I. Geschichte der Röntgenstrahlen

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1 I. Geschichte der Röntgenstrahlen Entdeckung durch Wilhelm Conrad Röntgen 1895 (erhält dafür 1. Nobelpreis 1901): Auslöser der (zufälligen) Entdeckung waren die zu dieser Zeit besonders intensiven Untersuchungen von Kathodenstrahlen (entsprechende Gasentladungs-Röhren wurden zu dieser Zeit entwickelt); Er beobachtet Leuchterscheinungen, die er nicht auf die Kathodenstrahlen (Lenardstrahlen genannt, später als Elektronen identifiziert) zurückführen konnte, sondern auf eine neue Art von Strahlen (X-Strahlen, engl. X-Rays). Man weiß sehr wenig über die genauen Umstände der Entdeckung, da der Nachlass (z.b. Laborbücher, Messprotokolle, Handskizzen, usw.) von W.C. Röntgen nach dessen Tod vernichtet wurden. Man kann also nur aus den von Röntgen selbst später veröffentlichten Experimenten rückschließen, wie sich die Entdeckung abgespielt haben könnte. Man geht heute davon aus, dass Röntgen wohl zufällig seine Hand in den Strahl gehalten hat und vielleicht seine eigenen Knochen gesehen hat. Röntgen verwendete zum Nachweis der Strahlen sowohl organisch fluoreszierendes Material (zeigt keine Fluoreszenz) als auch Bariumplatincyanür (zeigt Fluoreszenz). Seine Konkurrenten hatten letzteres nicht benutzt, sonst hätte die Entdeckung vermutlich Lenard selbst gemacht (bekam aber später auch Nobelpreis)

2 Entdeckung sorgt für großes Interesse, besonders im Hinblick auf medizinische Anwendungen Röntgenaufnahme der Hand von Frau Röntgen vom zunächst keine ausreichende Deutung der X-Strahlen (Hypothese der longitudinalen Lichtwellen im Äther); Röntgen konnte keine Brechung und Beugung der Strahlen beobachten : Rege Weiterentwicklung (Plancksche Quantenhypothese für Strahlung 1900, Relativitätstheorie: kein Äther; Deutung des Photoeffektes durch Einstein 1905, Sommerfeldtsche Bremsstrahlung, allerdings wenig experimentelle Beweise 1912: Photometer von P.P. Koch; Interpretation von Sommerfeld: λ m

3 1912: Entdeckung der Röntgenstrahlinterferenzen (Nobelpreis an Max Laue 1920): Laue hatte die Idee - angeregt durch Paul Peter Ewald, der sich mit Lichtausbreitung in einem Raumgitter befasste. Er überredet Sommerfeld und Röntgen, so dass Knipping und Friedrich das Experiment durchführten. Erstes Laue-Bild an triklinem Kupfersulfat (Laue, Friedrich, Knipping 1912)

4 Wichtige Schlussfolgerungen aus Laues Experiment: Röntgenstrahlen sind transversale Wellen mit Wellenlängen um m Kristalle bestehen aus regelmäßig angeordneten Atomen 1912: Braggsches Gesetz; William Lawrence Bragg (Sohn von Henry William Bragg) stellte sich das Experiment von Laue und Knipping als die Interferenz eines kontinuierlichen ( weißen ) Spektrums von Röntgenstrahlen vor und formulierte Braggsches Gesetz. Entwicklung des Röntgenspektrometers (erstes Ein-KristallDiffraktometer) durch H.W. Bragg (Ionisationskammer anstelle Photoplatte). Dieses Spektrometer leitete eine intensive Entwicklung zur systematischen Untersuchung über die Natur der Röntgenstrahlen ein.

5 1912: Entdeckung und Erforschung der Röntgenspektren durch Henry Moseley; Voraussagen von chemischen Eigenschaften bisher unbekannter Elemente mit den Ordnungszahlen 43,61 (seltene Erde Rhenium), und 72 (Hafnium) Duane und Hunt 1915: Untersuchung der kurzwelligen Grenze der Bremsstrahlung, die proportional der an der Röhre angelegten Spannung war. Ulrey 1918: Messung der Energieverteilung, Zusammenhang zwischen Gesamtintensität und Röhrenspannung ist quadratisch : Einbindung in Bohrsches Atommodell durch Walther Kossel M. Siegbahn (Nobelpreis 1924): Untersuchung der M- und N- Serien der Röntgenspektren Compton-Effekt (Arthur Compton): elastischer Stoß von Licht mit schwach gebundenen Elektronen Teilchenstruktur des Photons; kleiner Energie- und Impulsübertrag Paul Debye und Paul Scherrer: Entdeckung der Interferenzen an amorphen Substanzen (Pulver)

6 Vorbemerkungen zur Untersuchung der kristallinen Struktur von Materie mit Licht und Teilchen Gitterparameter Übergangsmetalle Halbleiter (mit Diamant bzw. Zinlblendestruktur V: 3.03 Å Ta: 3.30 Å Nb: 3.30 Å bcc Wo: 3.15 Å Mo: 3.16 Å Ni: 3.52 Å Cu: 3.61 Å Pd: 3.89 Å fcc Ag: 4.09 Å Pt: 3.92 Å Si: Ge: GaAs: AlAs: InAs: Å Å Å Å Å Eigenschaften von verschiedenen Strahlungen Teilchen: λ = h 2mE kin Licht: λ [ Angtroem] = 12.4 E[keV] Gemittelte Eigenschaften (1) Energie (2) Wellenlänge (3) Braggwinkel (4) Extinktionslänge (5) Absorptionslänge X-Rays 10 kev 1.5 Å groß µm µm Thermische Neutronen 0.03 ev 1.2 Å groß 100 µm 5 cm Langsame Elektronen 100 ev 1.2 Å groß 30 nm 5 Å Schnelle Elektronen 100 kev 0.04 Å 1 30 nm 1 µm

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