Coulomb-Feld

Elektrisch geladene Teilchen erzeugen in ihrer Umgebung ein elektrisches Feld. Dieses Feld übt Kräfte auf andere geladene Teilchen aus. Die Stärke dieser Kraft wird durch das Coulomb-Gesetz beschrieben:

$${\displaystyle F=k{\frac {q_{1}q_{2}}{r^{2}}}}$$

• ${\displaystyle F}$: elektrische Kraft
• ${\displaystyle q_{1},q_{2}}$: elektrische Ladungen
• ${\displaystyle r}$: Abstand der Ladungen
• ${\displaystyle k}$: Coulomb-Konstante

Das Feld nimmt mit zunehmendem Abstand vom geladenen Teilchen quadratisch ab. Im Atom entsteht ein besonders starkes Coulomb-Feld durch den positiv geladenen Atomkern, der von negativ geladenen Elektronen umgeben ist.

Coulomb-Felder sind für zahlreiche Wechselwirkungen geladener Teilchen verantwortlich, unter anderem für:

• die Entstehung von Bremsstrahlung
• die Wechselwirkung geladener Teilchen mit Materie
• die Struktur von Atomen und Atomkernen

In der medizinischen Bildgebung sind sie insbesondere für die physikalischen Prozesse verantwortlich, die zur Entstehung von Röntgenstrahlung führen.

Röntgenstrahlung

Das Coulomb-Feld des Atomkerns spielt eine zentrale Rolle bei der Entstehung von Bremsstrahlung in der Röntgenröhre. Wenn ein schnell bewegtes Elektron in die Nähe eines Atomkerns gelangt, wirkt das starke Coulomb-Feld auf das Elektron und lenkt seine Bahn ab. Dabei wird das Elektron abgebremst und verliert einen Teil seiner kinetischen Energie. Der Energieverlust wird in Form eines Röntgenphotons abgegeben. Dieser Prozess wird als Bremsstrahlung bezeichnet und bildet den kontinuierlichen Anteil des Röntgenspektrums. Je stärker die Ablenkung des Elektrons im Coulomb-Feld ist, desto größer ist die abgegebene Photonenergie.