Physik Physikalisches Grundpraktikum Versuch 502 – Röntgenstrahlung o Aufgaben: 1. Messen Sie nach Einsetzen eines Plattenkondensators in die im Innenraum des Röntgengerätes dafür vorgesehenen Steckverbindungen und den Anschluss der externen Spannungsversorge- und Verstärkereinheit die Luftionisation zwischen den Platten eines Flächenkondensators aus Aluminium als Funktion der Röntgenstrahlintensität. Stellen Sie ihre mehrfach aufgenommenen Messwerte in einem geeigneten Diagramm grafisch dar und interpretieren Sie ihre Ergebnisse. 2. Bestimmen Sie nach Einbau des Spaltkollimators mit Zr-Filter und der Diffraktometereinheit unter Verwendung des Al-Absorbersatzes mit Aluminium-Blechen unterschiedlicher Dicke (D = 0, 0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5, 3.0 mm) den Massenschwächungskoeffizienten µ/p für Aluminium unter Anwendung des Schwächungsgesetzes. Präsentieren Sie Ihre Ergebnisse in einem geeigneten Diagrammformat. 3. Nehmen Sie die spektrale Intensitätsverteilung der Molybdän-Röntgenröhre durch Zerlegung der Röntgenstrahlung über einen Kristallmonochromator auf. Befolgen Sie vor Starten des Scan-Modus die in der Praktikumsanleitung und die in der am Versuchsplatz ausliegenden Gerätebeschreibung ausgewiesenen Schritte zur Eingabe der Parameter. Nach Aufnahme der Datensätze und grafischer Wiedergabe berechnen Sie die Wellenlängen λ in nm der MoKα- und MoKβ-Peaks verschiedener Ordnungen und die Wellenlänge λG der kurzwelligen Kante des Spektrums mithilfe der BraggGleichung. o Grundlagen und Vorbetrachtungen: Der Höhepunkt der Theorie des Elektromagnetismus im 19. Jahrhundert war die vom schottischen Physiker James Clerk Maxwell beschriebene Vorhersage, dass sich elektrische und magnetische Felder in Form von Wellen im Raum ausbreiten. Ein zeitlich verändertes Magnetfeld erzeugt dabei ein elektrisches Feld und umgekehrt ein sich änderndes elektrisches Feld ein Magnetfeld. Folge dieser Wechselwirkung sind Wellen, die sich im Vakuum mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten können. Im Strahlungsfeld stehen elektrische und magnetische Feldstärke E und B in jedem Punkt senkrecht zueinander und bilden eine Transversalwelle. Die in der elektromagnetischen Welle gespeicherte Energie ist proportional zum Quadrat der Amplitude von E und B. Beschleunigte elektrische Ladungen erzeugen elektromagnetische Wellen. Experimentell nachgewiesen wurden elektromagnetische Wellen 1887 von Heinrich Hertz, acht Jahre nach Maxwells 8 Tod. Da sie neben einer berechneten Ausbreitungsgeschwindigkeit von 3 · 10 m/s im luftleeren Raum auch für Licht typische Eigenschaften, wie Reflexion, Brechung und Interferenz aufwiesen, wurde die Zuordnung des sichtbaren Lichtes zum elektromagnetischen Spektrum von der Wissenschaft anerkannt. Im Jahre 1895 entdeckte Wilhelm Conrad Röntgen, dass fluoreszierende Minerale zu leuchten beginnen und ein fotographischer Film belichtet wird, wenn in einer etwas entfernten Vakuumröhre Elektronen durch eine hohe Spannung beschleunigt werden und auf eine Glas- oder Metalloberfläche innerhalb der Röhre treffen. Er nannte die unbekannten Strahlen „X-Rays“. Die nach ihm benannte Röntgenstrahlung ist eine elektromagnetische Welle kurzer Wellenlänge