Röntgenanode
Tanja Müller
ich habe gelesen, dass heutige Röntgenanoden hauptsächlich aus einer Wolfram
Rhenium Legierung hergestellt werden. Mir ist allerdings nicht so ganz klar,
warum gerade diese beiden Materialien verwendet werden.
Zum einen liegt das sicher an der hohen Schmelztemperatur der beiden
Materialien. Allerdings könnte man dann auch einfach Kohlenstoff verwenden,
welcher ja sicher nicht so spröde wäre. Gibt es irgendeinen
atomphysikalischen Grund, der für die beiden Materialien spricht? Oder hab
ich sonst irgendetwas übersehen?
Ich wäre euch sehr dankbar dafür, wenn mir das jemand erklären könnte.
Gruss Tanja
Michael Dahms
>
> ich habe gelesen, dass heutige Röntgenanoden hauptsächlich aus einer Wolfram
> Rhenium Legierung hergestellt werden. Mir ist allerdings nicht so ganz klar,
> warum gerade diese beiden Materialien verwendet werden.
> Zum einen liegt das sicher an der hohen Schmelztemperatur der beiden
> Materialien.
Ja.
> Allerdings könnte man dann auch einfach Kohlenstoff verwenden,
> welcher ja sicher nicht so spröde wäre. Gibt es irgendeinen
> atomphysikalischen Grund, der für die beiden Materialien spricht? Oder hab
> ich sonst irgendetwas übersehen?
Ich bin mir nicht ganz sicher. In Wolframröhren wird ja Bremsstrahlung
erzeugt. Die Dichte keönne also auch eine Riolle spielen.
Und Kohlenstoff ist viel spröder als Wolfram. Das hat schon Herr Edison
bei der Glühbirne gemerkt.
Michael Dahms
Joerg Geiger
> ich habe gelesen, dass heutige Röntgenanoden hauptsächlich aus einer Wolfram
> Rhenium Legierung hergestellt werden. Mir ist allerdings nicht so ganz klar,
> warum gerade diese beiden Materialien verwendet werden.
> Zum einen liegt das sicher an der hohen Schmelztemperatur der beiden
> Materialien. Allerdings könnte man dann auch einfach Kohlenstoff verwenden,
> welcher ja sicher nicht so spröde wäre. Gibt es irgendeinen
> atomphysikalischen Grund, der für die beiden Materialien spricht? Oder hab
> ich sonst irgendetwas übersehen?
Ja, den Zusammenhang zwischen Kernladung und Ausbeute an Bremsstrahlung.
--
Joerg Geiger
joerg_geiger(at)web.de
| Der Jammer der Menschen ist, dass die Narren so sicher sind und die |
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Volker Doormann
> Hallo,
>
> ich habe gelesen, dass heutige Röntgenanoden hauptsächlich aus einer Wolfram
> Rhenium Legierung hergestellt werden. Mir ist allerdings nicht so ganz klar,
> warum gerade diese beiden Materialien verwendet werden.
> Zum einen liegt das sicher an der hohen Schmelztemperatur der beiden
> Materialien. Allerdings könnte man dann auch einfach Kohlenstoff verwenden,
> welcher ja sicher nicht so spröde wäre. Gibt es irgendeinen
> atomphysikalischen Grund, der für die beiden Materialien spricht? Oder hab
> ich sonst irgendetwas übersehen?
Der Hauptgrund ist, dass die Röntgenlichtausbeute proportional zu Z
ist( C=6, W=74 / Re=75 ).
V.D.
Chris Bakayaro
> Rhenium Legierung hergestellt werden. Mir ist allerdings nicht so ganz klar,
> warum gerade diese beiden Materialien verwendet werden.
> Zum einen liegt das sicher an der hohen Schmelztemperatur der beiden
> Materialien. Allerdings könnte man dann auch einfach Kohlenstoff verwenden,
> welcher ja sicher nicht so spröde wäre. Gibt es irgendeinen
> atomphysikalischen Grund, der für die beiden Materialien spricht? Oder hab
> ich sonst irgendetwas übersehen?
Eine Vermutung warum man eine Wolfram-Rhenium-Legierung verwendet und
kein reines Wolfram: Reines Wolfram ist extrem sproede und schwer zu
verarbeiten. Ich habe mal versucht, eine reine Wolfram-Gleuhwendel zu
wickeln, dass gibt man schnell wieder auf, weil der Wolfram-Draht extrem
leicht bricht. Wenn man den Draht ein Weile glueht wirds noch schlimmer.
Wolfram-Rhenium ist nicht so sproede und viel einfacher zu verarbeiten.
Chris
Andreas Rutz
"Chris Bakayaro" schrieb
Ich habe mal versucht, eine reine Wolfram-Gleuhwendel zu
> wickeln, dass gibt man schnell wieder auf, weil der Wolfram-Draht extrem
> leicht bricht. Wenn man den Draht ein Weile glueht wirds noch schlimmer.
Das klappt schon, jedoch muss man das Material dazu auf eine Temperatur
oberhalb des spröd-duktil Übergangs erwärmen.
