Röntgenaufnahme der Hand seiner Frau; Ganzkörperröntgenbild eines Menschen

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1 . Rötgestrahle. Historisches F. 85 Geburt vo Wilhelm Corad Rötge i Leep (Bergisches Lad/Rheiproviz) 888 Professor der Experimetalphysik a der Julius-Maximilia-Uiversität Würzburg 895 Etdeckug der Rötgestrahle beim Experimetiere mit eiem Gasetladugsrohr. Kathodestrahle (Elektroestrahle) riefe Fluoreszez a Glasiewad auf Außerdem trat auch im dukle Raum i mehrere Meter Etferug vo der Röhre ei Leuchte des Fluoreszezschirms (Ba-Pt-Cyaür) auf "Vorläufige Mittheilug" a Physikalisch-Mediziische Gesellschaft zu Würzburg "Über eie eue Art vo Strahle, Ages, das im Stade ist, lebhafte Fluoreszez zu erzeuge". Zur Uterscheidug vo adere Strahle X-Strahle geat (im eglische Sprachgebrauch immer och X-rays). Absorptio der X-Strahle abhägig vo Art ud Dicke des Materials. Blei erwies sich als udurchdriglich. Etwicklug der fotographische Techik i jeer Zeit führte zu "X-Strahle-Fotos", da ebefalls wie bei Kathodestrahle auch bei Rötgestrahle Schwärzug auftritt. F. Rötgeaufahme der Had seier Frau; Gazkörperrötgebild eies Mesche großes Iteresse für mediziische Aweduge keie Patetameldug starke Etwicklug obler Verzicht X-Strahle immer öfter als "Rötgestrahle" bezeichet. 9 Rötge. Nobelpreisträger für Physik. Erzeugug vo Rötgestrahle F. Rötgestrahle werde i der Rötgeröhre erzeugt, idem ma beschleuigte Elektroe (Kathodestrahle) auf eie metallee Atikathode auftreffe läßt, vo der die Rötgestrahle ausgehe. (Elektromagetische Welle kurzer Welleläge, schließe sich mit ihre lage Welle a das UV a, ach kurze Welle keie scharfe Greze: (8- -5 ) m) Zur Erzeugug extrem eergiereicher Rötgestrahle diee auch Teilchebeschleuiger (Sychrotro, usw.). Ma uterscheidet Arte vo Rötgestrahle: Bremsstrahlug Elektro wird im Bereich eies Atoms mit E' > E (E = Bidugseergie eies Elektros i der -te Schale) ur soweit abgebremst, daß es dieses System mit der Eergie E'' < E' wieder verlasse ka. Abgegebee Eergie hν = E' - E'' wird i Form eies Lichtquats ausgestrahlt. Nicht-periodische Beschleuigug etspricht eiem kotiuierliche Spektrum Klass. E-Dyamik: Quatemechaik: beliebig ausgedehtes Spektrum Elektro mit E ki ka ur Quate bis zu eier gewisse Grezfrequez erzeuge

2 hν gr = E ki = eu λ gr = c/ν gr = ch/eu =. -8 cm/u (U i kv) Für Elektroe, die so hoch beschleuigt sid, daß v c, gilt: E = mc = mcc mvc = pc Sie strahle ihre eergiereiche Photoe i Vorwärtsrichtug Photoeimpuls hν/c = E/c = p = Elektroeimpuls Rötgestrahle, die vo MeV Elektroe erzeugt werde, bilde daher eie Kegel mit eiem Öffugswikel vo ur gege die Richtug der eifallede Elektroe. Wahrscheilichkeit für Emissio der Strahlug ist umgekehrt proportioal zur Masse des strahlede Teilches I Elektro-Brems = 86 I Proto-Brems Nutzeffekt der Bremsstrahlug = als Rötgestrahlug abgegebee Leistug Leistug der Elektroestrahle Spektrale Verteilug uabhägig vo Z I ~ Z = -9 Z U[V] < % Charakteristische Strahlug F.5 Schelle Elektroe schlage Elektroe aus iere Schale. Loch wird durch weiter auße liegede Hülleelektroe aufgefüllt freiwerdede Eergiedifferez = Rötgequat diskretes Spektrum Ist aufzufüllede Lücke i der K-Schale, da bezeichet ma die Liie mit K α, K β, K γ,... Etspreched spricht ma vo L, M, N,...-Serie. I Kα, Lα,.. > I Kβ, Lβ,.. F.6 Frequez aaloger Serieglieder proportioal Z (Moseleysches Gesetz) charakteristisch für Elemet (Optische Spektre häge vo Verbidug ab: Atom, Molekül, FK) Kurzwelligste Liie der charakteristische Rötgestrahlug. m. Härtere Rötgestrahlug Bremsstrahlug, ur beschräkt durch U.. Eigeschafte vo Rötgestrahle.. Schwächug vo Rötgestrahle Schwächug hägt icht vo optische Eigeschafte ab. Bsp. Bleiglas: lichtdurchlässig, rötgeudurchlässig Düe Al-Folie: lichtudurchlässig, rötgedurchlässig

