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Aufbau Röntgenröhre | Röntgenstrahlung | Röntgenspektrum
Das Wichtigste aus dem Video
Tipp auf eine Zeit – das Video springt genau dorthin.
Transkriptautomatisch erstellt · 95 Zeilen
- willkommen zu deinem nächsten Lernvideo hier ein ganz wichtiges Thema aus der Medizin und zwar Röntgenstrahlung da gucken wir uns den Aufbau der
- Röntgenröhre an wir leiten uns diese Formen hierher und wir gucken uns an wie das Röntgenspektrum aussieht aus welchen zwei wichtigen Arten das besteht viel
- Spaß dann beginnen wir mit dem Aufbau Röntgenröhre haben wir einen evakuierten Glaskolben Vakuum also es ist jetzt nur
- Old School Röntgenröhre ne das Grundprinzip schauen wir uns jetzt an wir haben hier eine glühkatode die haben eine Anode und hier ist eine Spannung
- die sogenannte Beschleunigungsspannung was passiert jetzt bei der Röntgenröhre wenn wir hier das Erhitzen diesen Draht ist wie bei einer Glühbirne wenn das
- warm wird da gehen dann auch Elektronen in das Vakuum über das heißt wenn die Energie hoch genug ist dann haben wir jetzt hier nehmen wir mal ein
- einzelnes Elektronen das ist jetzt hier im Vakuum da passiert jetzt noch nichts ne noch haben wir keine Röntgenstrahlung also noch nichts passiert jetzt haben
- wir hier nur freie Elektronen die aus der glüger hier imitiert wurde jetzt wird aber hier die Beschleunigung Spannung angelegt Zack und dann werden
- wie die Spannung schon sagt die Elektronen beschleunigt das heißt eine beschleunigte Bewegung dann und die treffen dann auf die Anode und wenn die
- auf die Anode treffen entsteht Röntgenstrahlung Röntgenstrahlung Photonen Photonen also dass das Grundprinzip
- elektromagnetiert beschleunigt weil coulomb-gesetz ne auch wichtig minus wird angezogen von plus und dann trifft das da drauf und dann entsteht
- Röntgenstrahlung und das auf zwei unterschiedliche Arten das gucken wir uns dann im nächsten Part an erstmal wollen wir hier die schönen Formeln und
- erklären und noch mal das Grundprinzip was hier dahinter steckt heißt wir haben ganz am Anfang die kinetische Energie der Elektronen und die wird berechnet
- das heißt die maximale Energie mit E Elementarladung mal der Beschleunigungsspannung die hier anliegt so und jetzt ist Energieerhaltung das
- gilt ja immer für jedes abgeschlossenes System in der Physik ist die Energie immer erhalten ne kann ich erzeugt oder vernichtet werden nur ineinander
- umgewandelt werden und so ist das hier auch die kinetische Bewegungsenergie trifft jetzt hier drauf und wird umgewandelt der maximalste Fall ist ja
- dass die kinetische Energie der Elektronen - wird komplett umgewandelt dann können wir in der Physik in Gleichheitszeichen schreiben in die
- Röntgenstrahlung bzw Photonen Energie heißt wir haben e mal u Beschleunigungsspannung wird komplett umgewandelt in H mal F das ist die
- Energie von Photonen bzw elektromagnetischer Strahlung also sie ist hier doch mal das elektromagnetische Spektrum und dafür
- gilt diese Formel hier ne also die Frequenz da siehst du schon da wo eine hohe Frequenz ist also Richtung Röntgenstrahlung da ist auch eine hohe
- Energie bei Richtung kleiner Frequenz also Mikrowellenstrahlung z.B ist eine geringere Energie oder sichtbare Licht ne also das steckt hier drin haben wir
- schon mal die essentiell wichtigsten Formeln perfekt so wir stellen das ganze um nach F dann haben wir schon mal das ist dann
- die maximal mögliche Energie mehr geht ja nicht ne die komplette Energie wird umgewandelt in Photon also deswegen heißt das maximale Frequenz
