Grundbegriffe

Beugung

... ist die Ausbreiten von Wellen in den Schattenbereich hinein. Sie stellt eine Abweichung von der Vorstellung dar, dass sich Licht als Strahl ausbreitet. Die Bedeutung der Beugung nimmt mit kürzer werdender Wellenlänge, also wachsender Frequenz der Strahlung, ab. So werden niederfrequente Radiowellen so stark gebeugt, dass sie praktisch jeden ihnen zur Verfügung stehenden Raum ausfüllen. Radiowellen im UKW-Bereich nähern sich schon etwas der Vorstellung von Strahlen und man benötigt zum UKW-Empfang fast die Sichtweite zum Sender. Die Beugung von sichbarem Licht kann man dagegen nur noch mit Hilfsmitteln sichtbar machen. Da infrarotes Licht eine 10 bis 100 mal größere Wellenlänge als sichtbares Licht hat, spielt hier Beugung auch eine viel größere Rolle

Am einfachsten ist die Beugung an einer Wasserwelle zu beobachten, die an einem Steinwall gebeugt wird. Auch in dem im "Schatten" der Welle liegenden Bereich beobachtet man eine Wellenbewegung.


Divergenz

Die Divergenz eines Strahles gibt an, wie sich der Durchmesser des Strahles mit wachsender Entfernung ändert.

Divergenz

Elektronenvolt (eV)

In der Teilchenphysik übliche Energieeinheit. Ein Elektronenvolt entspricht der kinetischen Energie eines Elektrons, das durch die Spannung von 1 Volt beschleunigt wurde.

1 eV = 1,602·10-19 J = 1.602·10-19 Nm = 1.602·10-19 kg m2/s2

Für sich genommen ist ein eV eine sehr kleine Energieeinheit. So braucht man zum Beispiel zum Anheben eines Milligramms um einen Millimeter etwa Sechs Milliarden Elektronenvolt. Werden aber ein paar eV auf ein einzelnes Atom übertragen, so reicht das aus, um es zu einem Ion zu machen, d.h. ihm ein Elektronen zu entreißen.

Wegen der Masse-Energie Beziehung E = mc2 wird die Masse von Elementarteilchen auch in den Einheiten eV/c2 angegeben. Oft wird der Faktor c2 weggelassen und man meint damit die der Masse äquivalente Energie.

Abgeleitete Einheiten:

  • 1keV = 1 Kilo-Elektronenvolt = 103 eV
  • 1MeV = 1 Mega-Elektronenvolt = 106 eV
  • 1GeV = 1 Giga-Elektronenvolt = 109 eV

Emittanz

Größe, die die Breite und den Öffnungswinkel eines Strahles definiert. Große Emittanz bedeutet dicken Strahl beziehungsweise großen Öffnungswinkel.


Energieunschärfe

Sie beschreibt die mittlere Abweichung vom Mittelwert der Elektronenenergie.


Fotoeffekt

Das Freisetzen von Elektronen aus einer Metalloberfläche, die von elektromagnetischer Strahlung kurzer Wellenlänge (z.B. Ultraviolettstrahlung) getroffen wird, bezeichnet man als Fotoeffekt.

Frequenz

Die Frequenz gibt die Zahl der Schwingungen pro Zeiteinheit an.

Maßeinheit: 1 Hertz (Hz) = 1 Schwingung pro Sekunde.


Infrarot

Unsichtbare elektromagnetische Strahlung (Wärmestrahlung), die im Spektrum zwischen dem roten Licht und den kürzesten Mikrowellen liegt.
Man unterscheidet nahes, mittleres und fernes Infrarot. Nahes Infrarot ist das kurzwelligste aus der Familie der Infrarotstrahlung. Es schließt sich unmittelbar an das sichtbare Licht an. Fernes Infrarot ist dagegen viel langwelliger und reicht bis an das Gebiet der Mikrowellen. Eine scharfe Einteilung nach Wellenlängen gibt es nicht. Als Orientierungswerte kann man nehmen:

  Wellenlänge in μm
nahes Infrarot 0.8 -- 3
mittleres Infrarot 3 -- 20
fernes Infrarot 20 -- 300

Kohärente Strahlung

Elektromagnetische Strahlung ist kohärent, wenn zwischen den Teilwellen eine feste Phasenbeziehung besteht. Thermische Lichtquellen (z.B. Glühlampe) erzeugen inkohärentes Licht, weil ihre Atome statistisch unabhänig voneinander strahlen; stabilisierte Laser können jedoch kohärentes Licht ausstrahlen.
Überlagert man kohärentes Licht, so addieren sich die Feldstärken der einzelnen Komponenten. Das kann zu einer gegenseitigen Auslöschung führen. Bei der Überlagerung von inkohärentem Licht werden dagegen die Intensitäten addiert und eine gegenseitige Auslöschung ist nicht möglich.


