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Bremsstrahlung und charakteristische Strahlung

Als der Entdecker und Namensgeber der Strahlung, Wilhelm Conrad Röntgen, zum ersten Mal eine Aufnahme vom Skelett eines lebenden Menschen zeigte, reagierten die Wissenschaftler mit absoluter Verblüffung: Sie wollten es nicht glauben! Erst nach skeptischer Prüfung brach große Euphorie aus. Laien staunten und gruselten sich, die Ärzte freuten sich auf völlig neue Einsichten in den Menschen. Kurz: Die Entdeckung der Röntgenstrahlung war eine echte Sensation! Doch wie werden Röntgenstrahlen erzeugt? Das lässt sich hier erproben - im interaktiven Teilchenmodell zur Bremsstrahlung und zur charakteristischen Strahlung.

Röntgenstrahlen erzeugen

Das Prinzip ist einfach. Im Vakuum der Röntgenröhre - heute noch wie bei Wilhelm Conrad Röntgen - erhitzt man eine Glühwendel. Die darin enthaltenen Elektronen können sich dann nämlich von ihren Atomen lösen und frei herumschwirren. Man legt eine Spannung an, die die freien Elektronen in Richtung der positiven Anode beschleunigt. Oft nutzt man für diese Anode Material wie Wolfram oder Kupfer.

Abgebremste Elektronen

Die beschleunigten Elektronen rasen auf die Anode zu. Dort werden sie dramatisch abgebremst vom positiven Feld der Anoden-Atomkerne. Abbremsen heißt: Bewegungsenergie abgeben in Form von Strahlung. Diese Strahlung ist die eine Art der Röntgenstrahlung. Sie heißt Bremsstrahlung.

Teilchenmodell zur Bremsstrahlung starten

Der Sprung von Bahn zu Bahn

Einige der beschleunigten Elektronen rasen aber ungebremst direkt in ein Elektron des Anodenmaterials. Sie reißen es komplett aus seinem Atom heraus oder heben es zumindest auf eine Bahn, die energetisch gesehen deutlich höher liegt. Dabei entsteht ein freier Platz auf dessen Ursprungsbahn - und der wird im Bruchteil einer Sekunde durch ein nachstürzendes Elektron besetzt. Dieses nachrückende Elektron muss von einer energetisch höheren Bahn gekommen sein, sonst hätte es ja den neuen Platz gar nicht wählen können. Also wird eine große Portion Energie frei - sie verlässt als Strahlung die Röhre. Auch das ist Röntgenstrahlung, allerdings ein Teil der charakteristischen Strahlung.

Teilchenmodell zur charakteristischen Strahlung starten

Die Bremsstrahlung gibt vor allem etwas über die Spannung, mit der die Elektronen beschleunigt wurden, preis. Die charakteristische Strahlung offenbart sehr viel über das Anodenmaterial. Denn jede Röntgenfrequenz, die hier gemessen wird, verrät dem Experimentator etwas darüber, wie die Energieniveaus in diesem Material angeordnet sind. Sie sind wie ein geheimes Fenster in die inneren Mechanismen der Atome.

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