Jetzt noch die Strahlung aus der Elektronenhülle. Hüllenstrahlung. Kein Radioaktiver Zerfall. Kapitel 4 1

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Gitta Baum
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1 Hüllenstrahlung Inhalt des 4.Kapitels Charakteristische Photonen- und Röntgenstrahlung - Röntgenfluoreszenz Augerelektronen Fluoreszenz- und Augerelektronenausbeute Bremsstrahlung Erzeugung von Röntgenstrahlung Kein Radioaktiver Zerfall Jetzt noch die Strahlung aus der Elektronenhülle Charakteristische Röntgenstrahlung Auger Elektronen Bremsstrahlung Kapitel 4 1

2 Bindungsenergien der Hüllenelektronen Ein Vergleich Laut Tröpfchenmodell liegt die mittlere Bindungsenergie für Nukleonen im Bereich von einigen MeV H-2: 1,11 MeV; Fe-56: 8,8 MeV, Im Vergleich dazu die BE einiger Hüllenelektronen der K-Schale: H: 13,6 ev; Al: 1,558 kev; U: 115,6 kev der L I -Schale: Al: 118 ev; U: 21,8 kev Die Bindungsenergien von Nukleonen und Hüllenelektronen unterscheiden sich also um 2-6 Größenordnungen Strahlung wird jedoch ab einer Energie von 12,4 ev als ionisierend definiert, daher sind auch Energieübergänge der Hülle im Strahlenschutz zu berücksichtigen Charakteristische Photonenstrahlung Röntgenfluoreszenz Wird ein Atom durch einen beliebigen Vorgang ionisiert, so wird das entsprechende Elektronenloch durch ein äußeres Elektronen aufgefüllt Bei dieser Abregung entsteht charakteristische Photonenstrahlung einer bestimmten Energie (charakteristisch), die sich berechnen lässt mit E = E n -E m Bei genügend hoher Energiedifferenz entsteht charakteristische Röntgenstrahlung Diesen Vorgang nennt man Röntgenfluoreszenz Kapitel 4 2

3 Bezeichnungen Zur Interpretation von Tabellen Es wird z.b. K-Strahlung emittiert, indem ein Elektron in der K-Schale nachbesetzt wird Abhängig von der Herkunft des Elektrons erhält man K α -, K β - Strahlung usw Wieder Konkurrenz: Augerelektronen Augereffekt Statt der Emission von (Röntgen)strahlung kann die Übergangsenergie auch auf ein weiteres Elektron übertragen werden Wird ein Elektron der K-Schale herausgelöst, der freiwerdende Platz durch ein Elektron der L-Schale gefüllt und ein Elektron der M-Schale ausgestrahlt, wird dieses Elektron als KLM-Auger- Elektron bezeichnet Die Energie des ausgestrahlten Auger- Elektrons ist somit von den Energieniveaus des Atoms abhängig Kapitel 4 3

4 Auger- und Fluoreszenzausbeuten Augerelektronen im Strahlenschutz Das Verhältnis der Emission von Augerelektronen zu charakteristischer Röntgenstrahlung kann als Funktion der Ordnungszahl Z angegeben werden Z.B. erhält man für die K-Fluoreszenzausbeute: K 4 Z ( Z ) Z wobei Strahlenschutz: Für Weichteilgewebe gilt Z~7, also ω K (7) = Daher werden mit hoher Wahrscheinlichkeit kurzreichweitige Augerelektronen emittiert K 1 k mit α K = Augerausbeute Tabellenwerte für Berechnungen Wie schon gehabt, aus: Nochmals unsere Cs-137 Tabelle Auger K: Augerelektronen bei Füllung der K-Schale, usw CE: Konversionselektronen XR: Charakteristische Röntgenstrahlung --: Gammastrahlung aus dem Kern Kapitel 4 4

Bremsstrahlung Ein kontinuierliches Röntgenspektrum Neben der diskreten Röntgenfluoreszenzstrahlung und den ebenfalls diskreten Augerelektronen muss im Strahlenschutz die kontinuierliche

höher Z, desto härter ist die Bremsstrahlung Bremsstrahlung muss natürlich im Strahlenschutz beachtet werden (geeignete Abschirmungen) Sie trägt allerdings auch dazu bei, dass die lokale Dosis

Röntgenstrahlung Exkurs Durch eine Hochspannung werden freie Elektronen, die über einen Heizdraht erzeugt werden, beschleunigt und treffen auf ein Target mit hohem Z (z.

5 Bremsstrahlung Ein kontinuierliches Röntgenspektrum Neben der diskreten Röntgenfluoreszenzstrahlung und den ebenfalls diskreten Augerelektronen muss im Strahlenschutz die kontinuierliche Bremsstrahlung betrachtet werden Wenn ein freies Elektron im Kernfeld abgebremst wird emittiert es die Energiedifferenz als Bremsstrahlung, einer Röntgenstrahlung mit kontinuierlichem Spektrum Je höher Z, desto härter ist die Bremsstrahlung Bremsstrahlung muss natürlich im Strahlenschutz beachtet werden (geeignete Abschirmungen) Sie trägt allerdings auch dazu bei, dass die lokale Dosis vermindert wird, da hochenergetische Elektronen lokal Schaden anrichten können, bei Abbremsung der Elektronen wird die Energie durch die Bremsstrahlung aber weiter weg transportiert Erzeugung von Röntgenstrahlung Exkurs Durch eine Hochspannung werden freie Elektronen, die über einen Heizdraht erzeugt werden, beschleunigt und treffen auf ein Target mit hohem Z (z.b Wolframanode) Abhängig von der Betriebsspannung wird Röntgenstrahlung (kontinuierliche Bremsstrahlung) erzeugt Die Energie der Röntgenstrahlung kann danach durch Filter auf einen bestimmten Bereich limitiert werden (Abschirmung niederenergetischer Strahlung) Kapitel 4 5

6 Maximalenergie der Strahlung und Überlagerung von charakteristischer Strahlung Im kontinuierlichen Bremsstrahlungsspektrum findet man auch die diskrete charakteristische Röntgenstrahlung des Anodenmaterials Die Maximalenergie des kontinuierlichen Spektrums ergibt sich aus: E h E U e kin max max wenn die gesamte E kin des Elektrons auf das Röntgenquant übertragen wird (e = Elementarladung) Effekte bei der Erzeugung von Röntgenstrahlung Der Röntgengenerator Röntgenstrahlung entsteht beim Abbremsen eines Strahls von geladenen Teilchen in einem Targetmaterial Dabei kommt es zu 3 Effekten im Target: Wärme durch Stoßionisationen (~98% der Energie -> Drehanode) Charakteristische Röntgenstrahlung entsteht bei atomaren Stoßprozessen mit inneren Elektronen diskretes Spektrum vom Targetmaterial abhängig Bremsstrahlung entsteht durch inelastische Streuung im Kernfeld kontinuierliches Spektrum von der Hochspannung abhängig Kapitel 4 6

7 Zusammenfassung Kapitel 4 Durch Ionisation entstehen Charakteristische Photonenstrahlung Röntgenfluoreszenz Augerelektronen Deren Verhältnis führt zu Auger- und Fluoreszenzausbeuten Bremsstrahlung durch Reaktion geladener Teilchen mit dem Kernfeld Effekte und Maximalenergie der Röntgenstrahlung eines Röntgengenerators Kapitel 4 7

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