i røntgenområdet.

Synkrotronstråling oppstår også i stjerner som roterer i et sterkt magnetfelt, og måling av synkrotronstråling fra verdensrommet har fått stor betydning innen astrofysikken.

Den ytre ringen er selve synkrotronen: en partikkel-akselerator som gir elektroner (lysblå stråle) en svært høy hastighet. Elektronene akselereres av et elektrisk felt i de rette seksjonene mellom de grønne firkantene. De røde rektanglene er magneter som bøyer av elektronstrålen. Når strålen bøyes av, sender elektronene ut synkrotronstråling (vist som gule stråler). Det sendes oftest ut røntgenstråling som benyttes til vitenskapelig utstyr og eksperimenter (vist som de utstikkende seksjonene rundt den ytre ringen).
Av /By EPSIM 3D/JF Santarelli, Synchrotron Soleil - Synchrotron Soleil, Attribution, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=376907.
Lisens: Attribution

Karakteristiske egenskaper

Synkrotronstrålingen er karakterisert ved høy intensitet over et forholdsvis lite frekvensområde, ved at strålingen er lineært polarisert og ved at all strålingen sendes ut nesten tangentielt til banen som elektronene beveger seg i. Strålingen skiller seg også fra vanlig røntgenstråling ved at den danner et kontinuerlig spektrum uten karakteristiske linjer. Den har sin maksimale intensitet ved en fotonenergi ε = (2,2 E2/R) keV, hvor E er elektronenergien i GeV og R er banens krumningsradius i meter. Ved den største betatronen som er bygd, med en energi på 0,3 GeV og en baneradius på 1,2 m, faller den maksimale intensitet ved en fotonenergi på 50 eV, midt i det ultrafiolette området. Ved en synkrotron for 5 GeV elektroner med baneradius på 30 m er maksimumet forskjøvet til 9 keV, langt ute i røntgenområdet.

Forskningsaktivitet

Storparten av studiene med synkrotronstråling er hittil gjort ved elektronsynkrotroner eller elektronlagringsringer som er konstruert spesielt for bruk innen elementærpartikkelfysikk. Man har bygd spesielle installasjoner som er optimalisert for å gi sterkest mulig synkrotronstråling. Disse består vanligvis av en akselerator, synkrotron eller lineærakselerator, for elektroner i området 1–2 GeV, og en lagringsring hvor strålingen kan tas ut i bestemte retninger. For å få strålingen ut bare fra bestemte områder og for å øke intensiteten og fotonenergien, utstyres lagringsringen med små, sterke, ofte superledende magneter, vrikkere (engelsk Wigglers), som samler elektronstrålen til et tverrsnitt på under 1 mm2 og avbøyer den sterkt, vekselvis mot høyre og venstre.

Vesteuropeiske land, blant disse Norge, inngikk 1987 avtale om opprettelse av et forskningssenter for synkrotronstråling, European Synchrotron Radiation Facilities, ESRF, i Grenoble i Frankrike. De viktigste installasjonene er en 6 GeV elektronsynkrotron, en lagringsring med 850 m omkrets og langs denne 30 stasjoner med vrikkemagneter. Laboratoriet ble tatt i bruk i 1994. Virksomheten blir finansiert av de 15 medlemslandene, deriblant Norge. Laboratoriet var fullt utbygd i 1998 og har 40 eksperimentplasser, slik at flere forskningsgrupper kan arbeide parallelt.

Les mer i Store norske leksikon

Ekstern lenke

Kommentarer

Kommentaren din publiseres her. Fagansvarlig eller redaktør svarer når de kan.

Du må være logget inn for å kommentere.

eller registrer deg