Im Walzzustand braucht es dafür ca. 200°C, wenn es schon rekristallisiert
ist (passiert bei ca. 1300°C) sind 400°C gut ausreichend um es zu biegen.
Gruss
Andreas
kai-martin knaak
>> Wenn man den Draht ein Weile glueht wirds noch schlimmer.
>
> Stimmt ;-) Das Zeug muß nämlich extrem sauerstofffrei sein, um
> hochduktil zu bleiben. Und Glühen an Luft bringt natürlich O ins
> Gefüge.
Bei unserer Ionenquelle diente eine selbst gewickelte Wolframdrahtspirale
als Elektronenquelle. Der Draht glühte konsequent nur im Vakuum
(10^-6mbar) und versprödete trotzdem. Man konnte sich hinterher
einbilden, richtig die Kristallstruktur erkennen.
Vor dem ersten Betrieb ließ sich der 0.5mm dicke Draht ganz normal um
einen Rundstab wickeln. Einziges Problem war, dass er immer ein gutes
Stück zurückgefedert ist. Für eine Wendel mit 10mm Duchmesser haben
wir ihn um eine M8-Schraube gewickelt. Der Wolfram-draht war laut Etikett
zu 99.9% rein.
Was allerdings wirklich unangenehm ist, sind alle Arten von spanabhebender
Bearbeitung. Bohren, Fräsen, Sägen von Wolfram ist echt unangenehm, denn
es ist gleichzeitig hart und zäh (eben nicht spröde). Aber mit
geeignetem Werkzeug Technik, in diesem Fall mit Funken-Erosion bekommt man
alles klein ;-)
Zur Original-Frage, warum die Anode in Röntgenröhren nicht aus
Kohlenstoff ist:
Die Elektronen knallen mit einigen keV beschleunigt auf die Anode.
Dabei wird nur ein Bruchteil der kinetischen Energie in (Röntgen-)
Strahlung umgewandelt der Rest heizt die Anode auf. Das heißt, das
Anoden-Material muss sowohl gut Wärme leiten als auch einen hohen
Verdampfungspunkt haben. Das erste hilft, die Wärme im Material zu
verteilen, das zweite hilft, die Wärme durch Strahlung loszuwerden
(Wärmestrahlung geht mit der vierten Potenz der Temperaturdifferenz zur
Umgebung).
Außerdem sind die Stöße des Elektrons energiereich genug, dass es im
wesentlichen nur mit den einzelnen Anoden-Atomen wechselwirkt.
Für den Stoß ist es also weitgehend egal, ob das Wolfram chemisch im
Metall festgehalten wird. Außerdem ist man an Stößen interessiert,
bei denen das Elektron möglichst effizient hart gestoppt wird.
Dafür eignen sich Resonanzen mit der innersten Elektronen der
Anoden-Atome. Das heißt, man kickt mit dem beschleunigten Elektron das
innerste Anoden-Elektron heraus. Das braucht natürlich Energie und
bremst das schnelle Elektron, die dadurch nebenbei entstehende
Brems-Strahlung ist die erwünschte Röntgenstrahlung. Atome weit unten
im Periodensystem haben eine hohe Kernladung und damit zwangsweise
besonders stark (eng) gebundene innere Elektronen. Diese inneren
Elektronen heraus zu kicken braucht besonders viel Energie. Deswegen
kann man mit schweren Atomen energiereichere, "härtere" Röntgenstrahlen
erzeugen. Manchmal möchte man auch weniger energetische, "weichere"
Röntgenstrahlen und nimmt dann als Anodenmaterial beispielsweise
Molybdän.
Ein paar mehr Worte zur Röntgenröhre:
http://online-media.uni-marburg.de/radiologie/glossar/r6.htm
Laut dieser Quelle wird das Rhenium beigefügt, um Dehnungsrisse bei der
Erhitzung der Anode zu vermeiden.
---<(kaimartin)>---
--
Kai-Martin Knaak
km...@tem-messtechnik.de
gpg-key: http://pgp.mit.edu:11371/pks/lookup?search=kai-martin&op=index&exact=on
Rolf Bombach
>
> ich habe gelesen, dass heutige Röntgenanoden hauptsächlich aus einer Wolfram
> Rhenium Legierung hergestellt werden. Mir ist allerdings nicht so ganz klar,
> warum gerade diese beiden Materialien verwendet werden.
> Zum einen liegt das sicher an der hohen Schmelztemperatur der beiden
> Materialien. Allerdings könnte man dann auch einfach Kohlenstoff verwenden,
> welcher ja sicher nicht so spröde wäre. Gibt es irgendeinen
> atomphysikalischen Grund, der für die beiden Materialien spricht? Oder hab
> ich sonst irgendetwas übersehen?
Grafit ist ein wichtiges Anodenmaterial, allerdings in
Röhren, bei denen man Röntgenstrahlung vermeiden will.
Grund wurde genannt.
IIRC hatte die Ballasttriode PD500 eine Grafitanode.
--
mfg Rolf Bombach