und entsteht beim Zusammenstoß von energiereichen 13.01.2008 © Januar 2008 by Alexander Jörk und Sarah Hoßfeld Medizinische Fakultät der Friedrich-Schiller-Universität Jena 1 Physik Physikalisches Grundpraktikum Versuch 502 – Röntgenstrahlung Elektronen mit Atomen hoher Ordnungszahl oder bei Geschwindigkeitsänderung stark beschleunigter geladener Teilchen. Die Erforschung der Röntgenstrahlung zeigte, dass es sich nicht um geladene Teilchen handelte, da sie nicht mittels elektrischer oder magnetischer Felder abgelenkt werden konnten. Zur Erzeugung von Röntgenstrahlung verwendet man Hochvakuum-Röntgenröhren. Nach Anlegen einer Hochspannung von 10 bis 100 kV werden Elektronen aus einer Glühkathode emittiert und zur gegenüberliegenden Anode beschleunigt. Beim Auftreffen auf das hitzebeständige und gut wärmeleitende Anodenmaterial wird ein Teil der kinetischen Elektronenenergie in elektromagnetische Strahlung kurzer Wellenlänge umgesetzt, wobei der verbleibende Energierest als Wärme an die zu kühlende Anode angeben wird. Als Anodenmaterial verwendet man meist Molybdän, wie unserem Versuch, oder Wolfram. Mit Erhöhung der Beschleunigungsspannung und der damit verbundenen erhöhten kinetischen Energie der auf die Anode auftreffenden Elektronen wächst die Durchdringungsfähigkeit der Strahlung und damit die Härte. Die Intensität wird von der Anzahl der aus der Kathode austretenden Elektronen bestimmt und ist von der Glühtemperatur der Kathode abhängig. Die Linienspektren der Atome im sichtbaren, UV- und Infrarot-Bereich des elektromagnetischen Spektrums gehen auf die Übergänge der Valenzelektronen zwischen unterschiedlichen Zuständen zurück. Die Kernladung wird gegenüber den Außenelektronen durch die inneren Elektronen größtenteils abgeschirmt. Die inneren Elektronen der Schale m=1 bekommen dabei die gesamte Kernladung zu spüren. Da die Energie eines Niveaus proportional zur Ordnungszahl ins Quadrat ist, erwartet man beispielsweise bei einem -2 -1 Atom mit OZ=50, 2500-mal kürzere Wellenlängen (10 bis 10 nm) – Wellenlängen im Röntgenbereich des elektromagnetischen Spektrums. Das von den Röntgenquanten erzeugte Röntgenspektrum unterscheidet man je nach Erzeugungsprozess in ein kontinuierliches Spektrum mit der Grenzwellenlänge λG und eine Folge von Peaks, die als charakteristische Strahlung dem kontinuierlichen Spektrum überlagert ist. Das Bremsspektrum und die Grenzwellenlänge sind spannungsabhängig und bewegen sich nach links, wenn die Spannung in der Röntgenröhre erhöht wird. Die mit MoKα und MoKβ betitelten Peaks bleiben ihren Wellenlängen bei Spannungsveränderungen treu und verändern ihre Position bei unterschiedlich verwendeten Targetmaterialien. Wilhelm Conrad Röntgen (1845-1923) 13.01.2008 © Januar 2008 by Alexander Jörk und Sarah Hoßfeld Medizinische Fakultät der Friedrich-Schiller-Universität Jena 2 Physik Physikalisches Grundpraktikum Versuch 502 – Röntgenstrahlung Beim Eindringen in das Anodenmaterial werden die hochbeschleunigten Elektronen aufgrund der Coulomb-Wechselwirkungen mit den positiv geladenen Atomkernen sowie ihre Hüllenelektronen kontinuierlich abgebremst – Entstehung von Bremsstrahlung. Die Elektronen geben dabei ein Großteil ihrer Energie als Wärme ab, oder