Röntgenstrahlung

Zusammenfassung Kap. 22.1 – Röntgenstrahlung (S. 270 – 276)

Röntgenstrahlen entstehen durch Abbremsung (Bremsstrahlung) und Absorption (charakteristische Strahlung) von Elektronen.

cf Abb 22.1

cf Abb 22.2

Bremsstrahlung

Elektronen werden durch das Coulombfeld der Atome des Anodenmaterials abgelenkt. Der damit einhergehende Verlust von kinetischer Energie der Elektronen wird in Form von Lichtquanten als sog. Bremsstrahlung emittiert. Die Bremsstrahlung erzeugt ein kontinuierliches Spektrum. Die Energie der Lichtquanten der Bremsstrahlung ergibt sich aus der Differenz der kinetischen Elektronen vor und nach der Abbremsung zu:

$\Delta E=h\nu =E_{kin,vorher}-E_{kin,nachher}=1/2m_{e}*(v_{vorher}^{2}-v_{nachher}^{2})$

Charakteristische Strahlung

Durch die kinetische Energie der von der Glühkathode beschleunigten Elektronen werden die Atome des Anodenmaterials angeregt oder sogar ionisiert. Beim Rücksprung der Elektronen auf die nun frei gewordenen Schalen wird die charakteristische Strahlung emittiert. Sie ist, wie der Name erkennen lässt, für jedes Anodenmaterial charakteristisch.

enstehung von charakteristischer strahlung

 

Moseleysches Gesetz

$E_{K\alpha }=h*\nu _{K\alpha }=3/4*R_{\infty }*(Z-1)^{2}$

Beschreibt die Energie die beim Sprung eines Elektrons von der L- auf die K-Schale emittiert wird in Abhängigkeit der Kernladungszahl Z des Anodenmaterials

Absorptionsgesetz

$I=I_{0}*e^{-\mu d}$

Beschreiben die Schwächung der Röntgenstrahlen beim Durchgang durch Materie in Abhängigkeit des Materials und der Materialdicke.

Anwendungsbeispiele der Röntgenstrahlung

Röntgenstrahlung zu Diagnostik in der Medizin:

Körperteile mit hohen Kernladungszahlen Z (z.B. Knochen) absorbieren mehr Strahlung als das Restliche Gewebe und können so „sichtbar“ gemacht werden.

Röntgenstrahlung als Therapie in der Medizin:

Kranke Zellen im Körper können durch Ionisation zerstört werden.

Röntgenstrahlen zur Bestimmung von Metall-Legierungen:

Die zu untersuchende Probe wird mit hochenergetischen Elektronen beschossen und die im Spektrum auftretenden Linien bezüglich ihrer Lage und Intensität bestimmt. Da die energetische Lager der charakteristischen Röntgenstrahlen für alle Atome des periodischen Systems bekannt und in Tabellen verfügbar ist, vergleicht man das Ergebnis der Untersuchung mit diesen und kann so die Zusammensetzung der Metall-Legierung bestimmen.