Wechselwirkung der Rntgenstrahlung mit Materie Anregung inkohrenter Streuung

Wechselwirkung der Röntgenstrahlung mit Materie: Anregung inkohärenter Streuung

Inhalt • Absorptionsgesetz • Absorption durch kohärente Streuung: – Die Röntgenstrahlung regt benachbarte Oszillatoren zu gleichphasigen „erzwungenen Schwingungen“ an • Absorption durch inkohärente Streuung – Photoeffekt – Compton-Effekt – Paarbildung

Absorption von Röntgenstrahlen Joule/ Intensität 2 (sm ) 1/m Schwächungskoeffizient Streu 1 m 2 querschnitt pro 1 barn Teilchen x 1 m Eindringtiefe 1/m 3 Anzahldichte der Teilchen

Absorptionskante: Anregung des. Röntgenstrahlen Kohlenstoffs Absorption von auf der K-Schale Photoeffekt 106 Paarbildung 103 1 Kohärente Streuung 0, 1 1 10 1000 1. 000 Compton-Effekt

Versuch: Röntgenstrahlung im Kondensator • Röntgenstrahlung ionisiert die Luft zwischen den Platten eines aufgeladenen Kondensators • Auf diesem Prinzip sind die tragbaren Stäbchendosimeter aufgebaut

Röntgenstrahlung durchleuchtet unterschiedliches Material • Röntgenstrahlung durchleuchtet unterschiedlich starke Al-Platten • Industrielle Anwendung der Röntgenstrahlung zur Füllstandmessung

Anteile zum Streuquerschnitt von Röntgenstrahlen 1/m 2 Kohärente Streuung 1/m 2 Photoeffekt Z 1 1 Joule A 1 m 2 1/m 2 Compton Effekt 1/m 2 Paarbildung Kernladungszahl Energie des Photons Bestrahlte Fläche

Absorption von Röntgenstrahlen Photoeffekt 106 103 1 0, 1 1 10 1000 1. 000

Der Photoeffekt • Strahlung wird absorbiert, indem sie ein Atom ionisiert • Die Energie des Röntgenquants wird umgewandelt in: – Ablösearbeit des Elektrons – kinetische Energie des emittierten Elektron

Der Photoeffekt 1 Joule Energie des Photons 1 Joule Bindungsenergie des Elektrons in Schale n 1 Joule Kinetische Energie des ausfliegenden Elektrons

Der Photoeffekt Ein Photon ionisiert ein Atom Die Lücke wird unter Emission von Fluoreszenz. Strahlung aufgefüllt

Der „innere“ Photoeffekt Ein Photon ionisiert ein Atom Innerhalb des Atoms wird noch eine andere Schale ionisiert: Strahlungsloser Übergang, Auger-Effekt

Der Compton-Effekt • Ein Photon wird an einem Elektron gestreut • Für die Photonen und das Elektron vor und nach dem Streuprozess gilt die Impuls und Energieerhaltung

Impuls-Erhaltung beim Stoß Photon auf ein ruhendes Elektron Impulse, Einheit 1 kg m/s Photon vor dem Stoß Elektron nach dem Stoß Impuls-Erhaltung relativistisch

Energie-Erhaltung beim Stoß Photon auf ein ruhendes Elektron Energie, Einheit 1 Joule Photon vor dem Stoß Elektron nach dem Stoß Energie-Erhaltung relativistisch

Die Paarbildung • Die Energie eines Photons (Röntgen- oder Gamma-Quant) wird in die Massen eines Elektrons und eines Positrons umgewandelt • Paarbildung erfordert Photonenenergie von einigen Mega-e. V • Paarbildung gibt es bei Stößen der Photonen auf schwere Kerne

Paar-Bildung Energie, Einheit 1 J Photon vor dem Stoß Energie der Ruhemassen des Elektron- Positron Paares Energie-Schwelle für Beginn der Paarbildung

Schwellenenergie für die Paarbildung 1 kg 1 m/s 1 C 1 Joule 1 e. V Masse eines Elektrons Lichtgeschwindigkeit Elementarladung Energie zur Erzeugung von zwei Elektronen. Massen Schwellenenergie für die Paarbildung (etwa 1 Me. V)

Zusammenfassung • Absorptionsgesetz bei Material der Dicke d mit Absorptionskoeffizient μ: I=I 0·exp(-μd) Vier Beiträge zum Streuquerschnitt: • Absorption durch kohärente Streuung: – Die Röntgenstrahlung regt benachbarte Oszillatoren zu gleichphasigen „erzwungenen Schwingungen“ an – proportional zu Z 2, 5/E 2 • Absorption durch inkohärente Streuung – Photoeffekt, proportional zu Z 4/E 3 – Compton-Effekt – Paarbildung

finis