- so das ist e mal UB und jetzt teilen wir einfach noch durch H das ist die plankonstante das ist Elementarladung und dann haben
- wir schon diese Formel hier sind wir schon sehr weit gekommen dann handelt es sich ja um auch eine elektromagnetische Welle das heißt die breitet sich mit der
- Geschwindigkeit C aus und hat hier eine Wellenlänge die Wellenlänge wird Lambda genannt also lernst hier in den kurzen Video so viel so viele Grundlagen
- perfekt kannst ja zwischendurch auch Stopp drücken die mal aufschreiben dass die Wellenlänge so und die Ausbreitungsgeschwindigkeit einer Welle
- wenn ich die Wellen Berge Abstände kenne und die Anzahl der Schwingungen pro Sekunde also die Frequenz dann weiß ich auch wie schnell sich diese Welle bewegt
- also C = Lamm da mal F also auch eine ganz wichtige Formel für Wellen ganz allgemein natürlich auch für
- Röntgenstrahlung was ein Elektromagnet so wir wollen das ja nämlich auf diese Form hier bringen heißt so für F können wir schreiben
- C durch Lambda setzen wir ein C durch Lambda ist gleich e mal UB geteilt durch H so und jetzt stellen wir das ganze um nach Lambda das heißt das kommt nach
- oben hier mal das hier nach unten das nach oben h mal C ist geteilt durch E mal u B so dann haben wir es auch Lambda und die Frequenz das ist die
- minimale Wellenlänge das heißt wenn wir eine hohe Frequenz haben haben wir auch eine kleine Wellenlänge große Wellenlänge kleine Frequenz ne ist
- umgekehrt proportional zueinander weil ja hier seht das ist wenn wir uns in Vakuum befinden können wir auch noch mal kurz einschieben was das C für eine
- elektromagnetische Welle sei es das sichtbare Licht sei es Mikrowellenstrahlung oder Röntgenstrahlung das ist immer ungefähr
- dreimal 10 hoch 8 Meter pro Sekunde und das ist konstant ne dass er das coole das heißt wenn das hier maximal ist ist das hier minimal können wir auch an der
- Formel hier erkennen genau haben wir maximale Energie weil das dann hier umgewandelt wird wir haben die Formel für die Wellenlänge und Frequenz also
- guck dir die auf jeden Fall an ne kann sein dass da an einer Uni auch Aufgaben dazu kommen oder im PP Fragen dazu macht also da auch diese hier extrem wichtig
- unbedingt noch mal angucken und jetzt kommen wir zum ja auch sehr wichtigen dass nämlich das Röntgenspektrum was da genau passiert das haben wir jetzt
- nämlich noch nicht geklärt wenn hier die Elektronen drauf Treffen gibt es zwei Mechanismen die passieren und die gucken uns die jetzt an
- so dann gucken wir uns jetzt die beiden Arten an wenn das Elektronen kommt und trifft auf die Anode dann gibt es diese zweiten Mechanismen die da passieren
- einmal die Bremsstrahlung kontinuierliche Spektrum was entsteht charakteristische strahlenden Spektrum und da gehen wir mal durch was darauf
- atomaren da Ebene passiert das heißt das Elektronen kommt langsam auf die Anode geht immer tiefer in das Material rein und trifft irgendwann auf einer Anoden
- Atom und dann ist irgendwann das Elektronen und nur noch der Atomkern stehen sich gegenüber und was passiert mit dem Elektronen das fliegt hier
- physikalisch niemals so hier lang warum nicht weil das nämlich angezogen wird das heißt coulom Kraft spielt ihr wieder eine Rolle das Elektron macht er nämlich
- so eine Bahn das heißt hier haben wir eine Energie und hier meine Energie also Energie 1 und Energie 2 und jetzt haben wir vorher
- eine Energie sagen wir einfach mal 100 mach jetzt mal ohne Einheit 100 und danach ist die Energie 80 das heißt die wird weniger und die Differenz also die
