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Röntgenstrahlung - Abitur Physik

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 Röntgenstrahlung - Abitur Physik Suche Was ist Abi-Physik?Themen1 Mechanik   Gleichförmige Bewegung Gleichmäßig beschleunigte Bewegung Gleichförmige Kreisbewegung Senkrechter Wurf Waagerechter Wurf Schräger Wurf 2 Das elektrische Feld   Elektrische Ladung Leiter / Isolator Coulombkraft Influenz / dielektrische Polarisation Elektroskop Elektrische Felder I Elektrische Felder II Faradayscher Käfig Braunsche Röhre Kondensator Millikan Versuch 3 Das Magnetfeld   Dauer- und Elektromagnete Homogenes Magnetfeld Magnetische Flussdichte Lorentzkraft Masse und die spezifische Ladung eines Elektrons Hall-Effekt Geschwindigkeitsfilter Massenspektrometer 4 Schwingungen   Harmonische Schwingung Gedämpfte Schwingung 5 Wellen   Lichtmodelle Grundlegende Eigenschaften Phasenverschiebung / Gangunterschied Kohärenz Interferenz Stehende Welle Schwebung Reflexion am festen / losen Ende Beugung am Einzelspalt Interferenz am Doppelspalt Optisches Gitter 6 Quantenmechanik Photoeffekt Energie, Masse und Impuls von Photonen Röntgenstrahlung Bragg-Gleichung Compton-Effekt 7 Kernphysik   Atomaufbau Ionisierende Strahlung Alphastrahlung Betastrahlung Gammastrahlung 8 Astronomie   Newton'sches Gravitationsgesetz Gravitationsfelder I Gravitationsfelder II Kosmische Geschwindigkeiten Satellitenbahnen Keplersche Gesetze BücherAbituraufgabenPhysik Rechner BetaMaterialienPeriodensystem Wir empfehlen die einwöchigen Intensivkurse fürs Mathe Abitur von abiturma Abi-Physik supporten geht ganz leicht. 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Treffen Elektronen mit großer Geschwindigkeit und damit großer kinetischer Energie (mehrere \( keV \)) auf ein Metall, so werden sie unreticent abgebremst. Es entsteht Bremsstrahlung mit hoher Energie, deren Frequenz im Röntgenbereich liegt. Röntgenröhre Die folgende Animation zeigt eine Röntgenröhre, welche zur Erzeugung von Röntgenstrahlung verwendet wird. An einer Kathode wird eine Heizspannung \( U_H \) angelegt, wodurch Elektronen aus der Glühwendel herausgelöst werden und durch die Beschleunigungsspannung \( U_B \) in Richtung der Metallanode beschleunigt werden. \( U_B = \) -1 \(   kV\) \( U_H = \) -1 \(   V\) Lade Animation... (0%) ResetStart Beim Auftreffen auf die Anode entsteht ein Photon, auf welches ein Teil der kinetischen Energie des Elektrons übertragen wird. Die restliche Energie erwärmt die Anode. Die Photonenergie hängt moreover davon ab wieviel Energie auf das Photon übertragen wird und ist bei jedem Auftreffen unterschiedlich. Die maximale Photonenergie ergibt sich, wenn die gesamte kinetische Energie auf ein Photon übertragen wird: $$ E_{max} = E_{kin} = e \cdot U_B $$ Wie man sieht ist die maximale Energie proportional zu der Beschleunigungsspannung \( U_B \), da diese maßgebend für die Geschwindigkeit und damit für die kinetische Energie der Elektronen ist. Je größer die Heizspannung, desto mehr Elektronen werden aus der Glühwendel herausgelöst und desto höher ist die Intensität der Strahlung. Duane-Hunt-Gesetz: Aus der maximalen Energie lässt sich auch die maximale Frequenz (Grenzfrequenz) \( f_G \) und die