3 Durchdrige moochromatische Rötgestrahle eie Materialschicht der Dicke d (i cm), so wird die auffallede Itesität I auf de Wert I = I e -µd geschwächt (µ = Schwächugskoeffiziet). µ = τ + σ τ = Absorptioskoeffiziet, σ = Streukoeffiziet Absorptio - Photoeffekt: E ki (e - ) = (hν A) A = Austrittsarbeit - ierer Photoeffekt (Auger-Effekt) ageregte charakteristische Strahlug Abspaltug vo Elektroe desselbe Atoms z.bsp.: E ki (e - ) = hν Kα - A L τ ~ Z λ τ Verbidug additiv aus atomare Koeffiziete Awedug der Rötgestrahle für Durchleuchtuge Bsp: Koche i.w. Ca (PO ) Weiches Gewebe i.w. H O Für praktische Zwecke ist Verhältis der Massekoeffiziete wichtiger τ/ρ 68 Rötgeogramm: scharfe Schatte der Koche F.7 τ immt a Absorptioskate sprughaft zu Aregug der charakteristische Strahlug des Absorbermaterials (Fluoreszezstrahlug) Streuug Elastische Streuug: Licht (λ» Atomdurchmesser) Rayleigh-Streuug σ ~ λ - Rötgestrahlug (λ Atomdurchmesser) Thomso-Streuug 8π e 5 ( ) = 6.6 cm σ = mc r.5 Å klassischer Elektroebahradius Massestreukoeffiziet σ/ρ = σ at Z N L /A. Z/A (σ/ρ) Exp.

4 Z/A ½, erfüllt für leichte Elemete (außer H) (He: Z =, A = ; Li: Z =, A = 7; usw.) ielastische Streuug:Compto-Effekt Stoß Lichtquat-Elektro Eergieerhaltug: hν = hν + (m m )c ki. Eergie des e - ach Stoß Impulserhaltug: hν/c = hν /c + mu u = Geschw. d. Rückstoß-e- λ = λ λ = λ c si δ/ λ c = h/m c =.6 - m =Comptowelleläge Eergie der dazugehörige Photoe = hνc = ch/λ c = m c λ abhägig vo δ, am größte für δ = 8 λ uabhägig vo λ, daher prozetual größer für kleie λ F.8 Extrem harte Strahlug Elektroepaarbildug e + - e - im Kraftfeld des Atomkers hν m c MeV hν - m c = ki. Eergie des Paares Positroium i Zustäde: Lebesdauer. -7 s bzw.. - s Zerfall i γ-quate mit m c, d.h. λ c Nebe Comptostreuug och Strahlug mit λ c... Beugug vo Rötgestrahle am Kristallgitter 9 Max v. Laue Nobelpreis λ Gitterabstad ( Å) F.9 Lieares Gitter Ebee Welle fällt uter α auf liear-periodische Aordug vo Streuzetre. Jedes Zetrum ist Ausgagspukt eier Kugelwelle. Kostruktive Iterferez, we Gaguterschied λ: a(cosα cosα ) = λ = gaze Zahl Spure der Iterferezkegel bilde auf Schirm Hyperbel. Ebees Gitter Raumgitter a(cosβ cosβ ) = λ a(cosγ cosγ ) = λ

5 5 cosα + cos β + cosγ λ = -a + + (*) d.h. bei gegebeer Richtug (α, β, γ ) der eifallede ebee Welle wird ei Iterferezmaximum bestimmter Ordug (,, ) ur für diejeige Welleläge erhalte, die die Gl. (*) befriedigt. (Kreise müsse durch Hyperbelschittpukte gehe, für moochromatische Rötgestrahlug uwahrscheilich) weiße Rötgestrahlug Gesamtheit symmetrisch ageordeter Iterferezflecke. cos Θ = cosα cosα + + cos β cos β cosγ cos, β, γ ( Θ = Wikel zwische Strahl α /Strahl α, β, γ γ si Θ = λ a + +,, = h = Laue Idizes = k h, k, l = Millersche Idizes = l si Θ = λ a h + k + l d = h a + k + l d si Θ = λ Bragg sche Reflexiosbedigug. Aweduge Rötgediagostik Strahletherapie Kristallstrukturaalyse: mediziisch werkstoffkudlich Ebeeabstad Lage der Ebee zueiader Phaseaalyse: Itesität der Reflexe Rötgespektralaalyse: charakteristische Rötgestrahlug Elemete Rötgefluoreszezaalyse: Rötgeastroomie usw..5 Literatur E.W. Schpolski, Atomphysik, VEB Verlag der Wisseschafte, Berli, 97 A. Bracher u.a., Rötgestrahle, Deutsches Museum, 995 F.H.W. Heuck u. E. Macherauch, Forschug mit Rötgestrahle, Spriger-Verlag, 995