- 20 das ist dann die Energie die das Photon bekommt das sind die Zwillinge würde ich jetzt zahlen ne nur damit du dir vorstellst was da passiert also
- vorher Energie 100 dann 80 und 20 kann es auch in Prozent nehmen das ja Energieerhaltung die hier auch wieder ist ne das heißt wird abgebremst also
- mein Beispiel immer was ich nehme gerne Formel 1 Auto fährt richtig schnell hohe kinetische Energie dritt auf die Bremse und dann fangen die Bremsscheiben an zu
- blühen das heißt die Energie wenn es abgebremst wird muss irgendwohin ne und da geht's in die Bremsscheiben in Wärme wird es umgewandelt und hier wird es
- umgewandelt in Röntgenstrahlung so und jetzt kann es natürlich sein dass das Elektron hier oben lang geht dann ist ein bisschen weniger oder es
- geht hier extrem nah an Kern lang also von 100 auf 95 hier geht es von 100 auf nee hier geht es von 100 wird richtig abgebremst auf 5 hier geht's von 100 auf
- 95 und so weiter also es ist ein ganz kontinuierliche Spektrum was da entstehen kann also verschiedenste Wellenlängen der Röntgenstrahlung also
- sieht das dann ungefähr so aus das ist das bremsspektrum bremstrahlung oder kontinuierliche Spektrum so sieht das hier aus also es
- hat ein kontinuierlichen Bereich ganz viele Möglichkeiten aber es ist hier begrenzt warum kannst du nicht weiter nach hier gehen weil das die minimale
- Wellenlänge ist ne wie war vorhin in der Formel gesehen haben das ist genau hier ist der Punkt wo die maximale Energie der Elektronen umgewandelt wird in
- Röntgenstrahlung also in Photon ne mehr geht ja nicht mehr Energie ist ja gar nicht vorhanden deswegen ist hier quasi der Startpunkt Zack und hier in die
- Richtung steigt die Energie weil hier die Wellenlänge zunimmt also achte darauf ne was da die x-Achse bei dir ist Y-Achse ist die Intensität so dann
- kommen wir weiter zum Schluss machen wir noch ein paar Merksätze das nächste charakteristische beziehungsweise Linienspektrum so da
- habe ich hier auch wieder Atomkerne und dann hast du KLM Schale also für die Röntgenstrahlung basic Erklärung reicht auch Porsche Atommodell so und jetzt
- kommt auch ein Elektron fliegt wieder auf das Anodenmaterial ist irgendwann so tief drin dass es nur noch ein Anoden Atom vor sich hat und dann passiert
- jetzt nämlich hier folgendes Elektronen kommt an und schlägt dieses Elektron hier raus also die Billardkugeln das fliegt hier schön rum
- und jetzt kommt das Elektronen beide sind weg zack beide sind raus so was passiert jetzt das ist quasi ein Quantensprung der jetzt hier passiert
- jetzt kommt nämlich dieses Elektronen hier hier haben wir eine positive freie Lücke und die Energie nimmt ja zu nach außen und
- physikalische Systeme sind immer bestrebt in den energieärmsten Grundzustand zu gehen und das Zitron hier auch denkt sich dann oh hier unten
- der Mode ist viel chilliger Netflix Mode wenn ich das immer das heißt da will das Elektron unbedingt hin das wandelt also heißt von einer machen wir wieder ein
- Prozent das einfach nur ausgedacht die Werte stimmt nicht nur wir haben wieder eine Energie von 100 und hier in 80 nur dass du wieder siehst ne den dass die
- Energie weniger wird von 100 auf 80 und es gilt ja Energieerhaltung das heißt hier wird dann die Energiedifferenz als Röntgenstrahlung ausgesendet da gibt es
- dann verschiedene Übergänge von L nach km nach K im Nachhinein also je nachdem wo Elektronen rausgeschlagen werden und von wo das reinspringt da gibt's dann so
- verschiedene Übergänge von den Schalen aber die sind ja das ja das Gute die haben bestimmte Werte also es kann nur diesen Wert hier haben diesen Wert hier
