Physik-LK · Skript 5 · Quantenphysik
Röntgenröhre: Spektrum
Elektronen werden mit der Spannung UB beschleunigt und prallen auf eine Metallanode. Beim Abbremsen entsteht Röntgenstrahlung. Das ist der Photoeffekt rückwärts: Ein Elektron kann höchstens ein Photon mit seiner ganzen Energie e · UB erzeugen, deshalb hat das Spektrum eine Grenzwellenlänge λmin = h · ce · UB. Dem Bremsspektrum sind die scharfen Linien der charakteristischen Strahlung überlagert.
So gehst du vor
- 1Wähle eine Anode und stelle die Spannung UB und den Strom I ein.
- 2Tippe „Spektrum aufnehmen“. Der Kristall dreht sich, das Zählrohr misst die Wellenlängen nacheinander (Bragg-Bedingung).
- 3Stelle die Marke auf den Beginn des Spektrums. Zum Ablesen helfen der kleinere Bereich und die Lupe. Übernimm UB und λmin in die Tabelle.
- 4Wiederhole das für mindestens fünf Spannungen, dann die Auswertung zeigen.
Glanzwinkel θ
5,7 °
Zählrate bei der Marke
– s−1
Anode
Spannung UB
35,0 kVStrom I
1,0 mASpektrum
Z: Zählrate am Zählrohr, je Punkt 1 s gezählt. Die Lage der Linien stimmt, ihre Höhe ist schematisch wie im Skript. Das Spektrometer zeigt nur die erste Ordnung der Bragg-Reflexion.
Marke λ
40,0 pmBereich
Kristall: LiF mit d = 201,4 pm, 2 d · sin(θ) = λ. Zur Marke gehört θ = 5,70°.
Auswertung: λmin über 1UB
Im Diagramm: λmin über dem Kehrwert der Spannung. Die Ursprungsgerade hat die Steigung h · ce.
| Nr. | Spannung UB in kV | λmin in pm |
|---|
Aufträge
- Nimm mit Molybdän die Spektren bei 25 kV und 35 kV auf und behalte eines als Vergleich. Was ändert sich mit der Spannung, was bleibt?
- Miss λmin für mindestens fünf Spannungen und bestimme h aus der Steigung.
- Skriptaufgabe: Bei 29,1 kV misst man λmin = 42,6 pm. Berechne daraus h. Stelle dann 29,1 kV ein und prüfe den Wert an deinem Spektrum.
- Wechsle bei 40 kV die Anode. Was ändert sich am Spektrum, was nicht? Begründe mit der Entstehung von Brems- und Linienstrahlung.
- Verringere bei Molybdän die Spannung. Ab wann fehlen die K-Linien? Erkläre, warum diese Spannung größer ist, als die Photonenenergie von Kα erwarten lässt.
- Verdopple den Strom. Was passiert mit λmin und mit der Zählrate? Vergleiche mit dem Photoeffekt.
- Berechne aus 2 d · sin(θ) = λ den Glanzwinkel für die Kα-Linie von Molybdän und prüfe ihn mit der Marke.
- Anode X: Bestimme die Lage von Kα und Kβ und finde heraus, aus welchem Element die Anode ist. Löse erst danach auf.
Theorie: Quanten-Skript, Abschnitt „Röntgenstrahlung: der umgekehrte Photoeffekt“.