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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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Presentation Transcript
R ntgenstrahlen erzeugung in r ntgenr hren
RöntgenstrahlenErzeugung in Röntgenröhren


Inhalt
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 r ntgenr hre
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 r ntgenr hre
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 f r den gebrauch der einheit elektronenvolt
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 wellenl nge zu energie in ev
Umrechnung der Wellenlänge zu Energie in eV

Eine handliche Formel zur Berechnung der minimalen Wellenlänge bei bekannter Anregungsspannung


Spektrum einer r ntgenr hre mit wolfram anode
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
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 str men
Das Magnetfeld von Strömen

Richtung des Stromflusses

Magnetische Feldlinien


Ein schwingendes magnetisches felds erzeugt ein schwingendes elektrisches feld
Ein schwingendes magnetisches Felds erzeugtein schwingendes elektrisches Feld


Grundlagen der elektrizit tslehre

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
Charakteristische Strahlung

  • Atomare Anregung durch Ionisation auf einer inneren Schale


Entstehung bei ionisation gr erer atome durch sto in der innersten 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
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
finis

Heizstrom 4 A

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

Röhrenspannung 45 kV

Röhrenstrom 30 mA