Bremsstrahlung

aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie

Erzeugung von Röntgenbremsstrahlung durch Abbremsung eines schnellen Elektrons in dem Coulombfeld eines Atomkerns (schematische Darstellung)

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.

Der Effekt der Bremsstrahlung wird zur Erzeugung von Röntgenstrahlung verwendet. Dabei schießt man in Röntgenröhren Elektronen mit einer kinetischen Energie von einigen 10 bis 100 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. 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 minimale Wellenlänge beträgt

${\lambda_{min}} = \frac{h c}{e U}$

mit
c - Lichtgeschwindigkeit
h - Plancksches Wirkungsquantum
e - Elementarladung, Elektronenladung
U - Beschleunigungsspannung, Anodenspannung der Röntgenröhre

Durch Einsatz der Naturkonstanten ergibt sich die zugeschnittene Größengleichung

${\lambda_{min}} = \frac{1{,}25\cdot 10^{-6}\,{V}\cdot {m}}{U}$ ^[1]

Auch aus dieser Gleichung sieht man, dass die untere Grenzwellenlänge $λ m i n$ nur von der Beschleunigungsspannung U abhängig ist.
Bei einer Beschleunigungsspannung von 25 Kilovolt beträgt sie zum Beispiel 0,05 nm. Diese Strahlung vermag bereits dünnes Glas und Aluminium zu durchdringen. Daher muss man zum Beispiel bei Bildröhren, die etwa mit dieser Spannung arbeiten, Maßnahmen zum Strahlenschutz treffen. Man verwendet daher zum Beispiel Bleioxid-haltiges Kolbenglas.