Teilchen surfen auf Plasma

landy · Anmeldungsdatum: 06.07.2004 Beiträge: 55

Ich habe im spektrum der wissenschaft einen artikel über eine altanative zu den teichenbeschleunigern wie den LHC gelesen. diese basieren auf "plasmaschübe" oder so ähnlich.
auf ein plasma (also ein heißes, ionisiertes gas - naja gas ist es ja nicht sondern ein eigener aggrgatzustand) wird ein extrem starker und kurzer laser impuls gerichtet und die Teilchen dadurch vorangetrieben.
das passiert anscheinend durch den "Strahlungsdruck".

meine frage ist nun: Was ist er Strahlungsdruck und wie treibt er die elektronen im Plasma voran?

hoffe auf eine einfach verständliche antwort Wink

Schrödingers Katze · Anmeldungsdatum: 10.07.2005 Beiträge: 695 Wohnort: Leipzig

Ich nehme mal an, du meinst das jetzt trotz der Einleitung nicht so hochwissenschaftlich?

Photonen haben einen Impuls,

müsste die aus dem Energieansatz umgestellte Gleichung dazu lauten (hf=mc² |:c ), und den übertragen sie an Partner, die sie absorbieren.

Gleiches Prinzip, was Lichtmühlen dreht, mit dem man Zellen festhalten kann...

Vllt. suchste mal bei Wiki zu tieferschürfenden Sachen.

Nikolas

Schrödingers Katze · Anmeldungsdatum: 10.07.2005 Beiträge: 695 Wohnort: Leipzig

Es sei denn, in dem Behältnis ist (fast) keine Luft.

landy · Anmeldungsdatum: 06.07.2004 Beiträge: 55

also wenn ich das richtig verstanden habe ist:
p=h*f=h/Lamda=m*c²/c=E/c

wenn ich nun den Teilchen mehr Energie hinzufüge (E) dann nimmt der Impuls proportional dazu zu. nur ist mir eines noch nicht klar: in einer grafik schiest mit hohem druck ein plasma über eine düse hinaus (etwa mit schallgeschwindigkeit) im Rechten winkel dazu schiest man mit einem Laser drauf und die Teilchen folgen dem Laser. Aber warum folgen sie ihm?
Hier nochmal eine kleine zeichnung:
^
|
|
|<------laser
|
|
plasma

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

landy · Anmeldungsdatum: 06.07.2004 Beiträge: 55

aaah jetzt hab ich es kapiert!
der vergleich mit dem medizinball hat mir da sehr weitergeholfen !
bei dem ist es ja auch egal in welche richtung die tennisbälle ihn verlassen sondern es ist wichtig wo sie herkommen !

die nummer der Ausgabe kann ich derzeit nicht sagen da ich das heft nicht bei mir habe (bin gearade in der arbeit und das heft liegt bei mir daheim), aber ich kann dir sagen, dass es das aktuelle heft ist, also schätze ich mal die august (oder juli) ausgabe

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Mit deinem Tipp habe ich den Artikel nun gefunden: Er ist im August-Heft 2006 ab Seite 56. Da sehe ich nun, dass das, was ich dir oben erklärt habe, leider überhaupt nichts mit diesem Artikel zu tun hat.

Denn der Impulsübertrag von Photonen auf Atome oder Ionen, also das oben angesprochene "Bombardieren von Medizinbällen mit Tischtennisbällen", funktioniert nur für schwache, lange Laserpulse oder kontinuierlich eingestrahlte Laserstrahlen.

Die Laserpulse für die Kielfeld-Beschleuniger in dem Artikel sind viel, viel kürzer und intensiver. Wenn diese Laserpulse auf den Strahl aus Gasatomen treffen, dann werden die Lichtteilchen nicht von den Atomen geschluckt und gleich danach wieder ausgespuckt. Sondern die Lichtpulse sind so intensiv, dass sie Elektronen aus der Elektronenhülle der Atome, auf die sie treffen, komplett von den Atomen lösen und wegschleudern. (Weil das elektrische Feld der Lichtwellen senkrecht zu ihrer Ausbreitungsrichtung steht, würde ich erwarten, dass diese Elektronen vor allem seitlich weggeschleudert werden.)

