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ÖH StV Physik
ESRF … Licht für die Wissenschaft
Die europäische Synchrotronstrahlungsquelle ESRF („European Synchrotron Radiation
Facility“) stellt ein breites Spektrum von wissenschaftlichen Experimenten der Weltklasse in
gleißendes Licht. Als Quelle von Röntgenstrahlung höchster Intensität und Brillanz ist die
ESRF ein Anziehungspunkt für internationale Forscher sowohl von Universitäten als auch von
der Industrie.
Multinationales Exzellenzzentrum
Die ESRF im französischen Grenoble
ist ein von 19 Ländern gemeinsam getragenes
und genutztes wissenschaftliches
Exzellenzzentrum. Seit 1994
werden hier die hellsten Röntgenstrahlen
in Europa für Untersuchungen an
einer Vielfalt von Objekten hergestellt.
Die damit untersuchten Materialien
reichen von biologischen Molekülen,
nachhaltigen Polymeren und Nanostrukturen
bis zu kostbaren archäologischen
Fundstücken und neuartigen
Komponenten für Brennstoffzellen.
ESRF in Grenoble
Das außerordentlich brillante Röntgenlicht
der ESRF stammt von hochenergetischen
Elektronen, die in
dichtem Strahl in einem kreisförmigen
Teilchenbeschleuniger, dem sogenannten
Speicherring, kreisen.
Um eine Idee davon zu bekommen,
wie die Röntgenstrahlung in diesem
Fall überhaupt entsteht, werden im
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Folgenden die einzelnen Teilbereiche
der Forschungsanlage näher erklärt:
Linearbeschleuniger (Linac)
Elektronen aus einer Elektronenkanone
– einer Einheit, wie sie in ähnlicher
Form auch in klassischen Röhrenfernsehern
zu finden ist – werden im
Vakuumrohr des Linac durch ein gepulstes
elektrisches Feld zu „Paketen“
gebündelt und auf annähernd Lichtgeschwindigkeit
beschleunigt.
Booster-Synchrotron
Bevor die Elektronen in den gigantischenSpeicherring
gelangen,
müssen sie auf ihre
Endenergie von
sechs Milliarden
Elektronenvolt (6
GeV) gebracht werden.
Das geschieht
in einem 300 Meter
langen, rennbahnförmigenBeschleuniger.
Dieses „Booster-Synchrotron“
besteht im Wesentlichen
aus Hochfrequenzkavitäten
und
Dipolmagneten zur
Beschleunigung
bzw. Umlenkung des Strahls auf eine
Ringbahn. Die Stärke der Magnetfelder
muss dabei sorgfältig erhöht und
mit der steigenden Energie der Elektronen
synchronisiert werden – daher der
Name „Synchrotron“ für diesen Typ
von Teilchenbeschleuniger. Nach nur
50 Millisekunden ist die Endenergie
von 6 GeV erreicht und die Elektronen
werden in den Speicherring überführt.
Wolfgang Schlögelhofer
Vorsitzender ÖH StV Physik
Aufbau des Synchrotrons
Speicherring
Im Speicherring, dessen Umfang 844
Meter beträgt, rasen die Elektronen
stundenlang mit annähernd Lichtgeschwindigkeit
durch ein auf extrem
niedrigen Druck (ein Milliardstel millibar)
ausgepumptes Vakuumrohr. Dabei
durchlaufen sie verschiedene Arten
von Magneten, die meisten davon sind
Umlenkmagnete, Undulatoren und
Fokussiermagnete.
Umlenkmagnete
Im Inneren des Speicherrings befinden
sich 64 Umlenkmagnete, die, wie ihre
Gegenstücke im Booster, dazu dienen,
die Elektronen auf eine Ringbahn zu
zwingen. Dieselben Umlenkmagnete
sind jedoch auch eine Quelle von Synchrotronlicht.
Nach Maxwells Theorie
des Elektromagnetismus werden
elektromagnetische Wellen emittiert,
wenn die Elektronen eine Beschleunigung
erfahren (in diesem Fall zur Seite,
durch die Umlenkkraft der Magnete).
Im Inneren des Speicherrings
Die elektromagnetischen Wellen breiten
sich tangential zur gebogenen Elektronenbahn
aus und werden optisch zu
einem feinen, intensiven Strahl gebündelt.
Dieser Strahl wird dann durch die
„Beamline“ (Strahlrohr) in eine Experimentierhalle
geleitet und kann dort für
Untersuchungen genutzt werden.
Fokussiermagnete
Die Fokussiermagnete, auch magnetische
Linsen genannt, halten den Elektronenstrahl
so klein wie möglich.
Undulatoren
Undulatoren sind komplexe magnetische
Baugruppen aus kleinen, nebeneinander
angeordneten Magneten
alternierender Polarität. Diese Struktur
zwingt die Elektronen auf eine „undulierende
Slalombahn“. Die Strahlen, die
von den vielen Kurven dieser Bahn ausgehen,
überlagern und interferieren zu
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einem Gesamtstrahl, der viel intensiver
ist als der Strahl aus einem einzelnen
Umlenkmagneten.
Undulator
Datenerfassung
Der somit erzeugte intensive Röntgenstrahl
kann nun in sogenannten „Beamlines“
für Untersuchungen aller Art
genutzt werden. Die ESRF verfügt über
42 hochspezialisierte Beamlines, die
alle mit modernsten Instrumenten ausgestattet
sind.
ÖH-JKU-APP: Service das hilft, Politik die wirkt.
ÖH StV Physik
Jedes Jahr besuchen Tausende von ForscherInnen
aus aller Welt die ESRF, um
Experimente an vorderster Front von
Wissenschaft und Technik zu betreiben.
Als HochschülerInnenschaft ist es uns immer ein Anliegen, Studierende
bestmöglich zu informieren & nützlichen Service anzubieten.
Daher haben wir gemeinsam mit einer Studierenden der JKU die ÖH-
JKU-APP für Android Handys erstellt, die du dir bereits in der Beta-
Version downloaden kannst.
https://market.android.com/details?id=at.jku
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physik@oeh.jku.at
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