Selbsttests zum ROE-Versuch
Im Folgenden finden Sie Fragen, die so oder so ähnlich auch in der Klausur oder im Staatsexamen auftauchen können. Sämtliche notwendige Informationen finden Sie in der Versuchsanleitung oder den Kapiteln zum physikalischen Hintergrund.
Im Laufe der Zeit werden Lösungshinweise und weitere Fragen ergänzt.
Eine Röntgenröhre für die medizinische Diagnostik wird etwa mit der folgenden Beschleunigungsspannung zwischen Anode und Kathode betrieben:
A. \(1{,}6~\mathrm{mV}\) B. \(6-12~\mathrm{V}\) C. \(200~\mathrm{V}\) D. \(100000~\mathrm{V}\) E. \(1{,}1~\mathrm{MV}\)Diese Antwort ist leider falsch. Die richtige Antwort ist Option D.
Diese Antwort ist korrekt.
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LösungshinweisElektronen werden in einer Röntgenröhre mit einer Spannung von 100 kV beschleunigt. Ihre kinetische Energie (angegeben in der SI-Einheit Joule und letzte Stelle gerundet) beträgt dann:
A. \(1{,}6\cdot 10^{-19}~\mathrm J\) B. \(6{,}022\cdot 10^{23}~\mathrm J\) C. \(1{,}38\cdot 10^{-23}~\mathrm J\) D. \(1{,}6\cdot 10^{-14}~\mathrm J\) E. \(1{,}69\cdot 10^{-14}~\mathrm J\)Diese Antwort ist leider falsch. Die richtige Antwort ist Option D.
Diese Antwort ist korrekt.
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LösungshinweisBeim Betrieb einer Röntgenanlage wird eine Hochspannung (> 10 kV) benötigt. Sie dient dem folgenden Zweck:
A. Abschirmung von schädlicher Streustrahlung B. Freisetzen von Elektronen aus der Kathode C. Beschleunigung von Elektronen in der Röntgenröhre D. Ausrichten der Geräte und Fokussierung der Röntgenstrahlen E. Kühlung der AnlageDiese Antwort ist leider falsch. Die richtige Antwort ist Option C.
Diese Antwort ist korrekt.
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Lösungshinweis\(1~\mathrm{eV}\) entspricht einer Energie von \(1{,}6\cdot 10^{-19}~\mathrm J\). Welche Beschleunigungsspannung ist für den Betrieb einer Röntgenröhre notwendig, um eine gewünschte Quantenenergie der Strahlung (Bremsstrahlung) von bis zu \(2{,}4\cdot 10^{-14}~\mathrm J\) für die medizinische Diagnostik zu erreichen:
A. \(1{,}6~\mathrm{MV}\) B. \(1{,}5~\mathrm{kV}\) C. \(2000~\mathrm{V}\) D. \(100000~\mathrm V\) E. \(150~\mathrm{kV}\)Diese Antwort ist leider falsch. Die richtige Antwort ist Option E.
Diese Antwort ist korrekt.
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LösungshinweisWählen Sie die Antwort, in der alle Stoffe/Materialien die Absorption von Röntgenstrahlung für medizinische Zwecke (mit Quantenenergien von \(100~\mathrm{keV}\)) wesentlich beeinflussen:
A. Wasser und Blut B. Kontrastmittel und Blei C. synthetische Kleidung D. Knochenmark und Knorpel E. Haut mit SonnenschutzcremeDiese Antwort ist leider falsch. Die richtige Antwort ist Option B.
Diese Antwort ist korrekt.
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LösungshinweisDie Absorption von Röntgenstrahlung für medizinische Zwecke (mit Quantenenergien von 100 keV) wird nicht beeinflusst durch:
A. Dicke des Materials B. Dichte des Materials C. Farbe (schwarz oder weiß) des Materials D. Art der Atome/Moleküle E. Absorptionskoeffizient des MaterialsDiese Antwort ist leider falsch. Die richtige Antwort ist Option C.
Diese Antwort ist korrekt.
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LösungshinweisWelche Stoffe absorbieren (bei gleicher Schichtdicke) eine Röntgenstrahlung für medizinische Zwecke am stärksten:
A. Wasser B. Calcium im Knochen C. Eisen im Blut (Hämoglobin) D. Blei E. NatriumionenDiese Antwort ist leider falsch. Die richtige Antwort ist Option D.
Diese Antwort ist korrekt.
