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Schule > Physik > Atom- und Kernphysik > Röntgenstrahlung

Referat:

Röntgenstrahlung (Aufbau, Funktionsweise, usw.)
Wilhelm Conrad Röntgen, geb. 27.03.1845, gest. 10.02.1923. Bekam Nobelpreis 1901. Entdeckte Röntgenstrahlen 1895.

Entstehung:
Röntgenstrahlen treten aus Röntgenröhre aus, die aus einer Kathode und einer Anode besteht, die sich im Vakuum befindet. An der Kathode wird eine Heizspannung, an der Anode eine Anodenspannung angelegt. Dadurch treten Elektronen an der Kathode aus und bewegen sich zur Anode, so dass der Stromkreis geschlossen ist. Werden die Elektronen aber aufgrund einer hohen Anodenspannung (10 hoch 4 bis 10 hoch 7 V) auf einer hohen Geschwindigkeit gebracht und treffen nun auf die Anode, so geht von ihr unsichtbare Röntgenstrahlung aus.
Die Intensität der Röntgenstrahlung lässt sich verstärken durch eine höhere Heizspannung an der Kathode, da hierdurch mehr Elektronen aus der Kathode austreten und somit sich eine grössere Menge an Elektronen an der Erzeugung der Röntgenstrahlung beteiligt.
Das Durchdringungsvermögen nimmt dagegen mit wachsender Beschleunigungsspannung an der Anode zu. Man spricht daher auch von der Härte von Röntgenstrahlen.
Extrem harte Röntgenstrahlen treten bei Anodenspannung von mehr als 500.000 V auf.
Die Röntgenstrahlung ist in Medizin und Technik von grosser Bedeutung. Sie wird in der Medizin beispielsweise verwendet, um auf einem Schirm Knochen eines Patienten sichtbar zu machen. Dies ist möglich, da die Röntgenstrahlen Fett- und Muskelgewebe durchdringen, von den Knochen aber teilweise bis vollständig absorbiert werden. Die Stellen an denen sich die Knochen befinden bleiben daher auf dem Schirm dunkel.
Sie wird ebenfalls verwendet zum Durchleuchten von dicken Metallteilen, um so Guss- und Schweißfehler zu erkennen. Hierfür wird allerdings Röntgenstrahlung von „extremer Härte“ benötigt.

Eigenschaften:
- Röntgenstrahlung wird von Stoffen mit grosser Atommasse und grosser Elektronen-Dichte absorbiert (Je grösser die Elektronendichte, desto geringer die Absorption)
- Sie wird weder durch elektrische, noch durch magnetische Felder abgelegt.
- Sie ionisiert die durchstrahlte Materie, d.h. Elektronen werden aus molekularen Bindungen herausgeschlagen.
- Sie ist für das menschliche Auge unsichtbar und kann auf einem fluoreszierendem Schirm sichtbar gemacht werden.
- Röntgenstrahlung ist Wellenstrahlung mit Wellenlängen kleiner als ein Nanometer (10 hoch -9 m).

Arten der Röntgenstrahlung:

1. Diskrete Röntgenstrahlung:
Nachdem ein Elektron aus seiner Bahn geschossen wurde, hinterlässt es dort ein Loch. Dieses wird durch ein Elektron aus einer äusseren Schale gefüllt. Die Energie, die dabei frei wird, nennt man „Röntgenlicht“.

2. Charakteristische Röntgenstrahlung:
Wenn nun ein Elektron aus einer Bahn rausgeschossen worden ist, hinterlässt es dort ein „Loch“. Dieses Wird nun dadurch gefüllt, dass ein Elektron aus einer äusseren Schale in das Loch hineinspringt. Dabei wird Energie frei, welche sich in Form von Licht, nämlich Röntgenlicht, äussert. Dieses Licht, das immer dann auftritt, wenn ein Elektron von einer äusseren in eine innere Bahn springt, wird charakteristische Röntgenstrahlung genannt.
Wichtig ist bei dem ganzen eben beschriebenen Vorgang, dass die heranfliegenden Elektronen nur Elektronen mit gleicher oder niedrigerer Energie herausschiessen können. Auch ist das Licht, das beim Nachfüllen eines Elektrons der inneren Schale erzeugt wird, energiereicher als wenn ein Loch auf einer der äusseren Schalen gefüllt wird. Es gibt also immer anderes Licht (in den Wellenlängen verschieden), abhängig davon, aus welcher Schale ein Elektron rausflog und aus welcher Schale das nachfüllende kam.
Das Material, aus das die Elektronen treffen, besteht aus einem Atomgitter. Das Verhalten der Elektronen in Materie könnte man mit dem eines Skiläufers vergleichen.
Der Skiläufer erkennt die Hindernisse rechtzeitig und fährt um sie rum. Übertragen heißt das: das negative Elektron
Fliegt nah an einem Atomkern (positiv) vorbei und erfährt eine gewisse Anziehungskraft, da sich ungleichnamige Ladungen ja anziehen. Diese Kraft reicht jedoch nur dazu aus, die Flugbahn des Elektrons zu krümmen.
In jeder Kurve wirbelt der Skiläufer ein bisschen Schnee auf, d.h., seine Energie nimmt langsam ab (er wird abgebremst). Diese Energie geht in den Schnee über, der in jeder Kurve aufgewirbelt wird. Im Falle des Elektrons, das beim Vorbeifliegen an einem Atomkern ebenfalls abgebremst wird (Krümmung der Flugbahn), wird die dabei freiwerdende Energie in kleinen Portionen von Röntgenlicht abgestrahlt.

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