Untersuchung der Roentgenstrahlung

Ratlos · Gast

Bei der Untersuchung der Roentgenstrahlung wird ja haeufig mittels der Drehkristallmethode gearbeitet, indem die Intensitaet der Strahlung gemessen wird, die von einem drehbar gelagerten Kristall reflektiert wird.
Dabei wird das Zaehlrohr immer genau auf den doppelten Einfallswinkel(den ich mal mit _alpha_ bezeichne) des Strahls auf den Kristall justiert.
http://leifi.physik.uni-muenchen.de/web_ph12/versuche/06bragg/bragg.htm

In meinem Physikbuch("Impulse Physik 2", S. 183) steht obigem Versuch:
"...erzeugt die Strahlung bei den Winkeln 13.5°, 28° und 44.5° Intensitaetsmaxima. Nimmt man an, dass _alpha_1 = 13.5° ist, so folgt mit k=1 aus der Bragg Bedingung eine Wellenlaenge von lamba = 154 pm. Da sin(28°) = 2* sin(13.5°) und sin(44.5°)=3*sin(13.5°) ist, gehoeren die anderen Winkel zu den Maxima 2. bzw. 3. Ordnung mit der gleichen Wellenlaenge"
Ich habe einige Fragen dazu.
- Warum waehlt man einen solchen Versuchsaufbau? Was soll das ganze Theater mit dem Drehkristall und der Winkelmessung?
- Wieso muss das Zaehlrohr immer genau auf 2*_alpha_ justiert werden?
- Weshalb ist der Drehkristall ein Monochromator?

Die Roentgenstrahlung besteht doch aus einem kontinuierlichen Spektrum. -Warum wird dort auf einmal eine Wellenlaenge von 154 pm ausgerechnet?
-Warumm muss der Winkel veraendert werden um die Maxima 2. und 3. Ordnung zu messen?

Viele Fragen, wie ihr seht....
Ich hoffe, ihr koennt sie mir beantworten.
Danke im Voraus

Schrödingers Katze · Anmeldungsdatum: 10.07.2005 Beiträge: 695 Wohnort: Leipzig

Ich hab das Buch jetzt zwar nicht da, aber eigentlich gibt es in der Schule nur einen typischen Aufbau dafür.

Also prinzipiell beabsichtigt man ja mit diesem "Aufbau", dass "Strahlen" interferieren, wenn man einen Empfänger unter einem bestimmten Winkel hält. Dieser Winkel tritt dann ein, wenn alle Wellen kohärent laufen, und das ist immer dann, wenn der Gangunterschied von 2 Wellen, die an 2 verschiedenen Netzebenen refektiert werden, genau

vorliegt. Und weil die Welle unter genau dem gleichen Winkel austritt wie eintritt, nimmt man immer gleich den doppelten Winkel.
Warum das jetzt ein "Monochromator" ist, weiß ich nicht, weil ich nicht weiß, was ein Monoding macht. Man könnte ja mal unter Wiki gucken, aber ich vermute, das soll bedeuten, dass nur eine Wellenlänge (mono-) "durchgelassen" wird, sonst hat man ständig Maxima. Ist sicherlich auch ein bisschen vereinfacht angenommen, in Wirklichkeit würde man mir sonem Aufbau kaum Erfolge erzielen. Das würde übrigens auch (logischerweise) erklären, warum man nunmal in einer Aufgabe nur mit einem bestimmten Wert rechnen kann.
Vielleicht solltest du nochmal etwas enthusiastischer an das "Theater" gehen und uns dann gezieltere Fragen stellen.
Dann könntest du unter Umständen auch auf die wirklich einfache Lösung deiner letzten Frage kommen...

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Ein Monochromator ist ein Apparat, der nur eine bestimmte Wellenlänge ausspuckt, auch wenn man viele verschiedenen Wellenlängen (z.B. ein kontinuierliches Spektrum) reinsteckt.

Damit die Röntgenstrahlung an dem Kristall (mit einem bestimmten Abstand der Gitterebenen) unter einem bestimmten Winkel reflektiert wird, muss sie eine ganz bestimmte Wellenlänge haben.

(Das siehst du an der Herleitung der Bragg-Reflexion und an der Gleichung für die Bragg-Bedingung.)

Also bekommt man bei der Bragg-Beugung immer nur gerade die Wellenlänge, die zum Einstrahlwinkel und dem Gitterabstand des Kristalls passt. Und den Detektor muss man natürlich dorthin stellen, wo diese reflektierten Strahlen hinfallen, also wegen Einfallswinkel = Ausfallswinkel unter dem Winkel (2*alpha).

Weil dieser Versuchsaufbau Röntgenstrahlen nach Wellenlängen trennt, kann man damit natürlich prima messen, wieviel Röntgenstrahlung bei welcher Wellenlänge vorhanden ist. Für verschiedene Wellenlängen stellt man den Detektor einfach an entsprechend verschiedene Winkel.

nichtMehrGanzSoRatlos · Gast

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Im Versuch, der in deinem Schulbuch beschrieben wird, wird monochromatische Röntgenstrahlung betrachtet, die auf den Kristall fällt. Also von Anfang an nur eine bestimmte Wellenlänge. (Oder allermindestens Röntgenstrahlung, die bei einer bestimmten Wellenlänge ein ausgeprägtes Intensitätsmaximum hat.)

Und für Licht einer bestimmten Wellenlänge gibt es nur ganz bestimmte Winkel, unter denen man etwas beobachtet. Das sind gerade die Winkel für die Bragg-Beugung der verschiedenen Beugungsordnungen.

fastGarNichtMehrRatlos · Gast

OK, soweit klar.
Was wuerde passieren, wenn ich denselben Versuch mit dem kontinuierlichen Roentgenspektrum also nicht-monochromatischem, sondern polychromatischem Licht durchfuehren wuerde? Wenn ich das jetzt richtig verstanden hab, waere das nicht besonders sinnvoll, weil man ja dann in der Auswertung nie genau wuesste, ob man bei einem bestimmten Winkel jetzt das Maximum erster Ordnung der Wellenlaenge x, oder schon das Maximum zweiter Ordnung der Wellenlaenge y hat. Richtig so?

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Ziemlich richtig. Wenn man mehr als eine Frequenz im Röntgenlicht drin hat, dann kann man nicht immer direkt sagen, von welcher Beugungsordnung (oder aus welcher Mischung von verschiedenen Wellenlängen verschiedener Beugungsordungen) das Signal stammt, das man gerade im Detektor sieht.

Dann muss man also genauer hingucken, um draus schlau zu werden. Also schaut man zum Beispiel, wo die höheren (und evtl. tieferen) Ordungen eines Peaks (= eines Maximums) liegen, und schließt dann daraus, um welche Beugungsordnung, also um welche Wellenlänge es sich handelt.

Oder man hat zum Beispiel schon Informationen, welche möglichen Wellenlängen denkbar wären, zum Beispiel weil man die Linien typischer Elemente kennt, und kann dann diese Linien meist auch dann schon im gemessenen Spektrum identifizieren, wenn man nicht komplett mehrere Ordnungen aufgenommen hat. (Oder man erkennt solche Elemente quasi an ihrem "Fingerabdruck", d.h. an ihrer charakteristischen Anordnung von verschiedenen Linien bei bestimmten Frequenzen mit einem bestimmten Intensitätsverhältnis.)