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Versuche

RÖNTGEN-Spektroskopie


Rückblick auf die optischen Spektren

 

Bei den optischen Spektren wurden meist die sichtbaren Linien über der Quantenenergie bzw. der Wellenlänge dargestellt (rechtes Bild für Quecksilber). Die Helligkeit einer Linie kann dabei nur sehr subjektiv beurteilt werden.

Vielleicht nicht so anschaulich, aber mit einer verlässlichen Information über die Intensität (Helligkeit) einer Linie ist die nebenstehende Darstellung, die sich auch auf das Quecksilberspektrum bezieht.

Neben den Linien im sichtbaren Bereich, sind auch noch die Linien im Ultravioletten dargestellt.

Hinweis: Die relative Intensität einer Linie gibt Aufschluss darüber, wie viele Photonen mit der entsprechenden Quantenenergie auftreten.

Röntgenemissionsspektren

Foto der Firma Leybold

Im Röntgenbereich sind die Spektren für unser Auge nicht sichtbar. Eine Darstellung wie im Bild ganz oben ist somit nicht möglich. Im Röntgenbereich ist es üblich bei den Spektren als Rechtswertachse die Wellenlänge oder Quantenenergie zu wählen und als Hochwertachse die Intensität.

Abb. 4 Entstehung von RÖNTGEN-Spektren bei verschiedenen Beschleunigungsspannungen und Anodenmaterialien

Sichtbares Licht wurde durch eine regelmäßige Struktur von Hindernissen, wie sie z.B. ein sehr feines Gitter oder die Spuren einer CD darstellen, gebeugt und in seine Farben zerlegt. Beim "Röntgenlicht" wählt man ebenfalls eine regelmäßige Struktur. Der Abstand der Hindernisse muss hier jedoch wesentlich kleiner als bei der CD sein. Gut bewährt haben sich Einkristalle, die eine regelmäßige Anordnung von Atomen aufweisen. Das "Röntgenlicht" wird an den Atomen des Einkristalls gebeugt und unter verschiedenen Winkeln mit einem Zählrohr, das Röntgenstrahlung nachweisen kann, registriert. Näheres zu diesem Versuch erfährst du in der Oberstufe.

Die nebenstehende Animation zeigt die Ergebnisse eines Versuchs wie er oben beschrieben wurde.

Aufgabe

Versuche aus den obigen Röntgenspektren einen Zusammenhang zwischen der Beschleunigungsspannung der Röntgenröhre und der maximalen Photonenenergie im jeweiligen Spektrum abzulesen.

Ergebnisse

  • Während im optischen Bereich (sichtbare Strahlung) die Energie der Photonen in der Größenordnung von einigen eV lag, ist die Quantenenergie im Röntgenbereich etwa drei Größenordnungen höher. Die Energie der Photonen der Röntgenstrahlung liegt im keV-Bereich.

  • Das Röntgenspektrum besteht aus zwei Anteilen:

    • Einem kontinuierlichen Spektrum (wird als Bremsspektrum bezeichnet), dessen maximale Photonenenergie von der Beschleunigungsspannung Ua der Röntgenröhre abhängt.

    • Einem Linienspektrum, das als charakteristische Röntgenstrahlung bezeichnet wird. Die Energie der Linien ist typisch für die verwendete Anode der Röntgenröhre, daher der Name charakteristische Strahlung.

 

Wie es zur Entstehung der beschriebenen Röntgenstrahlung kommt, erfährst du auf den entsprechenden Grundwissensseiten (Links am Ende dieses Artikels).