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

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

1 Röntgenstrahlen

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

3 Aufbau einer Röntgenröhre 50 kV 60 V BremsstrahlungCharakteristische Strahlung Fenster: 2,5 mm Al

4 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

5 Eine spezielle Einheit der Energie: Das Elektronenvolt 1 J Arbeit und Spannung 1 J Arbeit in J, Spannung in V

6 Beispiel für den Gebrauch der Einheit Elektronenvolt 50 eV ist die Energie eines Elektrons, das durch eine Spannung von 50 kV beschleunigt wurde. (Diese Einheit ist handlicher als die Angabe von J) Heizung ca. 60 V 50 kV Fenster: 2,5 mm Al

7 Einheit 1eV Energie- erhaltung, mit 1 Å Wellenlänge in Å, U in Kilovolt Umrechnung der Wellenlänge zu Energie in eV

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 Gaußs. Gesetz Faraday: Indukt. E-Feld Amp. Durchfl. Strom Elektrisches Feld Maxwell: Indukt. B-Feld

13 Charakteristische Strahlung Atomare Anregung durch Ionisation auf einer inneren Schale

14 Ionisation in der innersten Schale Die Zahlen stehen für die Nummern der Schalen (n, m) zur Berechnung der Wellenlänge der emittierten Strahlung 21 KLMN

15 Ionisation in der zweiten Schale 32 43

16 Übergänge für Röntgenstrahlung Schema der Übergänge bei der Emission der charakteristischen Röntgenstrahlung

17 EinheitAnmerkung 1 1/s Frequenz der emittierten elektromagnetischen Strahlung 1 m Wellenlänge der emittierten elektromagnetischen Strahlung 1 1/sRydbergfrequenz Erinnerung: Wellenlänge der Strahlung bei Wechsel von Bahn m zu n

18 mnBezeichnungWellenlänge [m]Energie [keV] 31 1, ,2 21 1, ,6 32 7, , , ,56 Berechnete Wellenlängen der Strahlung bei Wechsel von Bahn m zu n für eine Cu-Anode, Z=29 Die Energie 1 eV entspricht 1, J

19 Element Ladungs- zahl Wellenlänge [m]Energie [keV] W740, Rh450, Mo420, Cu291, ,6 C ,36 Berechnete Wellenlänge der Strahlung bei Wechsel von Bahn 2 zu 1 für einige Elemente Die Energie 1 eV entspricht 1, J Grafik

20 2,5GHz Mikro- wellenherd 50 Hz (Netz) 380 nm Violett 7, Hz 780 nm rot 3, Hz Position der Emissionslinie im elektromagnetischen Spektrum Cu Anode (Z=29)

21 Zusammenfassung Aufbau einer Röntgenröhre: Zwischen einer Glühkathode und der Anode liegt Hochspannung ( kV) Es gibt zwei Quellen für Röntgenstrahlung: Beim Abbremsen der auf der Anode auftreffenden Anoden wird die Bremsstrahlung emittiert –Bei Beschleunigung mit Spannung U folgt die Frequenz ν aus E=U·e=h·ν Die angeregten Atome der Anode emittieren charakteristische StrahlungBerechnung der Energie bzw. der Wellenlängen nach Bohrs Modell: –Beim Übergang von Schale m zu n gilt: ν=R·Z 2 ·(1/n 2 -1/m 2)

22 finis Die Zahlen stehen für die Nummern der Schalen (n, m) zur Berechnung der Wellenlänge der emittierten Strahlung 21 KLMN


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