Bremsstrahlung
Bremsstrahlung ist die elektromagnetische Strahlung, die entsteht, wenn ein geladenes Teilchen, zum Beispiel ein Elektron, beschleunigt wird. Jede Geschwindigkeitsänderung eines geladenen Teilchens erzeugt Strahlung. Von Bremsstrahlung im engeren Sinne spricht man, wenn Teilchen in Materie gebremst werden.
Auftreten bzw. Anwendung der Bremsstrahlung
Bei Teilchenbeschleunigern (vor allem beim Synchrotron) und bei Speicherringen wird bei der Ablenkung von geladenen Teilchen durch ein Magnetfeld Bremsstrahlung frei, die in diesen Zusammenhängen Synchrotronstrahlung genannt wird.
Der Effekt der Bremsstrahlung wird in Röntgenröhren zur Erzeugung von Röntgenstrahlung verwendet. Dabei schießt man Elektronen mit einer kinetischen Energie ab 30 keV auf eine Metallplatte, die häufig aus Wolfram besteht. Ein kleiner Teil der beim Abbremsen frei werdenden Energie wird in Röntgenstrahlung mit einem kontinuierlichen Spektrum umgewandelt.
Spektralverteilung der Bremsstrahlung einer Röntgenröhre
Das Spektrum hat zu kurzen Wellenlängen hin eine der kinetischen Energie der Elektronen entsprechende Grenzwellenlänge, d. h. die gesamte kinetische Energie der Elektronen wird in Röntgenstrahlung umgewandelt. Diese Grenzwellenlänge hängt also nur von der durchlaufenen Beschleunigungsspannung (Anodenspannung) ab, sie ist unabhängig vom Anodenmaterial. Die Form des Spektrums hängt von der Geschwindigkeitsverteilung der Elektronen und dem verwendeten Metall ab.
Die kürzeste mögliche Wellenlänge (siehe auch Duane-Hunt-Gesetz) tritt auf, wenn die gesamte kinetische Energie des Elektrons in ein einziges Photon umgewandelt wird:
Sie beträgt
mit
- c - Lichtgeschwindigkeit
- h - Plancksches Wirkungsquantum
- e - Elementarladung, Elektronenladung
- U - Beschleunigungsspannung, Anodenspannung der Röntgenröhre
Durch Einsetzen der Naturkonstanten ergibt sich die zugeschnittene Größengleichung
An dieser Gleichung sieht man, dass die untere Grenzwellenlänge
Die kontinuierliche Intensitätsverteilung der Bremsstrahlung, wenn Elektronen in ein Material eintreten, folgt der Kramerschen Regel:[2]
mit
- J - Intensitätsfunktion, in Photonen pro Sekunde
- K - die so genannte Kramersche Konstante
- I - Elektronenstrom
- Z - Ordnungszahl der Atome des Materials
Bei realen Spektren von Röntgenemissionen wird die entstehende Bremsstrahlung durch verschiedene Effekte überlagert. Hinzu kommt insbesondere die charakteristische Strahlung, die ein Emissionsspektrum der Atome des Materials darstellt, sowie dessen Absorptionsbanden, da die Bremsstrahlung unter der Materialoberfläche entsteht.
Einzelnachweise
- ↑ http://www.uni-ulm.de/fileadmin/website_uni_ulm/nawi.inst.251/Didactics/quantenchemie/html/RontgenF.html Röntgenbremsstrahlung / Universität Ulm
- ↑ http://www.immr.tu-clausthal.de/geoch/labs/XRF/RFA/Kapitel1.html
Weblinks
Commons: Bremsstrahlung – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
- http://www.desy.de/pr-info/Roentgen-light/roentgenstrahlung/roentgenstrahlung8.html
- Spektrum der Röntgenbremsstrahlung
- Bremsstrahlung, historisch