sie emittieren Röntgenphotonen. Aufgrund der Energieerhaltung muss die Energie des emittieren Photons EPhoton= hf gleich dem Verlust an kinetischer Energie ∆Ekin sein. Ein Elektron kann beim Zusammenstoß mit dem Targetmaterial seine gesamte Energie oder nur einen Teil davon verlieren, sodass es sich beim kontinuierlichen Spektrum um eine Pulsfolge unterschiedlicher Photonenenergien handelt. Die kürzeste Wellenlänge bzw. die höchste Frequenz f muss somit von einem Elektron stammen, das seine gesamte kinetische Energie abgibt und beim Stoß ein einzelnes Photon erzeugt. Da die kinetische Ausgangsenergie gleich der Energie sein muss, die das Elektron durch die Beschleunigung im elektrischen Feld erfährt, muss Ekin = eU sein. Im Falle eines einzelnen Stoßes, bei dem das Elektron zur Ruhe kommt gilt folgende Gleichung: EPhoton = h·f = hc/λG = eU = Ekin wobei λG = c/f gleich der Grenzwellenlänge der typischen kurzwelligen Kante des Bremsspektrums ist. Beim Zusammenstoß der Elektronen mit den Atomen des Anodenmaterials können diese angeregt und ionisiert werden, wodurch gebundene Elektronen des Anodenatoms auf ein höheres unbesetztes Energieniveau gehoben oder ganz aus dem Atomverbund herausgeschlagen werden. Bei ausreichend hoher kinetischer Energie der Kathodenelektronen werden auch innere, kernnahe Atomelektronen der K-Schale herausgeschlagen und in ein äußeres Energieniveau gehoben oder ins Kontinuum freigesetzt. Das so entstandene unbesetzte Energieniveau wird durch Elektronensprünge aus benachbarten höheren Energieniveaus wieder aufgefüllt. Die dabei freiwerdende Energie wird als Strahlungsquant freigesetzt, das für das Atom des Anodenmaterials mit einer charakteristischen Wellenlänge verknüpft ist, wodurch die Peaks des charakteristischen Röntgenspektrums zustande kommen. Elektronensprünge auf die K-Schale ergeben die charakteristische K-Strahlung. Von Kα-Strahlung spricht man, wenn die Elektronensprünge von der L-Schale ausgehen, von Kβ-Strahlung, wenn die M-Schale als Herkunftsort definiert wird. Nach Entdeckung der Röntgenstrahlen kursierte die Annahme, Röntgenstrahlen seien eine Form unsichtbaren Lichtes. Jedoch zeigten sie keinerlei Beugungs- oder Interferenzerscheinungen, wenn man gewöhnliche Beugungsgitter benutzte. Wenn allerdings ihre Wellen-6 längen viel kleiner sind als der typische Gitterabstand von 10 m, kann man keine Effekte erwarten. Deshalb schlug 1912 Max von Laue vor, dass man einen Kristall mit periodisch angeordneten Atomen als Beugungsgitter verwenden könnte. Und tatsächlich konnte experimentell gezeigt werden, dass die am Kristall gestreuten Röntgenstrahlen die typischen Berge und Täler des Beugungsmusters aufwiesen. Erkenntnis dieser Versuchsreihen: Röntgenstrahlen besitzen Welleneigenschaften und die Atome in Kristallen sind periodisch angeordnet. In einem einfachen Kristall, wie NaCl sind die Atome in einem kubischen Gitter zusammengefasst, wobei die Atome jeweils den Abstand d voneinander haben. Fallen Röntgenstrahlen und einem Winkel auf die Kristalloberfläche, dann werden die auf zwei unterschiedlichen Ebenen reflektierten Strahlen konstruktiv miteinander interferieren. 