Entdeckt wurde die Synchrotronstrahlung, wie der Name es schon erahnen lässt, in den großen Teilchenbeschleunigern, die man auch Synchrotrone nennt. Sie wird von Elektronen emittiert, welche sich mit fast Lichtgeschwindigkeit in einem Magnetfeld bewegen (die Lichtgeschwindigkeit können sie aufgrund ihrer Ruhemasse nicht erreichen).

In einem Magnetfeld können Elektronen sich nicht geradlinig ausbreiten. Sie unterliegen hier der so genannten Lorentz- Kraft, wodurch sie zu mehr oder weniger lang gestreckten, spiralartigen oder schraubenförmigen Bewegungen um die magnetischen Feldlinien gezwungen werden. In Richtung ihrer Bewegung senden sie die Synchrotronstrahlung scharf gebündelt in einem Kegel aus. Der Öffnungswinkel des Strahlungskegels ist dabei umso kleiner, je höher der Energieinhalt und damit die Geschwindigkeit des Elektrons ist.

Bei den abgestrahlten Energien handelt es sich nicht um thermische Strahlung, wie sie beispielsweise von den Sternen emittiert wird, sondern um freigesetzte kinetische Energie. Das Spektrum der Strahlung ist kontinuierlich und sie ist in der Bewegungsebene der Elektronen polarisiert, wobei ein Intensitätsmaximum bei Wellenlängen im Zentimeter- oder Dezimeterbereich und damit innerhalb der Radiostrahlung liegt. Hierdurch kann man sie von anderer, thermischer Strahlung unterscheiden. Es sind allerdings auch Strahlungsquellen bekannt, welche Synchrotronstrahlung sogar im sichtbaren und selbst im Röntgen- und Gammastrahlenbereich emittieren.

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