Charakteristische Röntgenstrahlung

Zusammenfassung

In Abschn. 1.3 haben wir festgestellt, dass eine Röntgenröhre ein kontinuierliches Spektrum emittiert, dem einige scharfe Linien überlagert sind (Abb. Abb. 1.27). Wir haben den kontinuierlichen Teil des Spektrums, die Bremsstrahlung, bereits in Abschn. 1.3 und Abschn. 2.2 diskutiert. Nun wollen wir uns mit dem Linienspektrum, der sogenannten „charakteristischen Strahlung“ befassen. Der Name kommt daher, dass die Lage der Linien charakteristisch ist für das Material, aus dem die Anode der Röntgenröhre besteht, es handelt sich also um eine Ausstrahlung der Atome des Anodenmaterials. Die hohe Quantenenergie (gewöhnlich im Bereich von einigen keV) weist darauf hin, dass die Strahlung nichts mit den Valenzelektronen zu tun hat, sondern aus dem Innern der Atomhülle stammt. Die charakteristische Röntgenstrahlung ist also für das Verständnis der Atomhülle ein wichtiger und sehr nützlicher Effekt.

Es wird gezeigt, wie man mit der charakteristischen Röntgenstrahlung die Kernladungszahl messen kann, wie man die Spektren klassifiziert, wie man die charakteristische Strahlung anregen kann und wie man sie spektroskopiert. In Konkurrenz zur Emission der charakteristischen Strahlung steht die Emission eines Elektrons aus der Atomhülle. Dieser „Auger-Effekt“ wird im dritten Abschnitt behandelt. Am Schluss des Kapitels geht es um die Absorption von Röntgenstrahlung durch Atome. Dabei wird auch diskutiert, wie der Kontrast auf den Röntgenaufnahmen physikalisch zustande kommt.

Übungsaufgaben

9.1 Erzeugung von Röntgenstrahlung.

In Abb. 1.23 sind einige Röntgenspektren dargestellt. Warum sieht man im Bild bei einer Spannung U = 20 kV nur Bremsstrahlung, bei 30 und 40 kV auch charakteristische Strahlung des Molybdän? Geben Sie die Grenzwellenlängen für die Bremsspektren an. Vergleichen Sie die experimentell ermittelte Energie der K_α-Strahlung des Molybdän mit der Interpolation mittels (9.3). Wo sind die Röntgenlinien, die bei Elektronenübergängen von der M- in die L-Schale entstehen?

9.2 Auswahlregeln für Röntgenübergänge.

Begründen Sie mit den Auswahlregeln für Dipolstrahlung, warum nur die in Abb. 9.5 eingezeichneten Röntgenübergänge vorkommen.

9.3 Lebensdauer von Löchern in der K-Schale.

Fehlt ein Elektron in der K-Schale eines Atoms, wird dieses Loch mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit pro Zeit W_Ph (siehe (9.7)) von einem Elektron einer höheren Schale unter Emission von K-Strahlung besetzt. Wie hängt W_Ph von der Ordnungzahl Z ab? (Hinweis: Zur Lösung betrachtet man (6.53) und (6.54) als Funktion von Z.)