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Röntgenstrahlen Erzeugung in Röntgenröhren. Inhalt Aufbau einer Röntgenröhre Erzeugung von Röntgenstrahlung: –Bremsstrahlung –Charakteristische Strahlung.

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Präsentation zum Thema: "Röntgenstrahlen Erzeugung in Röntgenröhren. Inhalt Aufbau einer Röntgenröhre Erzeugung von Röntgenstrahlung: –Bremsstrahlung –Charakteristische Strahlung."—  Präsentation transkript:

1 Röntgenstrahlen Erzeugung in Röntgenröhren

2 Inhalt Aufbau einer Röntgenröhre Erzeugung von Röntgenstrahlung: –Bremsstrahlung –Charakteristische Strahlung Berechnung der Wellenlängen

3 380 nm Violett 7, Hz 780 nm rot 3, Hz Technische Schwingkreise Molekül- schwingungen Valenz Elektronen Innere Orbitale Frequenzbereiche der Oszillatoren: Röntgenstrahlung Kern- reaktio nen

4 Aufbau einer Röntgenröhre Heizstrom 4 A Brems- strahlung Nach ca s: Charakteristische Strahlung Röhrenspannung 45 kV Röhrenstrom 30 mA oder 2,5 mm Al zur Durchleuchtung in Medizn und Technik Röhrenfenster aus 0,4 mm Beryllium zur Beugung mit Röntgenstrahlung

5 Emission einer Röntgenröhre Bremsstrahlung, abhängig von der Spannung zwischen Kathode und Anode Charakteristische Strahlung, abhängig von der Spannung zwischen Kathode und Anode und vom Material der Anode

6 Beispiel für den Gebrauch der Einheit Elektronenvolt 50 keV ist die Energie eines Elektrons, das durch eine Spannung von 50 kV beschleunigt wurde. (Diese Einheit ist handlicher als die Angabe von J) 50 kV

7 Einheit 1eV Energieerhaltung, es gilt f = c / λ [Hz] 1 Å Wellenlänge in Å, Spannung U in Kilovolt Umrechnung der Wellenlänge zu Energie in eV Eine handliche Formel zur Berechnung der minimalen Wellenlänge bei bekannter Anregungsspannung

8 Spektrum einer Röntgenröhre mit Wolfram Anode = m Bremsspektrum und charakteristische Strahlung einer W-Anode bei 160 kV Betriebsspannung (z. B. für Grobstrukturuntersuchung). Quelle: Pohl, Optik und Atomphysik

9 Die Bremsstrahlung Beim Aufprall auf die Anode wird das Elektron abgebremst: –Die zeitliche Änderung des Elektronenstroms induziert ein zeitlich veränderliches magnetisches Feld –Dadurch wird ein elektrisches Wirbelfeld induziert Die sich zeitlich ändernden Felder werden mit Lichtgeschwindigkeit abgestrahlt

10 Das Magnetfeld von Strömen Magnetische Feldlinien Richtung des Stromflusses

11 Ein schwingendes magnetisches Felds erzeugt ein schwingendes elektrisches Feld

12 Grundlagen der Elektrizitätslehre Elektrisches Feld Magnetisches Feld Feldstärken Statisch Dynamisch Coulomb- Gesetz Ladungen Gauß Gesetz Amp. Durchfl. Strom Elektrisches Feld Faraday: Indukt. E-Feld Maxwell: Indukt. B-Feld d / dt

13 Charakteristische Strahlung Atomare Anregung durch Ionisation auf einer inneren Schale

14 Entstehung bei Ionisation größerer Atome durch Stoß in der innersten Schale Die Zahlen stehen für die am Übergang beteiligten Nummern der Schalen (n, m), die griechischen Indizes 21 Bei Übergängen auf inneren Schalen liegen die Frequenzen im Röntgen- Bereich λ ~ 1/Z 2

15 2,5GHz Mikro- wellenherd 50 Hz (Netz) 380 nm Violett 7, Hz 780 nm rot 3, Hz Emissionslinien einer Röhre mit Cu-Anode Cu Anode (Z=29) 0,154 nm Cu K α 0,139 nm Cu K β

16 Zusammenfassung Aufbau einer Röntgenröhre: Zwischen einer Glühkathode und der Anode liegt Hochspannung ( kV) Zwei voneinander unabhängige Prozesse verursachen Röntgenstrahlung: Auf der Anode abgebremste Elektronen senden Bremsstrahlung aus –Bei Beschleunigung mit Spannung U in [kV] folgt die Wellenlänge λ in [Å] λ = 12,4 / U [Å] (1 Å = 0,1 nm) Die angeregten Atome der Anode emittieren zusätzlich charakteristische Strahlung

17 finis Heizstrom 4 A Röhrenspannung 45 kV Röhrenstrom 30 mA Emission der Bremsstrahlung bei Ankunft des Elektrons, verzögert folgt die Emission der charakteristischen Strahlung


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