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Röntgenstrahlen
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Inhalt Aufbau einer Röntgenröhre Erzeugung von Röntgenstrahlung:
Bremsstrahlung Charakteristische Strahlung Berechnung der Wellenlängen
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Aufbau einer Röntgenröhre
Bremsstrahlung Charakteristische Strahlung Fenster: 2,5 mm Al 60 V 50 kV
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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
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Eine spezielle Einheit der Energie: Das Elektronenvolt
1 J Arbeit und Spannung Arbeit in J, Spannung in V
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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) Fenster: 2,5 mm Al Heizung ca. 60 V 50 kV
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Umrechnung der Wellenlänge zu Energie in eV
Einheit 1eV Energie-erhaltung, mit 1 Å Wellenlänge in Å, U in Kilovolt
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Spektrum einer Röntgenröhre mit Wolfram Anode
Bremsspektrum und charakteristische Strahlung einer W-Anode bei 160 kV Betriebsspannung (z. B. für Grobstrukturuntersuchung). Quelle: Pohl, Optik und Atomphysik
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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
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Das Magnetfeld von Strömen
Richtung des Stromflusses Magnetische Feldlinien
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Ein schwingendes magnetisches Felds erzeugt ein schwingendes elektrisches Feld
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Grundlagen der Elektrizitätslehre
Ladungen Feldstärken Coulomb-Gesetz Gaußs. Gesetz Elektrisches Feld Statisch Elektrisches Feld Faraday: Indukt. E-Feld Maxwell: Indukt. B-Feld Dynamisch Amp. Durchfl. Magnetisches Feld Strom
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Charakteristische Strahlung
Atomare Anregung durch Ionisation auf einer inneren Schale
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Ionisation in der innersten Schale
32 21 43 31 K L M N Die Zahlen stehen für die Nummern der Schalen (n, m) zur Berechnung der Wellenlänge der emittierten Strahlung
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Ionisation in der zweiten Schale
32 43
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Übergänge für Röntgenstrahlung
Schema der Übergänge bei der Emission der charakteristischen Röntgenstrahlung
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Erinnerung: Wellenlänge der Strahlung bei Wechsel von Bahn m zu n
Einheit Anmerkung 1 1/s Frequenz der emittierten elektromagnetischen Strahlung 1 m Wellenlänge der emittierten elektromagnetischen Strahlung „Rydbergfrequenz“
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Die Energie 1 eV entspricht 1,60 10-19 J
Berechnete Wellenlängen der Strahlung bei Wechsel von Bahn m zu n für eine Cu-Anode, Z=29 m n Bezeichnung Wellenlänge [m] Energie [keV] 3 1 1, 10,2 2 1, 8,6 7, 1,6 4 22, 0,56 Die Energie 1 eV entspricht 1, J
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Die Energie 1 eV entspricht 1,60 10-19 J
Berechnete Wellenlänge der Strahlung bei Wechsel von Bahn 2 zu 1 für einige Elemente Grafik Element Ladungs-zahl Wellenlänge [m] Energie [keV] W 74 0, 56 Rh 45 0, 21 Mo 42 0, 18 Cu 29 1, 8,6 C 6 0,36 Die Energie 1 eV entspricht 1, J
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Position der Emissionslinie im elektromagnetischen Spektrum
Cu Anode (Z=29) Position der Emissionslinie im elektromagnetischen Spektrum 2,5GHz Mikro-wellenherd 50 Hz (Netz) 780 nm rot 3,8 1014Hz 380 nm Violett 7,9 1014Hz
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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·Z2·(1/n2-1/m2)
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finis 32 21 43 31 K L M N Die Zahlen stehen für die Nummern der Schalen (n, m) zur Berechnung der Wellenlänge der emittierten Strahlung
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