Vorlesungsskript Physik IV - Walther Meißner Institut - Bayerische ...

Abschnitt 8.3 PHYSIK IV 305EnergieLuftH 2 OAlCuWPbE (eV)λ (nm)κ a(m²/kg)50.24622.0252470100100.1230.50.522.622.49.5313.7500.0250.020.920.040.260.60.81000.0120.0150.0170.020.050.40.6Tabelle 8.2: Massenabsorptionskoeffizienten κ a verschiedener Absorbermaterialien fürRöntgenstrahlung verschiedener Energie.Röntgen-AbsorptionWir wollen nun die Absorption von Röntgenstrahlung diskutieren. Für die Absorption sind im Wesentlichen3 Prozesse verantwortlich (siehe hierzu Abb. 8.14):1. Die Photoionisation (siehe Abschnitt 8.1):Bei diesem Prozess überträgt das Photon seine gesamte Energie ¯hω auf ein im Atom mit der BindungsenergieE B gebundenes Elektron. Das Elektron verlässt dann das Atom mit der kinetischenEnergieE kin = ¯hω − E B . (8.3.21)Um diesen Prozess zu ermöglichen, muss ¯hω > E B sein. Die Bindungsenergie der einzelnen Elektronenbesitzt für die verschiedenen Schalen mit ihrer Feinstruktur charakteristische Werte (sieheAbschnitt 8.3.3). Sobald die Energie des Röntgen-Photons eine dieser charakteristische Energienüberschreitet, stehen mehr Elektronen für den Photoionisationsprozess zur Verfügung. Als Folgedavon steigt der Absorptionskoeffizient µ a stark an. Man erhält eine typische Kantenstrukturfür den Absorptionskoeffizienten und man spricht von den K-, L-, M-, usw. Absorptionskanten.Bei den Absorptionskanten muss man beachten, dass es zu jeder Schale mit n ≥ 2 Unterschalengibt. Dies führt zu einer Feinstruktur der L-, M,- usw. Absorptionskanten, während die K-Absorptionskante (n = 1) keine Feinstruktur besitzt (siehe Abb. 8.15).Für die charakteristischen Frequenzen der Absorptionskanten gilt das bereits oben diskutierte MosleyscheGesetz (8.3.12).2. Die Compton-Streuung:Neben der Photoionisation tritt als weiterer Absorptionsprozess die Compton-Streuung auf. Beidiesem Streuprozess zwischen einem Röntgen-Photon und einen fast freien (schwach gebundenen,E B ist sehr klein) Elektron einer äußeren Schale wird die Energie des Photons teilweise auf dasElektron übertragen:¯hω + E B (e − ) → ¯hω ′ + E kin (e − ) . (8.3.22)2003