13.01.2008 © Januar 2008 by Alexander Jörk und Sarah Hoßfeld Medizinische Fakultät der Friedrich-Schiller-Universität Jena 3 Physik Physikalisches Grundpraktikum Versuch 502 – Röntgenstrahlung Unter Ausnutzung dieser Interferenz lässt sich polychromatische Röntgenstrahlung monochromatisieren, wobei die Bragg-Gleichung gilt: mλ = 2d · sin Φ wobei m die intensitätsstarken Interferenzmaxima der Ordnungen m = 1, 2, 3 beschreibt. Fällt eine ebene Röntgen-Lichtwelle auf eine lineare Reihe von Atomen mit dem Abstand d, so werden diese als Zentren Huygen’scher Elementarwellen zur Emission von Sekundarwellen angeregt, die miteinander interferieren. Handelt es sich um eine polykristalline Substanz erhält man anstelle der Laue-Flecken konzentrische Kreise. Röntgenstrahlung wird beim Durchgang durch Materie geschwächt. Die Schwächung ist allerdings abhängig von der Wellenlänge der verwendeten Röntgenstrahlung, andererseits von den Eigenschaften des schwächenden Materials (z.B. Dichte oder Ordnungszahl). Es gilt das so genannte Schwächungsgesetz: -µD I = I0 e Der lineare Schwächungskoeffizient µ setzt sich aus dem photoelektrischen Absorptionskoeffizienten τ und dem Koeffizienten unterschiedlicher Streumechanismen σ additiv zusammen, wobei gilt: σ << τ. Als unabhängige Größe vom Zustand des Absorbers gilt der Massenschwächungskoeffizient k = µ/ρ. Generell schwächen die Elemente hoher Ordnungszahl Röntgenstrahlen besonders stark. Trägt man den Massenschwächungskoeffizienten k gegen die Wellenlänge im Diagramm auf, erkennt man typische Absorptionskanten. Die ionisierende Wirkung von Röntgenstrahlung wird zum qualitativen Nachweis und zur quantitativen Registrierung genutzt. Neben Fluoreszenzerscheinungen am Leuchtschirm gibt es Detektoren zur elektronischen Registrierung, wovon das Geiger-Müller-Zählrohr die Liste anführt. Das Zählrohr besteht aus einem halboffenen Metallzylinder, der als Kathode geschaltet ist und in dem sich axial ein dünner Metalldraht als Anode befindet. Eine dünne, für Röntgenstrahlung durchlässige Folie trennt als Eintrittsfenster die Außenluft von einem Edelgas-Halogen-Gemisch unter vermindertem Druck. Zwischen Anode und Kathode liegt eine Spannung von 300 bis 2000 V an. Die einfallenden Röntgenquanten ionisieren die Gasatome, wobei die Elektronen zur Anode beschleunigen und ihrerseits weitere Atome ionisieren, wodurch eine Ladungslawine entsteht, die einen registrierbaren Stromimpuls erzeugt. Durch die trägeren positiven Ionen bildet sich um den Anodendraht ein positiver Raumladungsschlauch, der eine weitere Entladung verhindert und keine Lawinenbildung zulässt. Man spricht von einer Totzeit, die nach Abwanderung der positiven Ionen zur Kathode und dortigen Neutralisation endet und damit das Zählrohr wieder empfangsbereit ist. 13.01.2008 © Januar 2008 by Alexander Jörk und Sarah Hoßfeld Medizinische Fakultät der Friedrich-Schiller-Universität Jena 4 Physik Physikalisches Grundpraktikum Versuch 502 – Röntgenstrahlung o Versuchsdurchführung: Grundlage für die Versuchsdurchführung war das Röntgengerät der Firma Leybold-Didactic, über dessen Aufbau das folgende Bild Auskunft geben soll: a) Messung der Luftionisation – Versuch 1 Nach Vertrautmachen mit den Bedienelementen und der ausliegenden Gerätebeschreibung begann der Ausbau der