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Elektromagnetische wellen

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How X-Ray Tubes Work and Make Energy

Name: Knowunity
Brand: Knowunity

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Leo

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Die Aufbau und Funktion von Röntgenröhren sowie die Energieumwandlung bei Röntgenstrahlung sind fundamentale Konzepte in der Röntgenphysik. Die Röntgenröhre besteht aus einer Glühkathode und einer gekühlten Anode in einem evakuierten Gehäuse. Durch Erhitzung und Beschleunigung der Elektronen entsteht Röntgenstrahlung, die durch Bremsstrahlung oder charakteristische Strahlung erzeugt wird. Die Doppelwinkelkopplung im Röntgenspektrum ermöglicht die präzise Messung der Wellenlängen.

• Die Röntgenröhre wandelt elektrische Energie in Röntgenstrahlung um
• Das Spektrum zeigt charakteristische Peaks und eine kurzwellige Grenze
• Die Strahlungsintensität wird durch die Heizspannung beeinflusst
• Zwei Entstehungsprozesse: Bremsstrahlung und Absorption
• Die Doppelwinkelkopplung ist essentiell für die Wellenlängenmessung

1.10.2021

4228

Aufbau
Ua
Alles zur Röntgenröhre/Röntgenstrahlung
Beschleunigungs- +
spannung UB
mmm
Blende
e
PANZAN
Anode mit Kühlung
Heizspannung
Röntgens

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Seite 2: Funktionsweise und Energieumwandlung

Die Röntgenstrahlung wird durch die Schrägstellung der Anode in Richtung der Blende reflektiert und trifft auf einen Kristall. Das Zählrohr misst die konstruktive oder destruktive Interferenz der Röntgenstrahlen.

Definition: Ein Spektrometer ist ein Messgerät zur Bestimmung der Intensität einzelner Wellenlängen in einem bestimmten Wellenbereich.

Example: Bei der Energieumwandlung wird elektrische Energie zunächst in kinetische Energie und dann in elektromagnetische Strahlung umgewandelt.

Highlight: Der Kristall dient als Messgerät für das Röntgenspektrum und hat keinen Einfluss auf die Wellenlänge der Peaks.

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Charakteristische Peaks

Die Größe der Peaks hängt von den Energiedifferenzen der Elektronenübergänge ab. Der Sprung von der K- zur M-Schale erzeugt aufgrund der größeren Energiedifferenz einen kleineren Peak mit kürzerer Wellenlänge.

Example: K-M-Übergang führt zu höherer Frequenz und kürzerer Wellenlänge als K-L-Übergang.

Definition: Die Peakgröße korreliert mit der Energiedifferenz des Elektronenübergangs.

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Einfluss der Heizspannung

Die Kathodenspannung (Heizspannung) beeinflusst die Anzahl der beschleunigten Elektronen und damit die Intensität der Röntgenstrahlung.

Highlight: Die Heizspannung hat keinen Einfluss auf die Energie der einzelnen Photonen.

Definition: Die Heizspannung bestimmt die Elektronenanzahl und damit die Strahlungsintensität.

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Peaks im Röntgenspektrum

Die Peaks im Spektrum zeigen charakteristische Muster. Peaks mit gleicher Wellenlänge treten bei verschiedenen Ordnungen auf, wobei die Position vom verwendeten Kristall abhängt.

Example: Peak 1 (n=1) und Peak 3 (n=2) entsprechen derselben Wellenlänge.

Highlight: Die Verschiebung der Graphen resultiert aus den unterschiedlichen Kristallstrukturen.

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[Fortsetzung folgt aufgrund der Zeichenbegrenzung...]

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Seite 1: Grundlegender Aufbau der Röntgenröhre

Der Aufbau einer Röntgenröhre besteht aus mehreren essentiellen Komponenten, die für die Erzeugung von Röntgenstrahlung notwendig sind. Die Glühkathode wird durch eine Heizspannung erhitzt, wodurch Elektronen durch den glühelektrischen Effekt austreten. Diese werden dann durch die Beschleunigungsspannung zur Anode hin beschleunigt.

Definition: Der glühelektrische Effekt beschreibt das Austreten von Elektronen aus einem erhitzten Metall.

Highlight: Die Anode muss gekühlt werden, da bei der Abbremsung der Elektronen große Wärmemengen entstehen.

Vocabulary: Beschleunigungsspannung (UB) - Die elektrische Spannung, die die Elektronen zur Anode hin beschleunigt.

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Entstehung der kurzwelligen Grenze

Die kurzwellige Grenze entsteht durch vollständige Abbremsung der Elektronen. Dabei wird die gesamte kinetische Energie in Strahlungsenergie umgewandelt.

Quote: "Die Elektronen geben, da sie stark abgebremst werden, unterschiedlich große Anteile ihrer kinetischen Energie ab."

Definition: Die Energieumwandlung an der kurzwelligen Grenze entspricht der maximalen Energieübertragung.

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Entstehungsprozesse der Röntgenstrahlung

Röntgenstrahlung entsteht durch zwei Hauptprozesse: Bremsstrahlung und Absorption. Bei der Bremsstrahlung werden Elektronen durch das elektrische Feld des Atomkerns abgelenkt oder abgebremst.

Definition: Bremsstrahlung entsteht durch Abbremsung oder Richtungsänderung beschleunigter Elektronen.

Highlight: Je stärker die Beschleunigung oder Abbremsung, desto kurzwelliger ist die entstehende Strahlung.

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Seite 3: Das Röntgenspektrum

Das Röntgenspektrum zeigt charakteristische Merkmale, wobei die Wellenlänge proportional zum Sinus des Winkels Alpha ist. Der Graph weist eine Definitionslücke im Bereich von 0-1 Grad auf und zeigt einen charakteristischen Verlauf mit mehreren Peaks.

Highlight: Die Beziehung zwischen Winkel und Wellenlänge wird durch die Formel 2d sin(α) = nλ beschrieben.

Example: Der erste Peak erscheint bei etwa 1 Grad, gefolgt von einem kurzwelligen Bereich mit nahezu null Intensität.

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Philipp, iOS User

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Peaks im Röntgenspektrum

Die Peaks im Spektrum zeigen charakteristische Muster. Peaks mit gleicher Wellenlänge treten bei verschiedenen Ordnungen auf, wobei die Position vom verwendeten Kristall abhängt.

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Definition: Der glühelektrische Effekt beschreibt das Austreten von Elektronen aus einem erhitzten Metall.

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Die kurzwellige Grenze entsteht durch vollständige Abbremsung der Elektronen. Dabei wird die gesamte kinetische Energie in Strahlungsenergie umgewandelt.

Quote: "Die Elektronen geben, da sie stark abgebremst werden, unterschiedlich große Anteile ihrer kinetischen Energie ab."

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Röntgenstrahlung entsteht durch zwei Hauptprozesse: Bremsstrahlung und Absorption. Bei der Bremsstrahlung werden Elektronen durch das elektrische Feld des Atomkerns abgelenkt oder abgebremst.

Definition: Bremsstrahlung entsteht durch Abbremsung oder Richtungsänderung beschleunigter Elektronen.

Highlight: Je stärker die Beschleunigung oder Abbremsung, desto kurzwelliger ist die entstehende Strahlung.

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Highlight: Die Beziehung zwischen Winkel und Wellenlänge wird durch die Formel 2d sin(α) = nλ beschrieben.

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