P 166: Einfach drauf ballern (K)

 40. Aufbau einer Röntgenröhre

40.1 Prinzip der Erzeugung kontinuierlicher Röntgenstrahlung

Wir haben gelernt: EMW entstehen, wenn Ladungen beschleunigt werden (Beispiel: Schwingungen in einem Dipol).

 

Möglichkeit 1: 

Ladungen werden abgelenkt.

Das geschieht in Kreisbeschleunigern, die je nach Energie tangential zur Bahn Röntgenstrahlung abgegeben. Diese heißt dann Synchrtronstrahlung, weil Kreisbeschleuniger auch Synchrotron heißen.

Starke Magnetfelder zwignen die Elektronen auf Kreisbahnen.

Einfaches Synchr0tron am CERN

Oder aber man baut küntliche Wackelstrecken ein, sog. Wiggler oder Undulatoren. Da wird ein hochenergetischer Elektronenstrahl hin- und her geschüttelt, damit Röntgenphotonen abgestrahlt werden.

Auch hier werden Magnetfelder zum Schütteln genommen. 

 

DESY

Undulator, Helmholtzzentrum, Berlin

Behandlung im Blog: Abschütteln von Photonen

Elektrische Felder bestehen aus Photonen 

Möglichkeit 2:

Ladungen werden abgebremst.

Dabei wird sog. Bremsstrahlung abgegeben.

Das Abbremsen ist ganz einfach: Die hochenergetischen Elektronen knallen einfach in die Anode rein und werden dort abgebremst. Letztlich geschieht die Abbremsung durch Übertragen ihrer Energie an des elektrische Feld der Atomkerne. Dabei entstehen meist Wärmeschwingungen, aber die Elektronen senden auch Photonen als Röntgenstrahlung aus. Es  wird 99% der Energie in Wärme umgewandelt, etwa 1% geht als Röntgenstrahlung weg. Damit die auch gut abgestrahlt werden kann, sind die Anoden angeschrägt.

wikipedia

 

Im Inneren der Anode ist ein Kühlsystem eingebaut, damit sie nicht einfach wegschmilzt.

 Einfach...aber es funktioniert.

40.2 Technische Realisierung

Die Bauteile: 

Kathode: Emittiert Elektronen, meist durch Beheizung (thermische Emission), manchmal durch starke Felder (Feldemission)

Anode: Liegt auf positivem Potenzial und zieht die Elektronen an, so dass sie hohe Energien bekommen (25 -600 keV).

Die ganze Röhre muss evakuiert sein, da die Elektronen sich möglichst ungehindert ausbreiten sollen.

Die Energie der Elektronen und das Anodenmaterial bestimmt die Art der Röntgenstrahlung. Da gehen wir gleich drauf ein.

wikipedia