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LösungshinweisRöntgenstrahlung erfährt von einem durchstrahlten Material eine Abschwächung, die von der Schichtdicke exponentiell abhängt. Von einer \(2~\mathrm{mm}\) dicken Schicht werden \(50~\%\) absorbiert. Wie dick ist eine Schicht aus gleichem Material, wenn etwa \(94~\%\) absorbiert werden?
A. \(1~\mathrm{mm}\) B. \(6~\mathrm{mm}\) C. \(8~\mathrm{mm}\) D. \(10~\mathrm{mm}\) E. \(12~\mathrm{mm}\)Diese Antwort ist leider falsch. Die richtige Antwort ist Option C.
Diese Antwort ist korrekt.
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LösungshinweisRöntgenstrahlung erfährt von einem durchstrahlten Material eine Abschwächung, die von der Schichtdicke exponentiell abhängt. Von einer \(1~\mathrm{mm}\) dicken Schicht werden \(50~\%\) absorbiert. Wie viel Prozent der Strahlung wird noch von einer \(4~\mathrm{mm}\) dicken Schicht des gleichen Materials durchgelassen? Rund:
A. \(1~\%\) B. \(3~\%\) C. \(6~\%\) D. \(10~\%\) E. \(12{,}5~\%\)Diese Antwort ist leider falsch. Die richtige Antwort ist Option C.
Diese Antwort ist korrekt.
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LösungshinweisZum Schutz des nicht untersuchten Gewebes kommt eine Bleichschicht von \(0{,}5~\mathrm{mm}\) Dicke zum Einsatz, die senkrecht zur Richtung der Röntgenstrahlung positioniert wird. Wie viel Prozent der Strahlung wird absorbiert, wenn von einer \(0{,}1~\mathrm{mm}\) dicken Schicht bereits \(50~\%\) absorbiert werden? (Nehmen sie einen exponentiellen Abfall mit der Dicke an.) Gerundet:
A. \(6~\%\) B. \(87~\%\) C. \(94~\%\) D. \(97~\%\) E. \(99~\%\)Diese Antwort ist leider falsch. Die richtige Antwort ist Option D.
Diese Antwort ist korrekt.
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LösungshinweisEine Röntgenröhre wird mit einer Anodenspannung von \(75~\mathrm{kV}\) betrieben. Dann beträgt die kleinste entstehende Wellenlänge im Röntgenspektrum \(16\cdot10^{-12}~\mathrm{m}\). Wie groß ist die Grenzwellenlänge dann bei der doppelten Beschleunigungsspannung?
A. \(2\cdot10^{-12}~\mathrm{m}\) B. \(4\cdot10^{-12}~\mathrm{m}\) C. \(8\cdot10^{-12}~\mathrm{m}\) D. \(64\cdot10^{-12}~\mathrm{m}\) E. \(32\cdot10^{-12}~\mathrm{m}\)Diese Antwort ist leider falsch. Die richtige Antwort ist Option C.
Diese Antwort ist korrekt.
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LösungshinweisDie Maximalenergie von Röntgenquanten hängt von der Anodenspannung \(\mathrm U\) der Röntgenröhre ab. Dabei gilt, dass die Maximalenergie
A. proportional ist zu \(\frac{1}{\mathrm U}\) B. proportional ist zu \(\mathrm U\) C. proportional ist zu \(\mathrm U^2\) D. proportional ist zu \(\sqrt{\mathrm{U}}\) E. proportional ist zu \(\frac{1}{2}\mathrm U^2\)Diese Antwort ist leider falsch. Die richtige Antwort ist Option B.
Diese Antwort ist korrekt.
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LösungshinweisBei einer Röntgenröhre hängt die Grenzwellenlänge der Bremsstrahlung ab:
A. von der Energie von Elektronen, die die Anode verlassen B. von der Energie der Elektronen, die auf die Anode auftreffen C. vom Anodenmaterial D. vom Heizstrom der Kathode E. vom Material der KathodeDiese Antwort ist leider falsch. Die richtige Antwort ist Option B.
Diese Antwort ist korrekt.
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LösungshinweisNur ein Teil der einfallenden Strahlung durchdringt bei der Röntgendiagnostik das Gewebe und trifft auf die Sensoren der Fotoplatte. Angenommen, beim Durchstrahlen einer \(10~\mathrm{cm}\) dicken Gewebeschicht mit einem parallelen Strahlenbündel einer bestimmten Wellenlänge erreichen noch \(20~\%\) der Röntgenstrahlen die Bildplatte. Wieviel Prozent kommen dann nach der doppelten Schichtdicke (\(20~\mathrm{cm}\)) an:
A. \(40~\%\) B. \(10~\%\) C. \(4~\%\) D. \(2~\%\) E. \(1~\%\)Diese Antwort ist leider falsch. Die richtige Antwort ist Option C.
