Röntgenspektrum

In der Röntgenröhre werden Elektronen durch eine hohe Röhrenspannung von der Kathode zur Anode beschleunigt. Beim Auftreffen auf das Anodenmaterial verlieren die Elektronen ihre kinetische Energie. Dabei entstehen zwei physikalische Strahlungsprozesse:

• Bremsstrahlung durch Abbremsung der Elektronen im Coulomb-Feld der Atomkerne
• charakteristische Röntgenstrahlung durch Elektronenübergänge in der Atomhülle

Die Überlagerung dieser beiden Prozesse erzeugt das charakteristische Röntgenspektrum.

Der größte Anteil der Röntgenstrahlung entsteht durch Bremsstrahlung. Dabei verlieren Elektronen beim Durchgang durch das Anodenmaterial unterschiedlich große Anteile ihrer kinetischen Energie. Da die Energieverluste kontinuierlich variieren können, entsteht ein kontinuierliches Energiespektrum von Photonen. Die maximale Energie eines Photons entspricht der gesamten kinetischen Energie des Elektrons:

$${\displaystyle E_{max}=e\cdot U}$$

• ${\displaystyle e}$ – Elementarladung
• ${\displaystyle U}$ – Röhrenspannung

Neben dem kontinuierlichen Spektrum entstehen diskrete Spektrallinien der charakteristischen Röntgenstrahlung. Diese entstehen durch Ionisation innerer Elektronenschalen der Anodenatome und anschließende Elektronenübergänge zwischen den Schalen. Die Energie dieser Linien hängt ausschließlich vom Anodenmaterial ab.

Das kontinuierliche Spektrum besitzt eine kurzwellige Grenze, die als Grenzwellenlänge bezeichnet wird. Sie entspricht der maximal möglichen Photonenergie. Mit steigender Röhrenspannung verschiebt sich die Grenzwellenlänge zu kürzeren Wellenlängen.

Die Form des Röntgenspektrums wird durch mehrere technische Parameter beeinflusst:

• Röhrenspannung: bestimmt maximale Photonenergie und Grenzwellenlänge
• Röhrenstrom: beeinflusst die Intensität der Strahlung
• Anodenmaterial: bestimmt die Energie der charakteristischen Linien
• Filter: entfernen niederenergetische Photonen

Das Röntgenspektrum bestimmt wesentliche Eigenschaften der erzeugten Strahlung, darunter:

• Strahlungsqualität
• Bildkontrast
• Strahlendosis

Die Anpassung von Röhrenspannung, Filtration und Anodenmaterial ermöglicht eine Optimierung des Spektrums für unterschiedliche radiologische Anwendungen.