minimale Wellenlänge \( \lambda_G \) (Grenzwellenlänge) der entstehenden Röntgenstrahlung berechnen: $$ f_G = \dfrac{E_{max}}{h} = \dfrac{e \cdot U_B}{h} $$ $$ \lambda_G = \dfrac{c \cdot h}{E_{max}} = \dfrac{c \cdot h}{e \cdot U_B} $$ Man kann die drei Formeln zusammenfassen: $$ E_{max} = e \cdot U_B = h \cdot f_G = h \cdot \dfrac{c}{\lambda_G} $$ Spektrum der Röntgenstrahlung Im folgenden \( I(E_{Ph}) \)-Diagramm ist die relative Intensität der Photonenergien einer Röntgenröhre mit Molybdän als Anodenmetall eingetragen. Lade Animation... (0%) Bremsspektrum     Charakteristisches Spektrum     Röntgenspektrum     Das Röntgenspektrum setzt sich aus zwei Teilspektren zusammen, die durch unterschiedliche Vorgänge entstehen. Die Röntgenstrahlung, die durch die Abbremsung der Elektronen entsteht, das sogenannte Bremsspektrum oder kontinuierliche Spektrum, bildet die Basis des Röntgenspektrums. Es gibt jedoch noch einen weiteren Vorgang durch den Röntgenstrahlung entsteht. Dieser ist für das sogenannte charakteristische Spektrum oder Linienspektrum, welches Maxima bei \( E_1 = 17,4   keV \) und \( E_2 =   19,6 keV \) hat, verantwortlich. Charakteristische Röntgenstrahlung In der folgenden Animation sieht man den Kern und die Hülle eines Magnesium-Atoms nach dem bohrschen Atommodell. D.h. die Elektronen bewegen sich auf Kreisbahnen (den sogenannten Schalen) um den Kern. Lade Animation... (0%) ResetStart Die Enstehung der Röntgenstrahlung läuft folgendermaßen ab: Ein freies Elektron stößt gegen ein gebundenes Elektron auf einer inneren Schale des Atoms. Dabei wird Energie auf das gebundene Elektron übertragen. Ist diese Energie größer als die Kernbindungsenergie des Atoms, wird das gebundene Elektron aus der Atomhülle gestoßen. Andernfalls reicht die Energie meistens dafür, das Elektron auf eine weiter entfernte Schale zu bewegen. In beiden Fällen entsteht eine Lücke auf der inneren Schale des Atoms. Ein Elektron aus einer äußeren Schale wechselt nun auf die innere Schale um die entstandene Lücke zu füllen. Da die Elektronen auf äußeren Schalen höhere Energie aufweisen, wird dabei Energie frei. Diese Energiedifferenz liegt typischerweise im Bereich von \( 1 – 100   keV \) und wird daher als Röntgenstrahlung abgestrahlt. Die Strahlung besitzt moreover die Energiedifferenz zwischen höherer (z.B. L-) und niedriger (z.B. K-) Schale. Da die Energiedifferenzen zwischen den Schalen bei jedem Element anders sind, ist die enstehende Strahlung elementspezifisch. Daher wird die Röntgenstrahlung "charakteristische Röntgenstrahlung" genannt. Quellen Wikipedia: Artikel über "Röntgenstrahlung" Wikipedia: Artikel über "Röntgenröhre" Website von LEIFI: Erzeugung von Röntgenstrahlung Literatur Dorn/Bader Physik - Sekundarstufe II, S. 218 ff. zurückblättern:vorwärtsblättern:Energie, Masse und Impuls von PhotonenBragg-GleichungEnglish version: Article well-nigh "X-Ray" Feedback Haben Sie Fragen zu diesem Thema oder einen Fehler im Artikel gefunden? Geben Sie Feedback... Unterstützung Ihnen gefällt dieses Lernportal?Dann unterstützen Sie uns :) Name (optional) Email (optional) Spamschutz = Daten werden gesendet Abi-Physik © 2018, Partner: Abi-Mathe, Abi-Chemie, English website: College Physics Datenschutz Impressum