Diese Antwort ist korrekt.
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LösungshinweisKontrastmittel können die Röntgenstrahlung an bestimmten Stellen besonders stark schwächen und dadurch das aufnehmende Gewebe im Röntgenbild besonders hervorheben. Welches Material ist für die Absorption gut geeignet (unabhängig von anderen Eigenschaften oder der Verträglichkeit)? Die Absorption steigt besonders mit
A. Zahl der Nukleonen pro Atom B. Zahl der Neutronen pro Atom C. Ordnungszahl der Atome D. Zahl der Elektronen in der äußersten Schale der Atome E. Zahl der Elektronen in der innersten Schale der AtomeDiese Antwort ist leider falsch. Die richtige Antwort ist Option C.
Diese Antwort ist korrekt.
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LösungshinweisDie Energie der Bremsstrahlung stammt von der Bewegungsenergie abgebremster und abgelenkter geladener Teilchen. Bei einer Röntgenröhre für die medizinische Diagnostik sind die abgebremsten Teilchen:
A. Protonen B. Elektronen C. Neutronen D. Positronen E. NukleonenDiese Antwort ist leider falsch. Die richtige Antwort ist Option B.
Diese Antwort ist korrekt.
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LösungshinweisDie Frequenz von Röntgenstrahlung der Wellenlänge \(0{,}6~\mathrm{nm}\) beträgt
A. \(0{,}2\cdot 10^{18}~\mathrm{Hz}\) B. \(2\cdot 10^{-18}~\mathrm{Hz}\) C. \(30\cdot 10^{16}~\mathrm{Hz}\) D. \(50\cdot 10^{16}~\mathrm{Hz}\) E. \(40\cdot 10^{18}~\mathrm{Hz}\)Diese Antwort ist leider falsch. Die richtige Antwort ist Option D.
Diese Antwort ist korrekt.
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Lösungshinweis\(f=\frac{c}{\lambda}\)
Die Wellenlänge von Röntgenstrahlung der Frequenz \(4\cdot 10^{18}~\mathrm{Hz}\) beträgt
A. \(6{,}9\cdot10^{-10}~\mathrm{m}\) B. \(7{,}5\cdot10^{-11}~\mathrm{m}\) C. \(6{,}8\cdot10^{-11}~\mathrm{m}\) D. \(7{,}1\cdot10^{-10}~\mathrm{m}\) E. \(6{,}4\cdot10^{-11}~\mathrm{m}\)Diese Antwort ist leider falsch. Die richtige Antwort ist Option B.
Diese Antwort ist korrekt.
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Lösungshinweis\(\lambda=\frac{c}{f}\)
Eine Röntgenröhre wird mit einer Beschleunigungsspannung von \(20~\mathrm{kV}\) betrieben. Die kinetische Energie eines Elektrons beim Auftreffen auf die Anode beträgt dann
A. \(4{,}8\cdot10^{-15}~\mathrm{J}\) B. \(4{,}0\cdot10^{-15}~\mathrm{J}\) C. \(2{,}5\cdot10^{-15}~\mathrm{J}\) D. \(1{,}2\cdot10^{-15}~\mathrm{J}\) E. \(3{,}2\cdot10^{-15}~\mathrm{J}\)Diese Antwort ist leider falsch. Die richtige Antwort ist Option E.
Diese Antwort ist korrekt.
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Lösungshinweis\(1~\mathrm{eV}=1{,}602\cdot 10^{-19}~\mathrm{J}\)
Eine Röntgenröhre wird mit einer Beschleunigungsspannung von \(20~\mathrm{kV}\) betrieben. Welcher Wert ist realistisch für die Auftreffgeschwindigkeit der Elektronen auf die Anode?
A. \(\frac{1}{3}c\) B. \(3c\) C. \(10000~\frac{\mathrm m}{\mathrm s}\) D. \(c\) E. \(100~\frac{\mathrm m}{\mathrm s}\)Diese Antwort ist leider falsch. Die richtige Antwort ist Option A.
Diese Antwort ist korrekt.