Diffraktometereinheit mit dem Targettisch und dem Geiger-Müller-Zählrohr. Außerdem wurde der Spaltkollimator entfernt, um die gesamte Röntgenstrahldosis während des Versuchs 1 in den Experimentierraum zu lassen. Nach Einbau des Plattenkondensators in die vorgesehenen Steckverbinder und Verbindung der oberen Kondensatorplatte mit dem positiven Pol der externen Spannungsversorgungseinheit und dem Verbinden der unteren Kondensatorplatte mit der Verstärkeeinheit, begann nach Schließung des Experimentierraumes das Einschalten des Röntgengerätes und das Anlegen der Hochspannung von 35 kV mit Hilfe des Adjust-Rades. Im Anschluss wurde der Röntgenemissionsstrom Iem in mA in 0,1-Schritten von 0 bis 1 mA hochgeregelt und der Ionisationsstrom Iio am externen Voltmeter abgelesen. Nach dreimaliger Durchführung der Versuchseinheit wurden folgende Messwerte ermittelt: Iem in mA 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 Messung des Ionisationsstroms in nA Iio Reihe 1 Iio Reihe 2 Iio Reihe 3 0 0 0 0,35 0,36 0,36 0,69 0,70 0,70 1,03 1,04 1,03 1,37 1,37 1,37 1,71 1,70 1,70 2,03 2,03 2,04 2,36 2,37 2,37 2,71 2,71 2,71 3,04 3,03 3,03 3,35 3,36 3,37 Iio Intervall 0,00-0,01 0,35-0,37 0,69-0,71 1,02-1,04 1,35-1,39 1,68-1,73 2,01-2,08 2,34-2,40 2,68-2,74 3,00-3,07 3,33-3,41 -9 Der reale Ionisationsstrom trägt die Einheit 10 nA, kann aber durch die Verstärkereinheit eines STE9 Widerstandes von 1 GΩ = 10 Ω vom Voltmeter ohne Umrechnung abgelesen werden. 13.01.2008 © Januar 2008 by Alexander Jörk und Sarah Hoßfeld Medizinische Fakultät der Friedrich-Schiller-Universität Jena 5 Physik Physikalisches Grundpraktikum Versuch 502 – Röntgenstrahlung Die graphische Darstellung äußert sich in folgendem Diagramm: Auswertung Versuch 1: Die in der Hochvakuum-Röntgenröhre beschleunigten Kathodenelektronen treffen auf das angewinkelte Anodenmaterial und senden kurzwellige Röntgenquanten in den Experimentierraum. Die zwischen den Kondensatorplatten befindliche Luft (Gasatome) wird ionisiert, dass heißt die aus den Gasatomen herausgeschlagenen Elektronen wandern zur oberen, positiven Kondensatorplatte, die positiven Ionen wandern zur unteren Kondensatorplatte. Im elektrischen Feld des Plattenkondensators wird ein Ionisationsstrom registriert. Trägt man die Werte des Röntgenemissionsstroms gegen die Werte des Ionisationsstroms auf, so erhält man, wie im Diagramm ersichtlich, eine lineare Abhängigkeit. Das Ablesen des Ionisationsstroms vom Voltmeter gestaltete sich durch schwankende Werte schwierig. Wie man der Tabelle entnehmen kann, steigt das angezeigte Werteintervall mit zunehmendem Emissionsstrom an. Grund für die Schwankungen ist die ungleichmäßige Aussendung von Röntgenquanten. b) Schwächung der Röntgenstrahlung – Versuch 2 Nach Ausschalten der Hochspannung wurde der Plattenkondensator wieder ausgebaut und die Diffraktometereinheit eingesetzt und angeschlossen. An den beweglichen Probehalter haben wir den Aluminium-Absorbersatz eingesetzt, der aus sechs Aluminiumblechen unterschiedlicher Dicke besteht. Außerdem wurde der mit einem Zirconium-Filter bestückte Spaltkollimator angebracht. Nach Verschluss des Experimentierraumes wurde eine Hochspannung der Röntgenröhre von 25 kV eingestellt, der Röntgenemissionsstrom