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Um mit einer (Schul-) Röntgeneinrichtung eine Analyse der von einer Röntgenröhre erzeugten Strahlung durchführen zu können, muss man zunächst Klarheit darüber haben, wie Analysekristall und Detektor zueinander ausgerichtet sein müssen, um später überhaupt sinnvoll Messwerte erzielen zu können. Gemäß der theoretisch herleitbaren Bragg'schen Beziehung $n\cdot \lambda =2\cdot d\cdot sin(\vartheta )$ muss dazu der Drehwinkel des Detektors doppelt so groß sein wie der Drehwinkel $\vartheta$ des Analysekristalls. Diese Tatsache soll im Folgenden direkt am Experiment nachvollzogen werden.
Falls Sie bereits Taster gedrückt haben, betätigen Sie jetzt einmal den Taster ZERO, um alles auf den Ausgangszustand zurückzusetzen. Achten Sie darauf, dass die Röntgenröhre zunächst ausgeschaltet ist (HV ON/OFF). Stellen Sie über den Taster TARGET und den Drehregler ADJUST einen beliebigen Winkel für den Kristall ein, beispielsweise 10°. Schalten Sie danach die Röntgenröhre sowie ggf. den Lautsprecher (links daneben) ein und fahren Sie nach Betätigung des Tasters SENSOR mit dem Drehregler ADJUST langsam die Winkelstellungen des Geiger-Müller-Zählrohrs die Winkel von 0,0° an aufwärts ab.
Sie kennen ein gleichartiges Gesetz aus der geometrischen Optik. Um dies zu verdeutlichen, erlaubt die Schaltfläche "optischer Vergleich" das Ein- und Ausblenden der Reflexion eines Lichtstrahls bei dessen Einfall auf einen ebenen Spiegel. Durch "Anfassen" mit der Maus lässt sich die optische Scheibe drehen.
Beobachten Sie die im Display angezeigte Impulsrate bzw. Ihren Höreindruck während der Vergrößerung des Drehwinkels des Sensors und notieren Sie Ihre Beobachtung.
Stellen Sie nun einige andere Winkel für das TARGET ein und führen Sie jeweils den vorherigen Versuch analog durch. Formulieren Sie ein allgemeines Ergebnis aus diesen Versuchen.
Stellen Sie den TARGET-Winkel auf einen größeren Winkel als den von Ihnen berechneten ein (beispielsweise auf 5°). Testen Sie, dass dann bei entsprechendem SENSOR-Winkel tatsächlich eine hohe Impulsrate registriert wird. Stellen Sie an schließend den TARGET-Winkel auf einen kleineren Winkel als den von Ihnen berechneten ein (beispielsweise auf 3°) und vergleichen Sie die die jetzige Zählrate bei zugehörigem SENSOR-Winkel.
In dem IBE wird ein NaCl-Kristall verwendet, die fest vorgegebene Anodenspannung beträgt 35 kV. Berechnen Sie mit diesen Angaben den kleinstmöglichen TARGET-Winkel, unter dem man solche Röntgenphotonen registrieren kann, die durch Reflexion am Gitter zum Detektor gelangt sind. Die Gitterkonstante d für NaCl ist d(NaCl) = 283 pm.
Begründen Sie, dass bei den voranstehenden Überlegungen das Anodenmaterial der Röntgenröhre irrelevant ist, der verwendete Kristall jedoch nicht.
Übrigens: Sie haben evtl. bemerkt, dass auch bei ausgeschalteter Röntgenröhre hin und wieder ein Impuls registriert wird. Geben Sie den Grund dafür an.
Goniometer und Bragg-Bedingung
Mit diesem IBE kann die Funktionsweise des Zusammenspiels zwischen der - für die späteren Messungen sinnvollen und notwendigen - gegenseitigen Ausrichtung von Drehkristall und Detektor in einer Schulröntgeneinrichtung erkundet werden. Voreingestellt sind die feste Beschleunigungsspannung 35,0 kV und die maximale Anodenstromstärke 1,00 mA (daher ist bei Anwahl der U- und I-Taster der ADJUST-Drehregler ausgegraut dargestellt).
Vergrößern des Bedienpanels und des Röntgenraums durch Anklicken, dann entsprechend der Anleitung bei den Aufgaben bedienen.