Röntgenstrahlen

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

Aufbau einer Röntgenröhre Bremsstrahlung Charakteristische Strahlung Fenster: 2,5 mm Al 60 V 50 kV

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

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

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 8 .10-19J) Fenster: 2,5 mm Al Heizung ca. 60 V 50 kV

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

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

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

Das Magnetfeld von Strömen Richtung des Stromflusses Magnetische Feldlinien

Ein schwingendes magnetisches Felds erzeugt ein schwingendes elektrisches Feld

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

Charakteristische Strahlung Atomare Anregung durch Ionisation auf einer inneren Schale

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

Ionisation in der zweiten Schale 32 43

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

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“

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 1,22 10-10 10,2 2 1,44 10-10 8,6 7,80 10-10 1,6 4 22,3 10-10 0,56 Die Energie 1 eV entspricht 1,60 10-19 J

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 0,22 10-10 56 Rh 45 0,60 10-10 21 Mo 42 0,69 10-10 18 Cu 29 1,44 10-10 8,6 C 6 30 10-10 0,36 Die Energie 1 eV entspricht 1,60 10-19 J

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

Zusammenfassung Aufbau einer Röntgenröhre: Zwischen einer Glühkathode und der Anode liegt Hochspannung (40-100 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)

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