ich habe eine Frage zur Erzeugung eines spezifischen Spektrums von Röntgenstrahlung durch den Beschuss einer Anode mit einem Elektronenstrahl.
Oder eigentlich eher gesagt zur Kß Strahlung.
Die Energiedifferenz zwischen der K und der M Schale beträgt 66,6 keV.
Das Energieniveau auf der K Schale ist bei -69,6 keV gelegt.
Welche Beschleunigungsspannung muss mindestens anliegen, damtit die Kß Strahlung entsteht?
Wir haben im Unterricht gesagt, dass ein Elektron der K-Schale dazu „herausgeschlagen“ werden muss. Was ist mit herausschlagen gemeint? Auf das Energienieveau der M Schale gehoben werden?
Oder ganz das Atom verlassen? Sind solche begriffe überhaupt möglich in der Quantenmechanik?
Moin,
Genau. Herausschlagen meint, daß das Elektron das Atom
verlassen soll.
Du mußt also die Bindungsenergie eines solchen Elektrons
bestimmen.
Genau das ist mein Problem… meine Physiklehrerin meinte, dass ein Atom nur durch lösen von Elektronen der äußeren Schale Ionisiert werden kann(ich muss dazu sagen, dass sie nicht immer die klügsten dinge von sich gibt ).
Ich könnte mir allerdings vorstellen, dass wenn ein Atom aus der K-Schale verschwindet es so aussehen würde als fehle ein Valenzelektron, da ja alle Elektronen „nachrutschen“.
Also meine Frage ist jetzt ob ich die Energie benötige um ein Elektron der K-Schale auf die M-Schale (66,6kV UBeschleunigung) zu heben, oder ob es ganz herausgeschlagen werden kann/muss(69,6kV UBeschleunigung).
Die charakteristische Strahlung Kβ entsteht
genau dann, wenn eines der Elektronen der M-Schale zurück auf
die K-Schale fällt.
Genau das ist mein Problem… meine Physiklehrerin meinte,
dass ein Atom nur durch lösen von Elektronen der äußeren
Schale Ionisiert werden kann(ich muss dazu sagen, dass sie
nicht immer die klügsten dinge von sich gibt ).
Vermutlich hat sie gemeint, dass durch chemische Reaktionen (wie z. B. die Vorgänge bei der Elektrolyse) stets nur die äußersten Elektronen betroffen sind.
Ich könnte mir allerdings vorstellen, dass wenn ein Atom aus
der K-Schale verschwindet es so aussehen würde als fehle ein
Valenzelektron, da ja alle Elektronen „nachrutschen“.
Nachdem die äußeren Elektronen nachgerutscht sind, sieht es nicht nur so aus, als fehle ein Valenzelektron, sondern es fehlt tatsächlich. Aber bei K-Strahlung entsteht das Loch natürlich in der K-Schale.
Also meine Frage ist jetzt ob ich die Energie benötige um ein
Elektron der K-Schale auf die M-Schale (66,6kV
UBeschleunigung) zu heben, oder ob es ganz
herausgeschlagen werden kann/muss(69,6kV
UBeschleunigung).
Wenn ein Plätzchen in der M-Schale frei ist, könnte es theoretisch sein, dass auch 66,6kV ausreichen. Die Wahrscheinlichkeit, dass die gewünschte Reaktion ausgelöst wird, ist aber viiiel geringer, als bei der Ionisation. Ich gehe daher davon aus, dass die richtige Lösung der Aufgabe 69,6 keV lautet.
Genau das ist mein Problem… meine Physiklehrerin meinte,
dass ein Atom nur durch lösen von Elektronen der äußeren
Schale Ionisiert werden kann.
Die Aussage würde ich nicht unterschreiben, auch wenn es der häufigste Vorgang der Ionisierung ist. Normalerweise meint man mit Ionisierung, daß das Atom quasi von außen her seine Elektronen verliert.
ABER: mit geeigneter Strahlung (und das ist hier der Fall) kann man natürlich auch Elektronen aus tieferen Schalen herauslösen. Dann springt irgendwann eines der äußeren Elektronen nach innen (und ggf. weitere Elektronen auf den dann frei gewordenen Platz usw. usf.) bis der oben genannte Ionisierungszustand erreicht ist, daß nur außen eines fehlt oder es kommt auch irgendwann von außen wieder ein Elektron zu, welches das Atom wieder in den neutralen Zustand bringt.
Ich könnte mir allerdings vorstellen, dass wenn ein Atom aus
der K-Schale verschwindet es so aussehen würde als fehle ein
Valenzelektron, da ja alle Elektronen „nachrutschen“.
