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Aufgabenstellung:

  1. Ein Strahl Elektronen wird mit der Spannung beschleunigt und trifft auf eine Wolframplatte. Wie sieht das beobachtete Spektrum (qualitativ) aus? Erklären Sie die einzelnen Bestandteile. Gibt es eine minimale Wellenlänge?
  2. Gibt es einen Konkurrenzprozess zur Emission von Photonen?

Lösungsweg:

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a) Art des Spektrums qualitativ, Bestandteile, minimale Wellenlänge:

Allgemein:

Elektronen ändern ihre Geschwindigkeit beim Durchlauf des Coulombfeldes der positiv geladenen Atomkerne. Nach den Gesetzen der klassischen Elektrodynamik sendet ein geladenens Teilchen elektromagnetische Strahlung aus, wenn es beschleunigt wird. Das typische Bremsspektrum ist kontinuierlich, die Elektronen durchlaufen keine quantisierten oder/und gebundenen Zustände. Um die abgestrahlte Energie verringert sich die kinetische Energie des Elektrons.

Die Peaks im Spektrum nennt man charakteristische Linien und entstehen durch Innerschalenanregung, d.h. ein Elektron aus den innersten Schalen wird in den nichtgebundenen Kontinuumszustand herausgelöst. Das entstehende Loch in der inneren Schale kann durch ein Elektron aus der äußeren Schale aufgefüllt werden.

Minimale Wellenlänge:

Das Bremsspektrum hat eine minimale Wellenlänge , das ist die gesamte kinetische Energie, die das einfallende Elektron in einem einzigen atomaren Bremsvorgang verlieren kann. Die maximale kinetische Energie wird durch die Spannung U der Röntgenröhre bestimmt.

b) alternativer Prozess:

Ein alternativer Prozess statt Emission eines Röntgenquants ist, dass die frei werdende Energie ein weiteres Elektron aus einer höheren Schale herauslöst. Diese Elektronen heißen Auger-Elektronen.

Lösung:

  1. Bremspsrektrum ist konitnuierlich mit einzelnen Peaks (charakteristische Linien). Minimale Wellenlänge entspricht der gesamten kinetischen Energie des einfallenden Elektrons.
  2. Auger-Effekt.