Synchrotron-lichtbron
Een synchrotron-lichtbron is een bron van elektromagnetische straling die door een synchrotron wordt geproduceerd. De straling kan kunstmatig worden geproduceerd voor wetenschappelijke en technische doeleinden door gespecialiseerde deeltjesversnellers, meestal door het versnellen van elektronen. Zodra de hoogenergetische elektronenbundel is opgewekt, wordt deze gericht op hulpcomponenten zoals buigmagneten en invoegtoestellen (ontregelaars of wigglers) in opslagringen en vrije-elektronenlasers. Deze leveren de sterke magnetische velden loodrecht op de bundel die nodig zijn om de hoogenergetische elektronenenergie om te zetten in licht of een andere vorm van elektromagnetische straling.
Synchrotronstraling kan voorkomen in versnellers, hetzij als overlast bij deeltjesfysische experimenten, hetzij met opzet voor vele laboratoriumtoepassingen. Elektronen worden in verschillende fasen versneld tot hoge snelheden om een finale energie te bereiken die in het GeV-bereik kan liggen. In de Large Hadron Collider (LHC) produceren protonbundels ook de straling bij toenemende amplitude en frequentie terwijl ze versnellen in het vacuümveld, waardoor foto-elektronen worden gemaakt. De foto-elektronen maken dan secundaire elektronen van de pijpwanden met toenemende frequentie en dichtheid tot 7x1010. Elk proton kan door dit fenomeen 6,7keV per beurt verliezen. Zowel elektronensynchrotronen als protonsynchrotronen kunnen dus een lichtbron zijn.
De belangrijkste toepassingen van synchrotronlicht zijn in de gecondenseerde materiaalfysica, de materiaalkunde, de biologie en de geneeskunde. Veel experimenten met behulp van synchrotron licht sonderen de structuur van de materie van het sub-nanometer niveau van de elektronische structuur tot de micrometer en millimeter niveau. Dit is belangrijk in de medische beeldvorming. Een voorbeeld van een praktische industriële toepassing is de productie van microstructuren door middel van het Lithografie, Electroplating en Molding (LIGA) proces.
Vragen en antwoorden
V: Wat is een synchrotron lichtbron?
A: Een synchrotronlichtbron is een bron van elektromagnetische straling die geproduceerd wordt door een gespecialiseerde deeltjesversneller, meestal door elektronen te versnellen.
V: Hoe worden sterke magnetische velden gecreëerd om de hoogenergetische elektronenenergie om te zetten in licht of andere vormen van elektromagnetische straling?
A: Sterke magnetische velden worden gecreëerd door hulpcomponenten zoals buigmagneten en inbrengapparaten (undulators of wigglers) in opslagringen en vrije-elektronenlasers. Deze leveren de sterke magnetische velden loodrecht op de bundel die nodig zijn om de hoogenergetische elektronenenergie om te zetten in licht of een andere vorm van elektronmagnetische straling.
V: Welk soort deeltjes kan in een synchrotron worden versneld?
A: Elektronen kunnen in verschillende fasen tot hoge snelheden worden versneld om een eindenergie te bereiken die in het GeV-gebied kan liggen. Daarnaast produceren protonbundels ook straling met toenemende amplitude en frequentie wanneer zij in het vacuümveld versnellen, waarbij foto-elektronen worden gemaakt.
V: Welke soorten toepassingen kent synchrotronlicht?
A: De belangrijkste toepassingen van synchrotronlicht liggen in de natuurkunde van gecondenseerde materie, materiaalkunde, biologie en geneeskunde. Bij veel experimenten met synchrotronlicht wordt de structuur van materie onderzocht, van het sub-nanometerniveau van de elektronische structuur tot het micrometer- en millimeterniveau. Dit is belangrijk bij medische beeldvorming. Een voorbeeld van een praktische industriële toepassing is de vervaardiging van microstructuren via het Lithography, Electroplating, and Molding (LIGA) proces.
V: Hoeveel energie verliest elk proton per beurt door dit verschijnsel?
A: Elk proton verliest 6,7keV per omwenteling door dit verschijnsel.
V: Welk type versnellers produceert deze bronnen doorgaans?
A: Synchrotronlichtbronnen worden gewoonlijk geproduceerd door gespecialiseerde deeltjesversnellers zoals opslagringen en vrije-elektronenlasers.