Das „Nachrutschen“ ist eben genau das, was das charakteristische Spektrum erzeugt: durch das Nachrutschen eines Elektrons von, sagen wir M zu K wird Strahlung derjenigen Energie ausgesendet, die der Differenz der beiden Energieniveaus entspricht.
Also meine Frage ist jetzt ob ich die Energie benötige um ein
Elektron der K-Schale auf die M-Schale (66,6kV
UBeschleunigung) zu heben, oder ob es ganz
herausgeschlagen werden kann/muss(69,6kV
UBeschleunigung).
Die charakteristische Strahlung Kβ entsteht
genau dann, wenn eines der Elektronen der M-Schale zurück auf
die K-Schale fällt.
Damit etwas von der M auf die K-Schale „rutschen“ kann, muß erstmal was in der K-Schale fehlen. Also muß Du das Elektron dort ganz aus dem Atom entfernen; in der Annahme, daß Deine Zahlen richtig sind, dürfte das dann eher die höhere Voltzahl sein. Es braucht mehr Energie ein Elektron ganz aus einem Atom verschwinden zu lassen als es nur etwas anzuregen und quasi „auf eine höhere Bahn“ zu heben.
Genau das ist mein Problem… meine Physiklehrerin meinte,
dass ein Atom nur durch lösen von Elektronen der äußeren
Schale Ionisiert werden kann.
prinzipiell kann man elektronen jeder schale herausschlagen. es kommt halt auf die energien an. ein elektron der äußeren schale ist normalerweise schwächer gebunden als ein elektron einer inneren schale, da die inneren elektronen das elektrische feld für das weiter außen gelegene elektron abschirmen.
(in einer sehr groben abschätzung wächst die energie proportional zu Z^2)
das ist der grund aus dem man normalerweise nur das herauslösen von äußeren elektronen betrachtet…es braucht weniger energie und geschieht deshalb öfter.
Also meine Frage ist jetzt ob ich die Energie benötige um ein
Elektron der K-Schale auf die M-Schale (66,6kV
UBeschleunigung) zu heben, oder ob es ganz
herausgeschlagen werden kann/muss(69,6kV
UBeschleunigung).
es muß ganz herausgeschlagen werden. der grund ist ganz einfach. eine schale kann nur eine begrenzte anzahl von elektronen aufnehmen. da die m schale wohl schon voll sein wird, kann das elektron dort nicht mehr hin. es verläßt das atom und ein elektron aus einer höheren schale rutscht nach.
(obwohl…ich seh gerade, dass kupfer, welches glaube ich oft in röntgengeräten benutzt wird, noch einen platz frei hat, da es eine elektronenkonfiguration von: (Ar)(3d)^9(4s)^2 hat. müssen mal weitere antworten abwarten)
ich habe eine Frage zur Erzeugung eines spezifischen Spektrums
von Röntgenstrahlung durch den Beschuss einer Anode mit einem
Elektronenstrahl.
Oder eigentlich eher gesagt zur Kß Strahlung.
Die Energiedifferenz zwischen der K und der M Schale beträgt
66,6 keV.
Das Energieniveau auf der K Schale ist bei -69,6 keV gelegt.
Welche Beschleunigungsspannung muss mindestens anliegen,
damtit die Kß Strahlung entsteht?
Wir haben im Unterricht gesagt, dass ein Elektron der K-Schale
dazu „herausgeschlagen“ werden muss. Was ist mit
herausschlagen gemeint? Auf das Energienieveau der M Schale
gehoben werden?
Ein Elektron kann, solange es noch an den Kern gebunden ist, immer nur die Energie entsprechend einer der möglichen Schalen haben. Beim Rücksprung in eine „tiefere“ Schale wird die Energie-Differenz als Photon abgegeben. Dies ist auch der Grund wieso LEDs und Laser nur Licht einer bestimmten Wellenlänge (= Energie) abgeben.
Andersherum absorbiert ein Elektron „am liebsten“ diejenige Energie welche einer Schalen-Differenz entspricht. (Hier hast du den Grund für die unterschiedlichen Absobtions-Spektern)
Wenn ein Elektron eine Energiemenge absorbiert, welche nicht genau auf das Niveau einer anderen Schale entspricht, muss es die Differenz entweder als Photon abgeben oder es wird vom Kern losgelöst. Da freie Elektronen jedes beliebige Energie-Niveau haben können, ist das beim Einfangen abgegebene Photon nicht festgelegt.
Um also eine bestimmte Wellenlänge der Strahlung zu erhalten, muss die zugeführte Energie möglichst nahe über dem Bereich der gewünschten Wellenlänge liegen. Ist die zugeführte Energie zu gross, werden entweder zu viele „Doppelsprünge“, es enstehen also zwei Wellenlängen, oder nur noch freie Elektronen erzeugt, welche dann kein scharfes Spektrum erzeugen.
).