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Röntgenstrahlen Erzeugung in Röntgenröhren PowerPoint PPT Presentation


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Röntgenstrahlen Erzeugung in Röntgenröhren. Inhalt. Aufbau einer Röntgenröhre Erzeugung von Röntgenstrahlung : Bremsstrahlung Charakteristische Strahlung Berechnung der Wellenlängen. 380 nm Violett 7,9 10 14 Hz. 780 nm rot 3,8 10 14 Hz.

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Röntgenstrahlen Erzeugung in Röntgenröhren

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Presentation Transcript


RöntgenstrahlenErzeugung in Röntgenröhren


Inhalt

  • Aufbau einer Röntgenröhre

  • Erzeugung von Röntgenstrahlung:

    • Bremsstrahlung

    • Charakteristische Strahlung

  • Berechnung der Wellenlängen


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


Aufbau einer Röntgenröhre

Heizstrom 4 A

oder 2,5 mm Al zur Durchleuchtung in Medizn und Technik

Röhrenspannung 45 kV

Röhrenstrom 30 mA

Brems-strahlung

Nach ca. 10-8 s: Charakteristische Strahlung

Röhrenfenster aus 0,4 mm Beryllium zur Beugung mit Röntgenstrahlung


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


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


Umrechnung der Wellenlänge zu Energie in eV

Eine handliche Formel zur Berechnung der minimalen Wellenlänge bei bekannter Anregungsspannung


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


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 erzeugtein schwingendes elektrisches Feld


Faraday: Indukt. E-Feld

Maxwell: Indukt. B-Feld

Grundlagen der Elektrizitätslehre

Ladungen

Feldstärken

Gauß Gesetz

Coulomb-Gesetz

Elektrisches Feld

Statisch

d / dt

d / dt

Elektrisches Feld

Dynamisch

Amp. Durchfl.

Magnetisches Feld

Strom

d / dt


Charakteristische Strahlung

  • Atomare Anregung durch Ionisation auf einer inneren Schale


32

43

21

31

Entstehung bei Ionisation größerer Atome durch Stoß in der innersten Schale

λ ~ 1/Z2

Die Zahlen stehen für die am Übergang beteiligten Nummern der Schalen (n, m), die griechischen Indizes

Bei Übergängen auf inneren Schalen liegen die Frequenzen im Röntgen-Bereich


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

Cu Anode (Z=29)

0,139 nm

Cu Kβ

0,154 nm

Cu Kα


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 [Å] (1 Å = 0,1 nm)

  • Die angeregten Atome der Anode emittieren zusätzlich charakteristische Strahlung


finis

Heizstrom 4 A

Emission der Bremsstrahlung bei Ankunft des Elektrons, verzögert folgt die Emission der charakteristischen Strahlung

Röhrenspannung 45 kV

Röhrenstrom 30 mA


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