Geräte und Materialien
Der Arbeitsplatz
Im folgenden Video sind die Räumlichkeiten des Physikpraktikums für Studierende der Medizin der LMU in Freimann zu sehen. Das Röntgengerät und die im Video angesprochenen Materialien werden anschließend erläutert.
Das Röntgengerät
Das Röntgengerät lässt sich in unterteilen in Display und Bedienfeld, Röntgenraum und Experimentierraum, wie es in folgender Abbildung zu sehen ist:
Display und Bedienfeld
Im Display wird in der oberen Zeile die momentane Zählrate am Zählrohr angezeigt, also die Anzahl der registrierten Röntgenphotonen pro Sekunde. In der unteren Zeile wird der Wert der zuletzt ausgewählten Größe angezeigt. Diese Größe kann über das Rad eingestellt werden. Die wichtigsten Knöpfe sollen kurz vorgestellt werden:
- Beschleunigungsspannung \(U_\mathrm B\): Die Beschleunigungsspannung \(U_\mathrm B\) wird eingestellt, indem man den Knopf U drückt, und dann am Rad bis zum gewünschten Wert dreht. Es können Werte von bis zu \(35~\mathrm{kV}\) eingestellt werden.
- Heizstrom \(I_\mathrm H\): Der Heizstrom \(I_\mathrm H\) wird eingestellt, indem man den Knopf I drückt und dann am Rad bis zum gewünschten Wert dreht. Es können Werte von bis zu \(1~\mathrm{mA}\) eingestellt werden.
- Hochspannungsknopf HV: Bei Drücken des HV-Knopfes wird die Röntgenröhre ein – bzw. ausgeschaltet. Anschalten geht aus Sicherheitsgründen nur, wenn die Türen geschlossen sind. Auch im laufenden Betrieb können alle Größen noch eingestellt oder verändert werden.
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Goniometerknöpfe SENSOR, TARGET und COUPLED: Mit diesen Knöpfen können die Winkel am Goniometer manuell gesteuert werden. Über SENSOR wird der Goniometerarm bewegt und über TARGET die Probe bzw. der Targethalter gedreht. Im COUPLED-Modus werden Probe und Zählrohr gemeinsam bewegt.
Über SENSOR kann im ersten Versuchsteil das Zählrohr am Goniometerarm aus dem Strahlengang weg gedreht werden.
Der Röntgenraum
In der Mitte des Geräts befindet sich der Röntgenraum, in welchem die Röntgenröhre steht. Hier wird bei eingeschalteter Hochspannung Röntgenstrahlung erzeugt und hauptsächlich nach rechts in den Experimentierraum emmittiert. Die Schiebetür zum Röntgenraum muss geschlossen sein um Hochspannung anlegen zu können. Wenn Hochspannung anliegt, kann man auch das Glühen der Kathode erkennen.
Der Experimentierraum
Im Experimentierraum befindet sich das Goniometer, mit welchem die Winkel zwischen Röntgenstrahl, Probe im Targethalter und Goniometerarm eingestellt werden können. Am Ende des Goniometerarms befindet sich ein Zählrohr. Zu Beginn des Versuchs sollte der Targethalter nicht eingebaut sein, dementsprechend auch keine Probe im Inneren des Goniometers sein. Das Zählrohr kann vorerst aus dem Weg gedreht werden. Dann können in den Experimentierraum Gegenstände zur Bestrahlung gestellt werden.
Am rechten Rand befindet sich der Fluoreszenzschirm, welcher von außen mit einer Abdeckung geschützt ist. Diese Abdeckung muss entfernt werden, wenn das Röntgenbild betrachtet werden soll. Um Hochspannung anlegen zu können, muss auch die Schiebetür zum Experimentierraum vollständig geschlossen sein.
Zubehör
Kollimator
Der Kollimator kann in die Öffnung zwischen Röntgenröhre und Experimentierkammer gesteckt werden. Vereinfacht kann der Kollimator als eine Metallröhre betrachtet werden, die an beiden Enden von einer Platte mit einem schmalen Schlitz geschlossen wird. Beide Schlitze sind parallel, sodass die Strahlung durch den Kollimator gebündelt wird.
Implantatmodell
In den Holzquader ist ein Metallstift eingelassen, welcher von außen nicht sichtbar ist. An der Oberfläche des Holzquaders befindet sich ein Metallquadrat, dass zum Größenvergleich mit dem Implantat genutzt wird. Auf der zugehörigen Plattform kann das Modell in den Experimentierraum gestellt werden und der Quader von verschiedenen Seite bestrahlt werden.
Kontrastmittelmodell
In der Plexiglasschicht befinden sich zwei Röhrchen, die verschiedene Flüssigkeiten enthalten: in einem ist Wasser, im anderen eine Kaliumiodidlösung. Das Kontrastmittelmodell kann auf der gleichen Plattform wie das Implantatmodell in den Experimentierraum eingebracht und möglichst nah am Fluoreszenzschirm positioniert werden.
Absorbersätze
Die Absorbersätze bestehen aus einem gebogenen Metallstück, an dem neben einem eingestanzten Loch nebeneinander sechs Streifen angebracht sind. Bei einem Absorbersatz bestehen alle Streifen aus dem gleichen Material (Aluminium), jedoch sind sie unterschiedlich dick (\(0{,}5~\mathrm{mm}\) bis \(3{,}0~\mathrm{mm}\)). Beim anderen Absorbersatz sind alle Streifen gleich dick, jedoch wurden sechs verschiedene Materialien verwendet.
Messschieber
Mit dem Messschieber können Längen oder Abstände auf ein Zehntel bzw. ein Zwanzigstel Millimeter genau gemessen werden. Dazu stellt man die Länge ein, übt beim Messen allerdings keine Kraft mehr aus. Die vollen Millimeter kann man über die Null des Nonius (die bewegliche Längenskala) bestimmen, indem man den letzten ganzzahligen Wert links von der Null abliest. Den Bruchteil des Millimeters bestimmt man dann, indem man die Striche von Nonius und Hauptskala vergleicht und den Wert (auf der Noniusskala) nimmt, bei dem die Striche beider Skalen am besten aufeinander liegen.