beträgt wie beim ersten Versuch 1 mA. Wichtig ist die ebene Ausrichtung von Spaltkollimator, Absorber und Geiger-Müller-Detektor. Insgesamt wurden sieben Messungen je dreimal durchgeführt. Dabei muss der Winkel des Absorbersatzes so optimiert werden, dass jeweils die durchschnittlich meisten Zähleinheiten des Detektors in counts per second (cps) registriert wurden. Der erste Wert wurde ohne Abschirmung der Strahlung aufgenommen. Danach wurde er Winkel jeweils um 10° erhöht, bis die maximale Dicke des Aluminiumbleches von 3 mm bei ungefähr 60° erreicht war. Bei diesem Versuchsteil wurde das Ablesen der „Counts per second“ aufgrund der großen Schwankungsbreite zur Herausforderung. Folgende Werte wurden nach bestem Gewissen aufgestellt: 13.01.2008 © Januar 2008 by Alexander Jörk und Sarah Hoßfeld Medizinische Fakultät der Friedrich-Schiller-Universität Jena 6 Physik Physikalisches Grundpraktikum Versuch 502 – Röntgenstrahlung Messung der Anzahl der registrierten Stromimpulse in cps je Abschirmungsgrad DickeAlu in mm Target-Winkel cps Reihe 1 cps Reihe 2 cps Reihe 3 Mittel cps 0 0,1 ° 6410 6390 6360 6390 0,5 10,1 ° 4350 4315 4315 4330 1 20,1 ° 2470 2460 2450 2460 1,5 30,2 ° 1600 1590 1585 1590 2 40,1 ° 830 840 835 835 2,5 50,2 ° 540 550 545 545 3 60,1 ° 330 320 325 325 Trägt man die durchschnittliche Intensität der Röntgenquanten in cps gegen die Dicke der Aluminiumabschirmung auf, erhält man im folgenden Diagramm einen exponentiellen Kurvenverlauf: Wie zu erwarten, nimmt die am Intensität der am Zählrohr ankommenden Röntgenstrahlung mit bx zunehmender Abschirmung ab und ergibt einen Kurvenverlauf nach dem Typus: y= a·e . Nach Fitten der Messreihe mit Hilfe des Computerprogramms Origin (rote Kurve) errechnete die Software einen Abklingkoeffizienten von 0,9476. Auswertung Versuch 2: Die Messwerte verdeutlichen dass die Dicke des abschirmenden Materials die Intensität der Röntgenstrahlen bremsen können, wobei die ersten Zehntelmillimeter am wirksamsten sind. Ab 2 mm nimmt der Rückgang der cps nur noch unbedeutende Ausmaße an. Aluminium selbst ist ein Metall von relativ geringer Dichte. Dabei nimmt allerdings die Schwächung der im menschlichen Körper Stoffwechselstörungen auslösende Röntgenstrahlung mit zunehmender Ordnungszahl um ein Vielfaches zu. So ist Blei (OZ 82) ein sehr wirksamer Strahlenabsorber, da hier die dicht gepackten Gitteratome ständig mit den Röntgenquanten kollidieren. Die Absorption von Röntgenstrahlung einer bestimmten Wellenlänge ist somit mit der Anregung des absorbierenden Atoms verbunden. So würde man bei einer Untersuchung der 13.01.2008 © Januar 2008 by Alexander Jörk und Sarah Hoßfeld Medizinische Fakultät der Friedrich-Schiller-Universität Jena 7 Physik Physikalisches Grundpraktikum Versuch 502 – Röntgenstrahlung Abhängigkeit des Massenschwächungskoeffizienten k von der Wellenlänge Absorptionskanten erhalten. Bei großen Photonenenergien besteht eine größere Wahrscheinlichkeit, dass selbst die stark gebundenen Elektronen der K-Schale auf höhere Energieniveaus gehoben werden. Bei steigender Wellenlänge tendiert die Absorptionswahrscheinlichkeit der K-Schale gegen Null – grafisch als K-Kante ersichtlich. Zwischen den Absorptionskanten gilt die Proportionalität µ/ρ ~ λ³. Der im Versuch verwendete Zirconium-Filter begrenzte das Spektrum der Röntgenstrahlen. Ziel dieses Versuches war die Bestimmung des Massenschwächungskoeffizienten für Aluminium auf Grundlage des Schwächungsgesetzes, was die folgende Rechnung ausführen wird. Bemerkenswert ist dabei die Annäherung des linearen Schwächungskoeffizienten µ an den vom Computerprogramm Origin errechneten Faktor b in der Funktionsgleichung -µD y = a·e (Vorzeichenwechsel !) 