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LösungshinweisBetrachtet wird eine Röntgenröhre, von der mit einem Raumwinkel von \(2\pi\) Röntgenstrahlung ausgeht. \(8~\mathrm{cm}\) von der Röhre entfernt befindet sich ein Objekt mit einer Fläche von \(25~\mathrm{cm^2}\). Wie groß ist der Anteil der emittierten Strahlungsintensität, mit welcher die Fläche bestrahlt wird?
A. \(6{,}2~\%\) B. \(4{,}8~\%\) C. \(13{,}5~\%\) D. \(2{,}6~\%\) E. \(5{,}5~\%\)Diese Antwort ist leider falsch. Die richtige Antwort ist Option A.
Diese Antwort ist korrekt.
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Lösungshinweis\(F=25~\mathrm{cm^2}\)
\(\Omega=2\pi\)
\(r=8~\mathrm{cm}\)
Wie verändert sich die bei einem Objekt in der Nähe einer Röntgenröhre der Anteil der ankommenden Strahlung, wenn der ursprüngliche Abstand verdreifacht wird?
A. Es kommt \(\frac{1}{3}\) der ursprünglichen Strahlung an. B. Es kommt das Dreifache der ursprünglichen Strahlung an. C. Es kommt \(\frac{1}{6}\) der ursprünglichen Strahlung an. D. Es kommt \(\frac{1}{9}\) der ursprünglichen Strahlung an. E. Es kommt das Neunfache der ursprünglichen Strahlung an.Diese Antwort ist leider falsch. Die richtige Antwort ist Option D.
Diese Antwort ist korrekt.
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LösungshinweisWelche Energie besitzt ein Photon der Wellenlänge \(1~\mathrm{pm}\)?
A. \(1{,}78\cdot 10^{-21}~\mathrm{J}\) B. \(1{,}87\cdot 10^{-19}~\mathrm{J}\) C. \(1{,}99\cdot 10^{-13}~\mathrm{J}\) D. \(1{,}94\cdot 10^{-16}~\mathrm{J}\) E. \(1{,}89\cdot 10^{-11}~\mathrm{J}\)Diese Antwort ist leider falsch. Die richtige Antwort ist Option C.
Diese Antwort ist korrekt.
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LösungshinweisDer Körper einer Laborantin mit einer Masse von \(60~\mathrm{kg}\) wird von \(10^9\) Photonen der Energie \(1{,}6\cdot 10^{-14}~\mathrm{J}\) getroffen. Es wird angenommen, dass die Strahlung vollständig vom Körper absorbiert wurde. Wie groß ist die Äquivalentdosis, die die Laborantin abbekommen hat?
A. \(2{,}67\cdot 10^{-10}~\mathrm{Sv}\) B. \(2{,}67\cdot 10^{-7}~\mathrm{Sv}\) C. \(2{,}67\cdot 10^{-6}~\mathrm{Sv}\) D. \(2{,}67\cdot 10^{-3}~\mathrm{Sv}\) E. \(2{,}67~\mathrm{Sv}\)Diese Antwort ist leider falsch. Die richtige Antwort ist Option B.
Diese Antwort ist korrekt.
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Lösungshinweis\(q=1\) bei Röntgenstrahlung.
Ab welcher Äquivalentdosis sind wahrscheinliche Strahlenschäden u.a. Müdigkeit bis zu Übelkeit und Erbrechen sowie ein um \(5~\%\) erhöhtes Krebsrisiko?
A. \(0{,}05~\mathrm{mSv}\) B. \(0{,}05~\mathrm{Sv}\) C. \(0{,}5~\mathrm{Sv}\) D. \(1~\mathrm{Sv}\) E. \(8~\mathrm{Sv}\)Diese Antwort ist leider falsch. Die richtige Antwort ist Option D.
Diese Antwort ist korrekt.
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LösungshinweisEine Röntgenröhre wird mit der Beschleunigungsspannung \(29{,}4~\mathrm{kV}\) betrieben. Wie lang ist die kürzeste Wellenlänge der emittierten Bremsstrahlung?
A. \(1{,}39\cdot 10^{-12}~\mathrm{m}\) B. \(2{,}47\cdot 10^{-9}~\mathrm{m}\) C. \(3{,}56\cdot 10^{-14}~\mathrm{m}\) D. \(4{,}22\cdot 10^{-11}~\mathrm{m}\) E. \(6{,}72\cdot 10^{-13}~\mathrm{m}\)Diese Antwort ist leider falsch. Die richtige Antwort ist Option D.
Diese Antwort ist korrekt.
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Lösungshinweis