Bremsstrahlung und charakteristische Röntgenstrahlung

Um die Wechselwirkung zwischen die Anode und die Elektronen interpretieren zu können, muß man an die atomare Aufbau der Anode als Kristallgitter denken. Der Abstand der Atomkerne voneinander ist einige tausend mal größer als der Kerndurchmesser selbst, so daß das Elektron tief in den leeren Raum zwischen den Kernen eindringen kann. Es wird von den positiven Kernen angezogert und deshalb auf eine Zickzackbahn gebracht. Wie man erkennt, kommt es in Kernnähe zu mehr oder weniger starker Beschleunigung des Elektrons. Ein beschleunigtes Elektron aber bildet den Ausgangspunkt (Sender) einer elektromagnetischen Welle, die im Teilchenbild eine Energie hf besitzt. Je nach dem Weg, den das Elektron zufällig nimmt, gibt es in ganz unterschiedlichen Portionen Strahlungsenergie (Photonen) ab, weshalb es an kinetischer Energie verliert, also immer langsamer wird (Strahlungsbremsung).
In der Fülle der von den vielen Elektronen des Strahls erzougten Photonen kommt jeder Bruchteil ΔE der Energie eU bzw. die dementsprechende Frequenz oder Wellenlänge vor. Trägt man die Photonenzahl (je Sekunde) über deren Wellenlänge auf, erhält man das Bremsspektrum, das die Bremsstrahlung charakterisiert. Man erkennt eine scharfe Grenze, die es an der kurzwelligen Seite hat: dabei verliert das Elektron seine Gesamtenergie eU auf einmal und setzt sie in ein Photon hf, um.
Diese Grenzwellenlänge wird durch das Duane–Hunt-Gesetz angegeben:

\[eU = hf = hc/\lambda\]

Neben der Bremsstrahlung zeigt eine Röntgenröhre ein Linlenspektrum, welches sich dem kontinuierlichen Bremsspektrum überlagert. Es verdankt sein Zustandekommen der Elektronenhülle der Atome des Anodenmaterials. Durch Zusammenstoß von Elektronen des Elektronenstrahls mit Hüllenelektronen
entstehen freie Plätze auch auf dem tiefsten Energieniveau (K-Schale). Werden Ietztere von Hüllenelektronen mit höherem Energienivenu besetzt, kommt es zur Ausstrahlung von Photonen, deren Frequenz oder Wellenlänge genau dieser Energiedifferenz entspricht. Es entstehen einzelne Spektrallinien. Da die möglichen Energiedifferenzen von der Ordnungszahl des Anodenmaterials abhängen, wird das Linienspektrum auch charakteristisches Spektrum genannt.