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Hilke Baumann
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1 Protokoll in Physik Datum: Protokollantin: Alrun-M. Seuwen Fachlehrer: Herr Heidinger Inhalt: h) Die Bragg-Reflexion 1) Die Wellenlänge des Röntgenlichts 2) Das Bragg-Kristall 3) Inteferenz an dünnen Schichten 4) Die Bragg-Bedingung i) Ein Röntgendetektor 1) Ionisierende Wirkung 2) Verstärkung durch Gasentladung Hausaufgaben

Sir William Henry Bragg: - * 2. Juli 1862 in Wigton - 10. März 1942 in London - britischer Physiker - Physiknobelpreisträger.

2 Sir William Henry Bragg: - * 2. Juli 1862 in Wigton März 1942 in London - britischer Physiker - Physiknobelpreisträger. In seinen wissenschaftlichen Arbeiten befasste sich Bragg mit Phänomenen der Radioaktivität und der Röntgenstrahlung. So erforschte der Wissenschaftler beispielsweise das Absorptions- und Ionisationsverhalten ionisierender Strahlung in Abhängigkeit vom Abstand der Strahlenquelle zur ionisierten Materie entwickelte Bragg gemeinsam mit seinem Sohn Lawrence die so genannte Drehkristallmethode, ein in der Kristallographie bis heute verwendetes Analyseverfahren zur Bestimmung von Kristallstrukturen auf der Basis von Röntgenbeugung. Mit diesem Verfahren gelang es den Physikern, den atomaren Aufbau einiger Minerale und Legierungen aufzuklären sowie die Wellenlänge von Röntgenstrahlen zu bestimmen. Im Mittelpunkt stand dabei die von den Forschern aufgestellte und nach ihnen benannte Braggsche Gleichung, die die Beziehung zwischen dem Beugungswinkel Θ, der Wellenlänge λ des Röntgenstrahls und dem Netzebenenabstand d wiedergibt: nλ = 2d sin Θ. In Anerkennung dieser Leistungen wurden Vater und Sohn 1915 mit dem Nobelpreis für Physik für ihre Verdienste um die Erforschung der Kristallstrukturen mittels Röntgenspektroskopie ausgezeichnet. Quelle:

3 h) Die Bragg- Reflexion 1) Die Wellenlänge des Röntgenlichts Maximale Energie eines Röntgenquants W e l = W Li c h t Energie schneller Elektronen: U * e = h * f = h * c / λ (Spannung * Ladung = Energie) Anwendung der Formel: Gegeben: h= 6,6 * Js Gesucht: λ c= 3 * 10 8 m/s U= 30000V e= 1,602 * C auflösen nach λ λ = h*c U*e einsetzen der gegebenen Werte λ = 6,6*10-34 Js * 3*10 8 m/s * 1,602*10-19 C = 4,04*10-11 = 0,04*10-9 = 0,04 nm

4 2) Das Bragg- Kristall - kein normales Gitter möglich Notwendigkeit eines dreidimensionalen Gitters zum Beispiel aus + - und - - Ionen. d D= Netzebenenabstand = 2*10-10 m = 5*λ Röntgen Dieser Abstand ist als optischer Spalt geeignet.

5 3) Interferenz an dünnen Schichten ( Bragg- Reflexion ) Wiederholung: - konstruktive Interferenz : Verstärkung - destruktive Interferenz: Aufhebung wir beschränken uns auf die konstruktive Interferenz!! Bedingungen: - gleiche Phase Auftrittswinkel - Gangunterschied ( s) = Abstand zweier Phasen muss n*λ sein. s= n*λ n = Interferenzordnung δ δ d d 2 s

6 zu 3) Interferenz an dünnen Schichten sin δ = ½ s *d d s = d* sin δ *2 2 s = 2d* sin δ 4) Die Bragg- Bedingung - bei konstruktiver Interferenz gilt : s = n* λ - außerdem gilt : s = 2d* sin δ wir ersetzen s durch n* λ und erhalten somit folgende neue Formel: n* λ = 2d * sin δ - wir bestimmen n als das 1. Hauptmaximum so folgt : n = 1 Daraus ergibt sich für diesen Fall : λ = 2d * sin δ Wir sehen konstruktive Interferenz, was durch Helligkeit auf dem Röntgendetektor sichtbar wird.

7 Die maximale Lichtenergie wird erreicht wenn W e l = W Li c ht ist. - W e l ist die Energie der Elektronen, die in der Elektronenröhre erzeugt werden. - W Li c h t ist das Produkt aus Plank'schem Wirkungsquantum und der Frequenz des Röntgenlichts. Unser Ziel ist es das Röntgenlicht auszumessen wofür wir einige Bedingungen erfüllen müssen: 1.) Wir brauchen ein Gitter dessen Abstand der Größe der Wellenlänge entspricht. 2.) Wir wählen ein --Gitter (10-10 ) nicht-mechanisches Gitter 3.) Ein einzelnes Atom ist auszuschließen aufgrund möglicher Reflexion oder Abpralls. 4.) s muss eine Vielfaches von λ sein, um Berg auf Berg und Somit eine Verschiebung zu erreichen.

8 i) Ein Röntgendetektor 1) Ionisierende Wirkung 3000 Volt ma (10-6 ) = mikro Röntgenlicht Wenn Röntgenlicht durch ein elektrisches Feld geleitet wird, entlädt es den Kondensator. Dieser Prozess ist allerdings sehr langsam und ungenau!! Zwei geladene Platten werden durch Röntgenlicht entladen. Der Entladestrom ist ein Maß für die Lichtstärke (Geiger-Müller) jedes entstehende Ion wird um das 100 bis 1000-fache Verstärkt. Durch Ionisierung der Spannung wird eine Kettenreaktion ausgelöst, die eine Kettenreaktion hervorruft und somit eine Gasentladung bewirkt.

9 2) Verstärkung durch Gasentladung Unterdruck ( Argon ) A 400 Volt Glimmerfenster K äußere Platte = Rohr innere Platte = Stange Glimmerfenster: durchlässig für ionisierende Strahlung; druckdicht Jedes Ion löst eine Kettenreaktion aus. 3) Löschvorgang Die so gezündete Gasentladung soll nur kurz bestehen. Ein hoher Widerstand (außen) bewirkt ein Zusammenbrechen der Spannung. Der Innenwiderstand ist nach der Gasentladung gering.

10 10 nω zählen 400 Volt 1 nω Wenn der Innenwiderstand kleiner als 10 nω wird, reduziert sich die Spannung am Gasentladungsrohr. Die Gasentladung erlischt. Hausaufgabe Informationen zum Geiger-Müller-Zählrohr!! Weitere Quelle:

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