Synchrotronowe źródło światła
Synchrotronowe źródło światła jest źródłem promieniowania elektromagnetycznego wytwarzanego przez synchrotron. Promieniowanie to może być sztucznie wytwarzane do celów naukowych i technicznych przez wyspecjalizowane akceleratory cząstek, zazwyczaj poprzez przyspieszanie elektronów. Po wygenerowaniu wysokoenergetycznej wiązki elektronów jest ona kierowana do elementów pomocniczych, takich jak magnesy gnące i urządzenia wtykowe (falowniki lub wahadłówki) w pierścieniach magazynujących i laseryna swobodnych elektronach. Dostarczają one silne pola magnetyczne prostopadłe do wiązki, które są potrzebne do przekształcenia wysokoenergetycznej energii elektronów w światło lub inną formę promieniowania elektronowo-magnetycznego.
Promieniowanie synchrotronowe może występować w akceleratorach albo jako uciążliwość w doświadczeniach z fizyką cząstek, albo celowo w wielu zastosowaniach laboratoryjnych. Elektrony są przyspieszane do dużych prędkości w kilku etapach, aby osiągnąć energię końcową, która może znajdować się w zakresie GeV. W Wielkim Zderzaczu Hadronów (LHC) wiązki protonów również wytwarzają promieniowanie o coraz większej amplitudzie i częstotliwości, gdy przyspieszają w polu próżniowym, tworząc fotoelektrony. Następnie fotoelektrony wytwarzają ze ścianek rur elektrony wtórne o rosnącej częstotliwości i gęstości do 7x1010. Każdy proton może stracić 6,7keV na obrót z powodu tego zjawiska. Tak więc zarówno synchrotrony elektronowe jak i protonowe mogą być źródłem światła.
Główne zastosowania światła synchrotronowego znajdują się w fizyce materii skondensowanej, materiałoznawstwie, biologii i medycynie. Wiele eksperymentów wykorzystujących światło synchrotronowe bada strukturę materii od podnanometrowego poziomu struktury elektronicznej do poziomu mikrometrowego i milimetrowego. Jest to ważne w obrazowaniu medycznym. Przykładem praktycznego zastosowania przemysłowego jest wytwarzanie mikrostruktur w procesie litografii, galwanizacji i formowania (LIGA).
Pytania i odpowiedzi
P: Co to jest synchrotronowe źródło światła?
O: Synchrotronowe źródło światła jest źródłem promieniowania elektromagnetycznego wytwarzanego przez wyspecjalizowany akcelerator cząstek, zazwyczaj przez przyspieszanie elektronów.
P: Jak powstają silne pola magnetyczne, które przekształcają energię wysokoenergetycznych elektronów w światło lub inne formy promieniowania elektromagnetycznego?
O: Silne pola magnetyczne są wytwarzane przez elementy pomocnicze, takie jak magnesy zginające i urządzenia wstawiające (undulatory lub wigglery) w pierścieniach magazynujących i laserach na swobodnych elektronach. Dostarczają one silnych pól magnetycznych prostopadłych do wiązki, które są potrzebne do przekształcenia energii wysokoenergetycznych elektronów w światło lub inną formę promieniowania elektronowo-magnetycznego.
P: Jakiego rodzaju cząstki mogą być przyspieszane w synchrotronie?
O: Elektrony mogą być przyspieszane do wysokich prędkości w kilku etapach, aby osiągnąć energię końcową, która może być w zakresie GeV. Ponadto wiązki protonów w miarę przyspieszania w polu próżniowym wytwarzają promieniowanie o coraz większej amplitudzie i częstotliwości, tworząc fotoelektrony.
P: Jakie są rodzaje zastosowań światła synchrotronowego?
O: Główne zastosowania światła synchrotronowego to fizyka materii skondensowanej, materiałoznawstwo, biologia i medycyna. Wiele eksperymentów z wykorzystaniem światła synchrotronowego bada strukturę materii od sub-nanometrowego poziomu struktury elektronicznej do poziomu mikrometrów i milimetrów. Jest to ważne w obrazowaniu medycznym. Przykładem praktycznego zastosowania przemysłowego jest wytwarzanie mikrostruktur w procesie litografii, galwanizacji i formowania (LIGA).
P: Ile energii traci każdy proton na jeden obrót w wyniku tego zjawiska?
O: Każdy proton może stracić 6,7keV na obrót w wyniku tego zjawiska.
P: Jakiego typu akceleratory zazwyczaj produkują te źródła?
O: Synchrotronowe źródła światła są zazwyczaj wytwarzane przez specjalistyczne akceleratory cząstek, takie jak pierścienie magazynujące i lasery na swobodnych elektronach.
