Röntgenstrahlen Erzeugung in Röntgenröhren

1. RöntgenstrahlenErzeugung in Röntgenröhren

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

3. 380 nm Violett 7,9 1014Hz 780 nm rot 3,8 1014Hz Frequenzbereiche der Oszillatoren: Röntgenstrahlung Technische Schwingkreise Molekül-schwingungen Valenz Elektronen Innere Orbitale Kern-reaktionen

4. Aufbau einer Röntgenröhre Heizstrom 4 A Röhrenfenster aus2,5 mm Al zur Durchleuchtung in Medizin und Technik Röhrenspannung 45 kV Röhrenstrom 30 mA Brems-strahlung Nach ca. 10-8 s: Charakteristische Strahlung oder aus 0,4 mm Beryllium zur Beugung an Kristallen

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 8 .10-18J) 50 kV Beim vollständigen Abbremsen des Elektrons an der Anode wird diese Energie in „Bremsstrahlung“ verwandelt

7. Umrechnung der Beschleunigungs-Spannung in V zu Wellenlänge in nm Bei Beschleunigungsspannung 124 kV wird Strahlung mitλ = 0,1 Å = 0,01 nm emittiert (liegt im Röntgen Bereich des Spektrums)

8. 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

9. Ein schwingendes magnetisches Felds erzeugtein schwingendes elektrisches Feld

10. Charakteristische Strahlung • Atomare Anregung durch Ionisation auf einer inneren Schale Quelle für Zahlenwerte: • http://physics.nist.gov/PhysRefData/XrayTrans/Html/search.html

11. Fenster bei Ruf der NIST Datenbank für Wolfram, z. B.

12. Fenster nach „Get Transition“

13. 32 43 21 31 Strahlungsemission bei Ionisation größerer Atome durch Stoß in der innersten Schale λ ~ 1/Z2 Bei Übergängen auf inneren Schalen liegen die Frequenzen im Röntgen-Bereich Die Zahlen stehen für die am Übergang beteiligten Nummern der Schalen (n, m)

14. Spektrum einer Röntgenröhre mit Wolfram Anode =10-10 m Bremsspektrum und charakteristische Strahlung einer W-Anode bei 160 kV Betriebsspannung (z. B. für Grobstrukturuntersuchung). Quelle: Pohl, Optik und Atomphysik

15. 2,5GHz Mikro-wellenherd 50 Hz (Netz) 380 nm Violett 7,9 1014Hz 780 nm rot 3,8 1014Hz Emissionslinien einer Röhre mit Cu-Anode W Anode (Z=74) 0,02 nm Cu Kα

16. Zusammenfassung • Aufbau einer Röntgenröhre: Zwischen einer Glühkathode und der Anode liegt Hochspannung (40-100 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 [ Ǻ] (1 Å = 0,1 nm) • Die angeregten Atome der Anode emittieren zusätzlich charakteristische Strahlung

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