Bremsstrahlung
Physik
Basiswissen
Bremsstrahlung ist elektromagnetische Strahlung die durchein Geschwindigkeitsänderung geladener Teilchen entsteht: geladene Teilchen sind zum Beispiel Elektronen, Protonen oder Ionen. Ändert man deren Geschwindigkeit, senden sie oft Strahlung aus.
Physikalisches Grundprinzip
Die Geschwindigkeit eines geladenen Teilchens zu verändern kann heißen, dass man es schneller macht, dass man es langsamer macht oder auch dass man seine Bewegungsrichtung (Synchrotronstrahlung) verändert. Bei solchen Prozessen kann Strahlung ausgesendet werden. Typischerweise bezieht sich Bremsstrahlung aber auf eine Verlangsamung von Elektronen in Anwesenheit eines elektrischen Feldes, eines Coulombfeldes[2]. Immer wenn das in Folge eines elektrischen Feldes passiert, sendet das Teilchen elektromagnetische Strahlen und damit Energie aus. Das ist die Bremsstrahlung. Allgemein gilt: bei jeder Wechselwirkung geladener Teilchen entstehen Photonen. Bei ungeladenen beziehungsweise neutralen Teilchen entsteht keine Bremsstrahlung.
Bremsstrahlung als kontinuierliches Spektrum
In einer sogenannten Röntgenröhre zum Beispiel beschleunigt man Elektronen in einem elektrischen Feld auf 30000 (dreißigtausend) Elektronenvolt. Dann lässt man die Elektronen auf eine Metallplatte (oft aus Wolfram) aufschlagen. Dabei dringen die Elektronen in das Anodenmaterial ein und bewegen sich dort ein Stück weiter, zwischen den Atomen. Auf ihrem Weg durch die Atome des Anodenmaterials werden die Elektronen ständig umgelenkt und abgebremst. Dadurch entstehen sehr viele unterschiedliche Energiepakete, je nach Maß der Änderung. Die vielen unterschiedlich großen Energiepakete ergeben letzten Endes auf Grund ihrer großen Anzahl ein nahezu lückenloses, das heißt kontinuierliches Spektrum ↗
Bremsstrahlung als Röntgenstrahlung
Bremsstrahlung entsteht unter anderem in sogenannten Röntgenröhren. Bei jeder Röntgenaufnahme beim Arzt spielt sie eine Rolle. Neben dieser kontinuierlichen Strahlung entsteht in Röntgenröhren aber noch eine zweite Strahlungsart, die sogenannte charakteristische Röntgenstrahlung. Sie entsteht dann, wie auch die kontinuierliche Strahlung, wenn die schnellen Elektronen auf das Anodenmaterial treffen. Schlagen sie dort Elektronen aus den Hüllen der Anodenatome heraus, fallen in deren Atomhüllen Elektronen aus höheren Schalen (Bahnen) auf die Bahn des herausgeschlagenen Elektrons. Man spricht allgemein von einem sogenannten elektronischen Übergang. Dabei entstehen aber immer nur Energiepaekte ganz bestimmter Wellenlängen. Diese Wellenlängen sind charakteristisch, das heißt typisch, für bestimmte Atomsorten (Molybdän, Kupfer, Eisen etc.). Daher der Name charakteristische Strahlung. Lies mehr unter Röntgenstrahlung ↗
Fußnoten
- [1] Bremsstrahlung ist "kurzwellige elektromagnetische Strahlung, die bei Abbremsung von Elektronen in Materie infolge der Coulomb-Wechselwirkung zwischen den Elektronen und den Atomkernen entsteht." Und: "Die Bremsstrahlung kann als Umkehrung des photoelektrischen Effekts aufgefaßt werden. Das Elektron wird durch das sich ändernde elektrische Feld um den Kern abgebremst und gibt seine Energie in Form kurzwelliger elektromagnetischer Strahlung (meist Röntgen- und γ-Strahlung)" In: Spektrum Lexikon der Physik. Abgerufen am 2. November 2023. https://www.spektrum.de/lexikon/physik/bremsstrahlung/1974
- [2] Bremsstrahlung als Gammastrahlung: "Gammastrahlung entsteht entweder als Bremsstrahlung beim Auftreffen schneller Elektronen auf Materie oder beim Strahlungsübergang eines angeregten Atomkerns oder Hadrons (Gammaabregung, Kerngammaübergänge)." In: Spektrum Lexikon der Physik. Abgerufen am 2. November 2023. Online: https://www.spektrum.de/lexikon/physik/gammastrahlung/5520