13.01.2008 © Januar 2008 by Alexander Jörk und Sarah Hoßfeld Medizinische Fakultät der Friedrich-Schiller-Universität Jena 8 Physik Physikalisches Grundpraktikum c) Versuch 502 – Röntgenstrahlung Spektrale Intensitätsverteilung – Versuch 3 Um das Röntgengerät zur Bestimmung der wellenlängenabhängigen Intensität im Spektrometermodus verwenden zu können, haben wir den Al-Absorbersatz und den Zr-Filter ausgebaut und den Targettisch mit einem Monochromatorkristall (NaCl) am Probehalter befestigt. Der Kristall und das Zählrohr sind zum einfallenden Röntgenstrahl so zu positionieren, dass jeweils die Winkelpositionen ϑ bzw. 2ϑ einnehmen. Hierzu sind einige Arbeitsschritte der Justierung vor Versuchsbeginn notwendig. Nach Zurückfahren des Target- und Sensorarmes in die Nullposition, wird der Probehalter um etwa 7,2 ° gedreht. Nach Einschalten der Hochspannung von 35 kV und dem Einstellen des Emissionsstromes von 1 mA wird durch sensibles Einstellen das Maximum der Zählrate für das erste Reflexionsmaximum des Kristalls gesucht. Anschließend haben wir im Couplet-Modus das Target um genau 7,2 ° zurückgedreht und diese Stell ung als neue Nullposition gespeichert. Nach Eingabe der Scan-Parameter misst das Röntgengerät alle 2 Sekunden in einer Winkeldifferenz von ∆β = 0,1° die Impulsdichte im Winkelintervall von 2,5° bis 24°. Ist der automatische Scan abgesch lossen, beginnt das Auslesen der Werte für die Impulsdichte in cps für alle 216 Winkelwerte, die in ein Diagramm einfließen. α1 λG = 3,4 ° β1 α1 = 7,2 ° β1 = 6,4 ° α2 = 14,5 ° β2 = 12,9 ° α3 = 22,1 ° β3 = 19,6 ° α2 β2 β3 α3 λG 13.01.2008 © Januar 2008 by Alexander Jörk und Sarah Hoßfeld Medizinische Fakultät der Friedrich-Schiller-Universität Jena 9 Physik Physikalisches Grundpraktikum Versuch 502 – Röntgenstrahlung Nach Fertigstellung der Wertetabelle wurde ein aussagekräftiger Graph erstellt, bei dem sowohl das kontinuierliche Spektrum für 1 mA mit der kurzwelligen Kante, als auch das charakteristische Röntgenspektrum für Molybdän mit seinen Peaks von insgesamt drei Ordnungen (Maxima) sichtbar werden. Im Folgenden sollen die Berechnungen für die Wellenlängen der α- und β-Peaks sowie λG folgen: Auswertung Versuch 3: Die Ergebnisse der Rechnungen zeigen das die α- bzw. β-Peaks des Molybdän jeweils ihre spezifischen Wellenlängen von 0,071 bzw. 0,063 nm besitzen. Das breite Bremsspektrum erreicht bei ~ 3,4 ° mit 0,033 nm die kleinste Wellenlänge. Bei dieser Frequenz hat ein Kathodenelektron mit Ekin= eU seine ganze Energie an ein Photon mit EPhoton = hf abgegeben. Die Peaks stellen die Interferenzmaxima der monochromatisierten Röntgenquanten dar. 13.01.2008 © Januar 2008 by Alexander Jörk und Sarah Hoßfeld Medizinische Fakultät der Friedrich-Schiller-Universität Jena 10