Kontinuierliches Röntgenspektrum

Treffen Elektronen auf einen Festkörper, werden sie abrupt abgebremst. Sie verlieren nicht ihre gesamte Energie auf einmal - sie verlieren bei jeder "Kollision" oder Beinahe-Kollision mit Teilchen (meistens anderen Elektronen) im Festkörper eine bestimmte Menge.

Wir wissen, dass ein abbremsendes Teilchen elektromagnetische Strahlung aussendet; In diesem Fall erfährt jedes Elektron mehrere Verzögerungen und emittiert während des Prozesses mehrere Photonen.

Das Spektrum, das Sie sehen, stellt die Wahrscheinlichkeit dar, dass ein bestimmtes Elektron, beginnend mit einer bestimmten Energie, ein bestimmtes Photon emittiert. Das von Ihnen reproduzierte Diagramm hat die Wellenlänge der Strahlung entlang der X-Achse; Ich finde es intuitiver, Energie zu verwenden (die mit der Wellenlänge von verwandt ist$E=\frac{c}{\lambda}$), weil wir dadurch besser sehen können, wie Energie durch ein einfallendes Elektron verloren geht.

Zum Beispiel von Kieranmaher - Own work, Public Domain :

Sie sehen hier das Spektrum einer Röntgenröhre mit zwei verschiedenen Spannungen - 60 kVp und 100 kVp. Das Spektrum für 60 kV ist ungefähr kontinuierlich, während das Spektrum für 100 kV "charakteristische Strahlungsspitzen" über dem kontinuierlichen Hintergrund aufweist. Es gibt auch eine gepunktete Linie, die auf "ungefilterte 100 kV" zeigt.

Das lehrt uns einiges:

1. Die Wahrscheinlichkeit, dass ein Elektron so schnell abbremst, dass es seine gesamte Energie in einem einzigen Photon abgibt, ist verschwindend gering
2. Die Wahrscheinlichkeit, Photonen mit niedrigerer Energie zu emittieren, ist höher
3. Wenn Elektronen in das Target eindringen, müssen die emittierten Photonen weiter gehen, um dem Target zu entkommen; dies macht es weniger wahrscheinlich, dass Photonen mit niedriger Energie emittiert werden (obwohl sie eher innerhalb des Materials erzeugt werden, kommen sie nicht heraus).
4. In echten Röntgenröhren werden externe Filter (z. B. Aluminium) verwendet, um die Menge der emittierten niederenergetischen Strahlung weiter zu begrenzen, da der größte Teil dieser Strahlung vom Körper absorbiert wird, was bedeutet, dass sie zu einer "Strahlungsdosis" führt geduldig, trägt aber nicht viel zur Bildqualität bei.
5. Wenn Elektronen, die sich in einem bestimmten Orbital befanden, durch das ankommende Elektron herausgeschlagen werden, kann die erzeugte Lücke durch ein anderes Elektron aus einem höheren Orbital gefüllt werden, das in das niedrigere Orbital "herunterfällt". Dabei sendet es ein Photon mit einer ganz bestimmten Energie aus. Das ist keine "Bremsstrahlung", sondern "charakteristische Strahlung" - aber es ist ein realer Effekt, der das von Röntgenröhren beobachtete Spektrum verändert*
6. Ein einzelnes Elektron erzeugt einige wenige emittierte Photonen; die Summe der Energie dieser Photonen ist nicht größer als die Energie des einfallenden Elektrons.
7. Unterschiedliche Elektronen erfahren unterschiedliche Kollisionen und führen zu unterschiedlichen Energien
8. Über eine große Anzahl von Elektronen genommen, hat das Gesamtemissionsspektrum die in Ihrem Diagramm angegebene Form.

Wenn wir dieses Diagramm interpretieren, können wir die Wahrscheinlichkeit der Emission eines 25-keV- und eines 75-keV-Photons kleiner einschätzen als die Wahrscheinlichkeit, dass zwei 50-keV-Photonen emittiert werden - hauptsächlich, weil das 25-keV-Photon wahrscheinlich vor der Emission absorbiert wird (es ist in der "gefilterte" Teil der Kurve)

_{*) Tatsächlich wird für bestimmte Niederenergieanwendungen wie Mammographie das Zielmaterial so gewählt, dass die charakteristische Strahlung einen erheblichen Anteil der emittierten Röntgenstrahlen ausmacht; Im Wesentlichen erzeugt dies einen monochromatischeren Strahl, was zu einer niedrigeren absorbierten Dosis für eine gegebene Bildqualität (SNR) führt.}