x-Strahlen
oder Röntgenstrahlen sind elekromagnetische Wellen, die entstehen, wenn Kathodenstrahlen,
also schnell fliegende Elektronen, auf Hindernisse, z.B. auf feste Körper wie Metalle
auftreffen.
Hierbei wandelt sich die kinetische Energie der Elektronen in Strahlungsenergie um.
Röntgenstrahlen sind
- wie das Licht Wellenstrahlen und daher im Gegensatz zu Kathoden-, Anoden oder
Kanalstrahlen nicht elektrisch oder magnetisch ablenkbar.
- photochemisch wirksam und schwärzen Filme, wodurch sie nachgewiesen werden können.
- bewirken Fotoemission: wenn sie auf Metalle treffen, veranlassen sie Elektronen zum
Austritt.
- bewirken Fluoreszenz : wenn ein fluoreszierender Körper von ihnen getroffen wird,
leuchtet er auf. Diese Eigenschaft führte zu ihrer Entdeckung.
- bewirken Ionisation der Luft : wenn sie auf Gasmoleküle treffen, spalten sie Elektronen
ab.
- sie werden nicht durch optische Gitter, sondern durch Kristalle gebeugt. Diese Beugung
wird nachgewiesen, indem man einen dünnen Röntgenstrahl durch einen Kristall auf einen
Film lenkt.
Die alte Röntgenröhre
war eine Hittorfsche Röhre, also eine Ionenröhre.
Die Kathode ist hohlspiegelförmig, sodass sich die aus der Kathode senkrecht zur
Kathodenoberfläche austretenden Kathodenstrahlen in einem Punkt treffen. In diesem Fokus
befindet sich die Antikathode, ein Metallblech aus Platin oder Wolfram, die mit der Anode
leitend verbunden ist. Durch die auf Elektroden (Kathode und Anode auftreffenden Ionen und
Elektronen findet eine Zerstäubung des Elektrodenmaterials statt.
Durch die zerstäubten Metallteilchen werden die in der Hittorfschen Röhre vorhandenen
Gasmoleküle absorbiert und das Vakuum der Röhre nimmt zu. Man muss um den Stromfluss zu
gewährleisten immer höhere Spannungen anlegen. Infolge der höheren Spannung werden die
Röntgenstrahlen immer härter und schliesslich hört die Röhre ganz auf zu arbeiten. Um
sie wieder brauchbar zu machen, musste man Gas in die Röhre eintreten lassen.
Weiche Röntgenstrahlen sind Strahlen mit grösserer Wellenlänge, also mit kleinem
Durchdringungsvermögen, erzeugt durch niedere Spannung (ca 30’000-50’000 V)
Harte Röntgenstrahlen haben eine kleine Wellenlänge mit hohem Durchdringungsvermögen
und geringer Absorbierbarkeit. (100’000-300’000 V)
Die moderne Röntgenröhre
ist eine Hochvakuum-Glühkathodenröhre, die sogenannte Coolidgeröhre, also eine
Elektronenröhre.
Die Glühkathode ist eine Heizspirale aus Wolfram, das einen sehr hohen Schmelzpunkt hat.
Die Röhre hat keine spezielle Antikathode, vielmehr steht der Kathode die Anode als
Antikathode gegenüber. Sie ist aus Kupfer, einem guten Wärmeleiter und wegen der grossen
Erhitzung durch die auf sie auftreffenden Kathodenstrahlen mit einer Kühlvorrichtung,
z.B. Wasserkühlung, versehen.
An der Stelle, wo die Kathodenstrahlen auftreffen, trägt die Anode zum Schutz ein
Wolframplättchen.
Die moderne Röhre hat folgende Vorteile zur Hittorfschen Röhre:
- durch variable Spannungen kann weiche oder harte Röntgenstrahlung erzeugt werden.
- die Intensität der Strahlung ist durch Veränderung des Heizstroms regulierbar.
- sie verändert ihre Eigenschaften nur sehr langfristig.
Die moderne Röhre wird ausschliesslich mit Wechselstrom des Lichtnetzes und einem
Transformator betrieben. Die Spannung von 220 V wird auf 30’000-300’000 V
heraufreguliert.
12.9.96 Kurt Paulus