Röntgenröhre: Aufbau und Funktionsweise (Bremsstrahlung, charakteristische Strahlung, Comptoneffekt)

Summary

In diesem Video wird der Aufbau und die Funktionsweise einer Röntgenröhre erklärt. Es wird gezeigt, wie Elektronen im Vakuum beschleunigt und durch die Kollision mit der Anode Röntgenstrahlung erzeugt wird. Diese besteht aus Bremsstrahlung und charakteristischer Strahlung, die jeweils unterschiedliche Spektren aufweisen. Zusätzlich wird erläutert, wie Filter verwendet werden, um niederenergetische Strahlen zu blockieren und wie die Strahlung mit Materie interagiert, um ein Bild zu erzeugen. Effekte wie der Fotoeffekt und der Compton-Effekt werden ebenfalls behandelt, um die Bedeutung der Strahlenabsorption und der Bildqualität zu verdeutlichen.

Takeaways

• 😀 Der Aufbau einer Röntgenröhre erfolgt in einem Glaszylinder, der mit Vakuum gefüllt ist und eine Kathode sowie eine Anode enthält.
• 😀 Die Kathode enthält ein Mühlrad, das typischerweise aus Wolfram besteht, und der Draht wird durch Anlegen einer Spannung zum Glühen gebracht.
• 😀 Elektronen werden durch die Anodenspannung beschleunigt und treffen auf den sogenannten Brennfleck, wo sie stark abgebremst werden.
• 😀 Der Großteil der Energie, die bei der Elektronenabbremsung entsteht, wird in Form von Wärme abgegeben, nur etwa 1% wird in Röntgenstrahlung umgewandelt.
• 😀 Es gibt zwei Arten von Röntgenstrahlung: Bremsstrahlung, die ein kontinuierliches Spektrum hat, und charakteristische Strahlung, die ein Linienspektrum aufweist.
• 😀 Bremsstrahlung entsteht durch das Abbremsen von Elektronen an der Anode und wird daher als Bremsstrahlung bezeichnet.
• 😀 Die charakteristische Strahlung wird von den Atomen des Anodenmaterials emittiert, wenn diese nach dem Elektronenbeschuss in ihren Grundzustand zurückkehren.
• 😀 Um den niederenergetischen Strahlungsanteil zu filtern, wird ein Aufwertungsfilter aus Aluminium oder Kupfer verwendet, um unnötige Strahlung zu blockieren.
• 😀 Die Röntgenstrahlung wird durch das Objekt, das untersucht wird, abgeschwächt, und der Film wird entsprechend heller an den Stellen, an denen Strahlung absorbiert wurde.
• 😀 Der Fotoeffekt tritt auf, wenn ein Photon seine gesamte Energie auf ein Elektron überträgt, was zur Abschwächung der Strahlung beiträgt und die Bildqualität beeinflusst.
• 😀 Der Comptoneffekt kann auftreten, wenn ein Photon nur einen Teil seiner Energie auf ein Elektron überträgt, was zu Streustrahlung und einer Verringerung der Bildqualität führt.

Q & A

Was befindet sich im Vakuumglaszylinder einer Röntgenröhre?

Im Vakuumglaszylinder einer Röntgenröhre befinden sich die Kathode, die Anode und ein Mühlrad. Der Zylinder ist vakuumiert, um die Elektronen frei zu bewegen, ohne mit Luftmolekülen zu kollidieren.

Wie werden Elektronen in einer Röntgenröhre erzeugt?

Elektronen werden durch das Anlegen einer Spannung an den Draht der Kathode erzeugt, wobei dieser Draht zum Glühen gebracht wird. Die Elektronen lösen sich vom Draht und werden durch die Spannung beschleunigt.

Was passiert, wenn die Elektronen auf die Anode treffen?

Wenn die Elektronen auf die Anode treffen, werden sie stark abgebremst. Der größte Teil der Energie geht als Wärme verloren, aber etwa 1% der Energie wird in Röntgenstrahlung umgewandelt.

Was ist der Unterschied zwischen Bremsstrahlung und charakteristischer Strahlung?

Bremsstrahlung entsteht durch das Abbremsen von Elektronen an der Anode und hat ein kontinuierliches Spektrum. Charakteristische Strahlung entsteht, wenn die Atome des Anodenmaterials angeregt werden und beim Übergang in ihren Grundzustand Strahlung emittieren. Diese Strahlung zeigt ein Linien-Spektrum.

Warum wird ein Filter in der Röntgenröhre verwendet?

Ein Filter, meistens aus Aluminium oder Kupfer, wird verwendet, um niederenergetische Strahlen zu absorbieren. Diese Strahlen tragen wenig zur Bildqualität bei und würden die Strahlenbelastung für den Patienten erhöhen.

Wie entsteht das Röntgenbild?

Das Röntgenbild entsteht, indem Röntgenstrahlen auf den Röntgenfilm treffen. Bereiche des Films, die weniger Strahlung absorbieren (wie Luft oder Weichteile), bleiben heller, während Bereiche, die mehr Strahlung absorbieren (wie Knochen), dunkler erscheinen.

Was ist der Fotoeffekt und wie beeinflusst er das Röntgenbild?

Der Fotoeffekt tritt auf, wenn ein Photon seine gesamte Energie auf ein Elektron überträgt, was dazu führt, dass das Photon verschwindet. Dieser Effekt trägt dazu bei, dass die Strahlung von der Materie absorbiert wird und somit die Bildqualität beeinflusst, insbesondere bei dichterem Gewebe wie Knochen.

Was ist der Compton-Effekt und wie wirkt er sich auf das Bild aus?

Der Compton-Effekt tritt auf, wenn ein Photon nur einen Teil seiner Energie an ein Elektron überträgt, wodurch das Photon abgelenkt wird und Streustrahlung erzeugt. Diese Streustrahlung verschlechtert die Bildqualität, da sie zu unscharfen oder verzerrten Bildern führen kann.

Warum sind Knochen in einem Röntgenbild besser sichtbar als Weichteile?

Knochen haben eine höhere Ordnungszahl und absorbieren daher mehr Röntgenstrahlung als Weichteile. Dies führt dazu, dass Knochen im Bild dunkler erscheinen, während Weichteile heller und weniger sichtbar sind.

Was bedeutet der Begriff 'Brennfleck' in Bezug auf die Röntgenröhre?

Der Brennfleck bezeichnet den Punkt auf der Anode, an dem die Elektronen aufschlagen und Röntgenstrahlung erzeugt wird. Dieser Punkt ist entscheidend für die Qualität und Intensität der erzeugten Strahlung.