Dadurch entsteht eine Blase: Innen die Ionen, das heißt, die Atome, denen Elektronen weggerissen wurden, und außen an der Blase die Elektronen, die (vorne an der Blase) gerade wegfliegen oder (hinten an der Blase) gerade wieder zurückkommen, weil sie von den positiven Ladungen im Inneren der Blase angezogen werden. Also ist diese Blase innen positiv und außen negativ geladen. Elektronen, die sich hinten in so einer Blase befinden, werden also nach vorne beschleunigt. Und weil diese Blase mit dem Laserpuls mit Lichtgeschwindigkeit durch das Gas wandert, werden diese Elektronen hinten in der Blase in Bewegungsrichtung der Blase, also in Richtung des Laserpulses beschleunigt. Wenn man also Elektronen hinten in so eine Blase hineinpackt, die fast schon Lichtgeschwindigkeit haben, dann bewegen sich diese Elektronen mit der Blase mit und gewinnen dabei Energie.

landy · Anmeldungsdatum: 06.07.2004 Beiträge: 55

danke das war eine sehr einleuchtende erklärung ! Gott

eine frage noch: warum schleudern die photonen die elektronen aus der bahn ? auch wegen der impulsübertragung ?

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Nein, Elektronen alleine können ja keine Photonen "schlucken", also auch nicht den Impuls der Photonen übernehmen. Ein Impulsübertrag ist nur möglich, solange das Atom noch mit dabei ist (sonst gäbe es Probleme mit dem Impuls- und dem Energieerhaltungssatz).

Ich würde vermuten, die Elektronen werden vielmehr deshalb aus dem Atom heraus und zur Seite geschleudert, weil sie im elektrischen Feld der elektromagnetischen Welle beschleunigt werden.

Das funktioniert, wenn die Laserpulse hier so intensiv sind, dass die Amplitude der elektrischen Feldstärke dafür ausreichend groß ist.

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// edit: Allerdings ist in einem Plasma ja dafür gesorgt, dass die Elektronen nicht alleine sind, sondern mit vielen anderen geladenen Teilchen wechselwirken. Dadurch können die Elektronen also wohl doch die Photonen schlucken und dabei deren Energie und Impuls aufnehmen, weil die anderen geladenen Teilchen drumherum dafür sorgen können, dass Energie- und Impulserhaltung dabei gewährleistet bleiben. Und diese anderen geladenen Teilchen dürften auch dafür sorgen, dass die Elektronen nicht nur in die Richtung wegfliegen, in die sie von den Photonen gekickt werden, sondern in alle möglichen Richtungen, weil sie ihre Flugrichtung ändern können, indem sie mit den anderen geladenen Teilchen des Plasmas wechselwirken.

Also kann man hier wohl doch von einem Strahlungsdruck (aber von einem Strahlungsdruck vor allem auf die Elektronen, nicht wie oben diskutiert auf Atome oder Ionen) sprechen, bei dem der Impuls der Photonen auf die Elektronen übertragen wird, was in einem Plasma dazu führt, dass die Elektronen in alle Richtungen wegfliegen.

landy · Anmeldungsdatum: 06.07.2004 Beiträge: 55

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Ich bin einverstanden, dass der zweite Teil besser geeignet ist, um zu erklären, warum laut Artikel durch den Strahlungsdruck die Elektronen in alle Richtungen wegfliegen. Augenzwinkern

Eine Wechselwirkung zwischen einem Elektron und dem elektrischen Feld eines sehr kurzen, intensiven Lichtpulses führt genaugenommen erst einmal dazu, dass das Elektron ein paar mal heftig hin- und herschwingt, bevor es dann weggeschleudert wird.

Die Wechselwirkung zwischen Elektron und den Photonen geschieht in beide Richtungen: Wenn das Elektron zur einen Seite geschleudert wird, werden die vielen Photonen, die das dementsprechende elektrische Feld erzeugen, alle ein bisschen zur anderen Seite hin abgelenkt.

Noch klarer wird diese gegenseitige Wechselwirkung vielleicht an einem anderen Beispiel, das du vielleicht schon kennst: Beim Compton-Effekt stößt ein einziges Röntgen- oder Gammaquant (also ein Photon mit einer viel höheren Energie als die Photonen von oben) mit einem Elektron so, als ob es sich um zwei Billardkugeln handeln würde.

Ich würde sagen, diese Wechselwirkung ist eine zwischen Photonen und einem Elektron, und nicht zwischen Photonen und einem elektrischen Feld, meinst du nicht auch?

landy · Anmeldungsdatum: 06.07.2004 Beiträge: 55

danke nochmal für die erklärung! Thumbs up!

ich hab mir den artikel zum compton-effekt mal auf wikipedia durchgelesen (link)
und nun ist mir einigel klarer!
in der formel gibts sogar den austrittswinkel! Tanzen

und, dass das mit dem elektrischen feld nicht zusammenhängt sondern mit den elektronen hab ich jetzt auch kapiert!

thy Thumbs up!