Erzeugung hochenergetischer Strahlung
Grundlagen:
Elektronen werden beim Anlegen einer Spannung in einer geegneten Apparatur
beschleunigt. Sie erhalten die elektrische Energie W = Ue, die in kinetische
Energie umgewandelt wird.
Lichtquanten (Photonen) haben die Energie W = h f.
| Aufbau: Eine Röntgenröhre besteht zunächst aus einer Glühwendel mit der Heizspannung UH, die Elektronen freisetzt. Diese werden durch eine Hochspannung UA zu einer Anode hin beschleunigt, wo sie auftreffen. Der gesamte Vorgang findet im Vakuum statt. Beim Aufprall auf die Anode wandelt sich die kinetische Energie der Elektronenganz oder teilweise in Röntgenstrahlung (X-Rays) um. Der ggf. verbleibende Rest wird in Wärme umgewandelt. |
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| Umwandlungsprozesse: Die kinetische Energie der Elektronen kann sich auf zwei Arten in Röntgenstrahlung umwandeln: Bremsstrahlung: Das Elektron gerät in die Nähe eines Atomkerns, wird von ihm angezogen und schwenkt auf eine Umlaufbahn ein. Elektron und Atomkern bilden kurzzeitig einen sich drehenden Dipol, der eine Hertzsche Welle abstrahlt. Die dafür benötigte Energie stammt aus der kinetischen Energie des Elektrons, so dass dieses an Geschwindigkeit verliert. Dieser Prozess ist mit einem teilweise unelastischen Stoß zweier Kugeln vergleichbar. Die Wellenlänge der freigesetzten Röntgenstrahlung kann abhängig vom Abstand des Elektrons zum Kern jeden Wert bis zu einer bestimmten Untergrenze annehmen. Die Untergrenze wird dadurch bestimmt, dass das Elektron nicht mehr als seine gesamte Energie freisetzen kann. Diese Untere Grenze wird als Grenzwellenlänge bezeichnet. Charakteristische Strahlung: Das Elektron (Primärelektron) stößt mit einem anderen Elektron zusammen, dass sich auf einer inneren Schale eines Atoms befindet. Beide vollziehen einen elastischen Stoß. Dieses zweite Elektron (Sekundärelektron) verlässt das Atom vollständig und hinterlässt eine Lücke. (1) Das Primärelektron verlässt ebenfallsvollständig das Atom mit reduzierter kinetischer Energie. (2) Die nun entstandene Lücke wird von einem Elektron aus einer höheren Schale aufgefüllt, sie wandert gewissermaßen nach oben. (3) Beim Fall des Elektrons in die Lücke wird Energie in Form von Röntgenstrahlung freigesetzt. Die dabei freigesetzte Röntgenstrahlung kann nur bestimmte Wellenlängen haben (Linienspektrum), da nur bestimmte Energiepakete freigesetzt werden, die durch den Abstand der Schalen beim Rekombinationsvorgang (3) bestimmt werden. Diese Wellenlängen sind für jedes Material charakteristisch. Spektrum: Überlagerung von Brems- und Linienspektrum Das entstehende Spektrum einer Röntgenröhre setzt sich aus dem kontinuierliche Bremsspektrum und dem Linienspektrum zusammen. Erhöht man die Spannung UA, so verschiebt sich das Bremsspektrum hin zu kleineren Wellenlängen, die einer höheren Energie entsprechen. Das Linienspektrum bleibt aber unverändert, da es nur vom Anodenmaterial abhängt. |
  
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