- haben nichts da nicht hier so ein kontinuierliche Spektrum sondern charakteristisch und deswegen gibt es hier nur so Peaks die Peaks sind dann
- charakteristisch für diese Übergänge und man kann sogar es gibt ja Röntgenstrahlung die auch für Materialforschung benutzt wird und da
- kann man wenn man Material mit Röntgenstrahlung durchleuchtet man dieses Spektrum hier Linienspektrum auswertet dann ist das sogar
- charakteristisch für eine Atomsorte also je nachdem wie die Peaks sind weil da die Schalen ja bei jedem Atom ein Atom Gold Atom silberatom hat immer dieselben
- Schalen Aufbau und den kann ich hiermit sehen also das auch schon mal perfekt also diese beiden Arten gibt es einmal Ablenkung Abbremsung ne Bremsstrahlung
- wird abgebremst zack Energie und hier wird Elektronen rausgeschlagen hier ein bisschen Billard unterspringt dann in ein geringeres Energieniveau und die
- Differenz wird abgestrahlt da haben wir dann diese Spektrum hier so und jetzt werden diese beiden es passieren beide Prozesse das heißt das
- gesamte rückenspektrum ist wenn wir die beiden nehmen und zusammen machen in das gesamte Röntgenspektrum was wir hier siehst da haben wir Bremsstrahlung mit
- drin bremsspektrum und charakteristische Strahlung also liegenden Spektrum ist dabei das mit integriert also das schon
- mal sehr wichtig wenn du die Grund Sachen da verstanden hast genau also gehen wir noch mal Zusammenfassung durch Röntgenspektrum Gesamtspektrum besteht
- aus einem kontinuierlichen Spektrum und Linienspektrum das siehst du hier noch mal das kontinuierliche Spektrum hängt ab von der Beschleunigung Spannung also
- auch noch mal ganz wichtiger Punkt also Beschleunigungsspannung ist ja die Energie der Elektronen logischerweise ne wenn die mehr Energie haben dann ist das
- hier ein bisschen nach links versetzt also das hängt von der Beschleunigungsspannung ab dann das Linienspektrum ist abhängig vom
- anonenmaterial das heißt wenn wir uns hier die Röntgenröhre nochmal angucken die Anode also welches Material das hat logischerweise habe ich ja gesagt da
- hängt das hier von ab ne also man kann an den Peaks erkennen ob es Gold Silber Wolfram oder sonstiges ist also das auch noch mal ganz wichtig und dann muss man
- natürlich gucken in der Diagnostik und Diagnostik welchen Bereich ne dass er das wichtige stellt man ein weil wenn man so ein Pik erwischt da ist dann die
- Intensität plötzlich hoch ne wenn man weiter in dem Bereich geht dann ist wieder gering hier könnte sein dass so ein Peak ist also da ist es halt wichtig
- dass man das Grundverständnis dafür hat so dann das nächste wichtige die Intensität also die Anzahl der freien Elektronen das wird über die
- Heizspannung geregelt also Rücksicht normal die Heizung darüber können wir die Intensität also ganz viele Elektronen heißt auch ganz viele Fotos
- dann die Energie der Röntgenstrahlung in Intensität ist wie viele Elektronen wie viele Photonen nicht die Energie davon die Energie der Röntgenstrahlung also
- die Grenzwellenlänge und Grenzfrequenz die hängen nur von der Beschleunigung Spannung ab und das siehst Du auch noch mal in den Gleichungen ne wenn wir uns
- die angucken also auch noch mal das unbedingt merken wird sehr gerne gefragt und dann haben wir eigentlich einen Rundumschlag über komplett
- Röntgenstrahlung ich hoffe das Video hat dir geholfen ich wünsche dir weiterhin beim Lernen ganz viel Erfolg ich bin Robert dein Physik Coach wir sehen uns
- im nächsten Lernvideo ciao