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Spektrum der Röntgenröhre

     
  Aufbau des Experimentes:
  • Röntgenröhre mit Kupferanode (UBmax=25kV)
  • Gitter - LiF Kristall 201 pm
  • Geigerzähler und Impulswandler
  • x-y-Schreiber
     
Röntgenröhre Impulswandler X-Y-Schreiber   Röntgenröhre Impulswandler
Röntgenröhre mit Impulswandler und x-y-Schreiber    
X-Y-Schreiber  

 

 

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Im zweiten Experiment wird die Beschleunigungsspannung UB von 17kV bis 25 kV variiert.
     
 
     
 
     

Die Abhängigkeit der Intensität der Röntgenstrahlung von der Wellenlänge haben wir mit der Drehkristallmethode untersucht. Folgendes Spektrum haben wir dabei im Unterricht aufgezeichnet:

Bei dem Spektrum fällt aus einer Röntgenröhre ein mit einer Beschleunigungsspannung von 25kV bzw. 15kV und 10kV erzeugter Röntgenstrahl auf ein LiF – Kristall. Ab einem Glanzwinkel g = 7º (11,8° und 18,5°) werden Röntgenstrahlen reflektiert.

 

In der Röntgenröhre wird die Röntgenstrahlung dadurch erzeugt, dass ein Kathodenstrahl (Elektronen) auf eine Anode trifft. Hier entstehen zwei verschiedene Strahlungen, die für das Material auf welches die Elektronen treffen charakteristische Strahlung und die Bremsstrahlung, die durch eine starke Abbremsung der Elektronen entsteht.

 

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Bremsstrahlung:

Die Bremsstrahlung sieht bei jedem Anodenmaterial recht ähnlich aus. Wenn sich die Elektronen auf das Material zu bewegen besitzen sie eine hohe Geschwindigkeit und hohe Energie. Die Stärke der Abbremsung bestimmt die Wellenlänge der emittierten Photonen. Das Elektron kann in vielen verschieden Schritten abgebremst werden (durch Streifen von Atomen, deren Anziehung usw.). Folglich geben die Elektronen unterschiedliche große Anteile ihrer kinetischen Energie ab. Die größtmögliche Energie kann ein Photon erhalten, wenn das Elektron in einem Schritt abgebremst wird und seine Energie auf einmal abgibt.

Wegen E=hf und f=c/l wird ein Photon mit einer bestimmten Wellenlänge erzeugt. Wird nun die größtmögliche Energie übertragen entsteht die kleinstmögliche Wellenlänge. Dieser kleinste Wert der Wellenlänge ist die kurzwellige Grenze des Spektrums. Hier ab einem Glanzwinkel g = 7º (11,8° und 18,5°).

Wie man in dem Spektrum sehen kann wurden unterschiedliche Beschleunigungsspannungen verwendet (25kV, 15kV und 10kV). Es lässt sich jetzt die Beobachtung erklären, dass bei größerer Beschleunigungsspannung die kurzwellige Grenze bei immer kleinerer Wellenlänge liegt. Die Spannung ist gleich der Energie mit der sich die Elektronen bewegen.

Charakteristische Strahlung

Die charakteristische Strahlung ist für die zwei Peaks bei ungefähr 20° und 23° verantwortlich. Wenn Elektronen auf die Schale von Atomen des Anodenmaterials treffen, werden Elektronen rausgeschossen. Dafür werden Elektronen im Atom auf ein höheres Energieniveau gehoben, wenn sie zurückfallen emittieren sie diese Strahlung. Diese ist materialcharakteristisch und somit nicht abhängig von der Beschleunigungsspannung. Man

kann im Spektrum erkennen, dass die Peaks einen unterschiedlich hohen Ausschlag haben, aber sich an der gleichen Stelle befinden. Im Ansatz ist zu erkennen, dass diese Peaks als vielfache wiederkommen (n-ter Ordnung).

 
     
 
     
  Beschreibung  incl. Berechnung   für verschiedene Beschleunigungsspannungen (pdf)
     
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