Entstehung des Röntgenspektrums

Das Röntgenspektrum entsteht durch zwei wesentliche Prozesse in der Anode:

1. Bremsstrahlung: Elektronen werden im elektrischen Feld der Atomkerne abgebremst und geben dabei Energie in Form von Röntgenphotonen ab. Dies führt zu einem kontinuierlichen Spektrum mit einer charakteristischen Grenzwellenlänge.

2. Charakteristische Röntgenstrahlung: Hochenergetische Elektronen schlagen Elektronen aus inneren Schalen der Anodenatome heraus. Beim Auffüllen dieser Lücken durch Elektronen aus höheren Schalen werden Röntgenphotonen mit diskreten Energien emittiert, was zu scharfen Linien im Spektrum führt.

Example: Die Kα-Linie entsteht, wenn ein Elektron von der L-Schale in die K-Schale übergeht.

Highlight: Die Kombination aus Bremsspektrum und charakteristischen Linien ergibt das typische Röntgenspektrum.

Die Grenzwellenlänge markiert die kurzwellige Grenze des Spektrums und hängt von der angelegten Beschleunigungsspannung ab.

Definition: Grenzwellenlänge - Kürzeste Wellenlänge im Röntgenspektrum, die der maximalen Energie der Elektronen entspricht

Berechnung der Grenzwellenlänge und Energie des Kβ-Peaks

Die Grenzwellenlänge λG des Röntgenspektrums lässt sich aus dem Diagramm bestimmen:

λG = 2d · sin(θ) = 2 · 2,01 · 10^-10 m · sin(5°) = 3,504 · 10^-11 m

Für den Kβ-Peak bei einem Winkel von 20,12° ergibt sich:

λKβ = 2d · sin(θ) = 2 · 2,01 · 10^-10 m · sin(20,12°) = 1,388 · 10^-10 m

Die Energie des Kβ-Peaks berechnet sich zu:

E = h · c / λ = 1,431 · 10^-15 J ≈ 8932,59 eV

Example: Die Energie des Kβ-Peaks beträgt etwa 8,9 keV.

Highlight: Die Wellenlänge und Energie der charakteristischen Linien sind elementspezifisch und ermöglichen die Identifikation des Anodenmaterials.

Aufbau und Funktionsweise der Röntgenröhre

Die Röntgenröhre ist ein zentrales Element in der Röntgentechnik. Sie besteht aus folgenden Hauptkomponenten:

• Glühkathode als Elektronenquelle
• Anode als Ziel für die beschleunigten Elektronen
• Evakuierter Glaskolben
• Elektrische Beschaltung mit Heizspannung und Beschleunigungsspannung

Die Elektronen werden durch thermische Emission aus der Glühkathode freigesetzt und durch eine hohe Beschleunigungsspannung zur Anode hin beschleunigt. Beim Auftreffen auf die Anode entsteht Röntgenstrahlung.

Highlight: Der Aufbau der Röntgenröhre ermöglicht die gezielte Erzeugung von Röntgenstrahlung durch Beschleunigung von Elektronen.

Vocabulary: Glühkathode - Heizdraht, der Elektronen durch thermische Emission freisetzt

Das resultierende Röntgenspektrum setzt sich aus zwei Komponenten zusammen:

1. Bremsstrahlung: Kontinuierliches Spektrum durch Abbremsung der Elektronen
2. Charakteristische Strahlung: Diskrete Linien durch Elektronenübergänge in der Atomhülle

Definition: Bremsstrahlung - Kontinuierliche Röntgenstrahlung, die beim Abbremsen der Elektronen in der Anode entsteht