Kryostat

Isoliergefäß zur Aufbewahrung heißer oder kalter Flüssigkeiten, also eine Art Thermoskanne.
Hier sind die supraleitenden Niobkavitäten von einem Kryostaten umgeben, der flüssiges Helium mit einer Temperatur von 1,8 K enthält. Das entspricht frostigen -271o C.


Magnetische Flussdichte

... beschreibt die Stärke eines Magnetfeldes und wird in der Einheit Tesla [T] angegeben.
In einer Spule mit einer Windung pro Millimeter, die von einem Strom der Stärke 1 Ampere [A] durchflossen wird, beträgt der Magnetfluss etwa ein Tausendstel Tesla [1 mT].
Mit guten magnetischen Materialien erreicht man bei einer Spaltbreite von 1cm eine Flussdichte von etwa 0.3 T auf der Achse des Undulartors.


Piezokristall

... ist ein Kristall, der schon bei einer relativ geringen Spannung seine Form verändert. Das wird durch eine bestimmte Zusammensetzung des Materials des Kristalles erreicht. Im Prinzip verformt sich jeder Kristall, wenn man Spannung anlegt. Die muss in der Regel aber sehr hoch sein.


Relativistisch

... ist der Zustand eines Teilchens, bei dem die Effekte der Relativitätstheorie erkennbar sind. Zum Beispiel ist die Geschwindigkeit eines Körpers / Teilchens immer kleiner als die Lichtgeschwindigkeit. Wenn zum Beispiel ein Mensch auf einem Förderband läuft, ist die eigentliche Geschwindigkeit des Menschen bezüglich zur Erde die Summe aus seiner Laufgeschwindigkeit und der Geschwindigkeit des Förderbands (V1 + V2 = V3). Wenn aber beide Körper z.B. schneller als die halbe Lichtgeschwindigkeit wären, wäre die resultierende Geschwindigkeit schneller als Lichtgeschwindigkeit - dies ist aber nicht so, die Lichtgeschwindigkeit wird nicht überschritten. Diese Abweichung ist ein Effekt der Relativitätstheorie. Man kann die beiden Körper als relativistisch bezeichnen.


Sprungtemperatur

Es gibt Materialien, die unterhalb einer bestimmten Temperatur jeglichen elektrischen Widerstand verlieren (Supraleiter). Die Temperatur, bei der diese Erscheinung einsetzt, nennt man Sprungtemperatur, da hier beim stetigen Abkühlen der elektrische Widerstand von einem endlichen Wert auf Null springt.


Strahlungsabsorption

... ist eine Schwächung der Intensität einer Strahlung auf ihrem Weg durch einen Stoff oder bei Reflexion an einer Oberfläche. Dabei wird Strahlungsenergie in andere Energieformen, zumeist Wärme umgewandelt.

Stationär

...auch bleibend oder zeitlich konstant.  

Supraleiter

Supraleiter sind Materialien, deren elektrischer Widerstand, beim Unterschreiten einer kritischen Temperatur (Sprungtemperatur), eine unmessbar kleine und daher vernachlässigende Größe annimmt.

Teilchenbeschleuniger

Gerät zur Erzeugung schneller Teilchen wie Elektronen, Protonen und anderer elementarer Bausteine der Materie. Nach der Form der Bahn, auf der die Teilchen geführt werden unterscheidet man Linear- und Ringbeschleuniger. Der größte Ringbeschleuniger für Elektronen befindet sich am CERN, dem europäischen Zentrum zur Erforschung der elementaren Bausteine der Materie. Er hat einen Umfang von 27 km.


Wellenlänge

Die Wellenlänge ist der räumliche Abstand zwischen zwei Wellenbergen oder -tälern einer Welle.

Man kennt elektromagnetische Wellen mit Wellenlängen von einigen Kilometern bis zu Bruchteilen der Ausdehnung eines Atomkerns. Das sichtbare Licht ist nur ein winziger Teil der gesamten Spektrums elektromagnetischer Wellen.


Wellenleiter

Ein Wellenleiter dient zur Führung von elektromagnetischer Strahlung. Seine Wände verhindern, dass ein beträchtlicher Teil des Lichts durch Beugung verloren geht. Er besitzt einen rechteckigen oder runden Querschnitt.