Röntgenstrahlung

Röntgenstrahlung  Röntgenstrahlung sind elektromagnetische Wellen mit Energien zwischen 5 keV und einigen 100 keV.  Die Röntgenstrahlung wurde am 8. November 1895 von Wilhelm Conrad Röntgen entdeckt und dieser Name wurde im deutschsprachigen und fast im gesamten mittel- und osteuropäischen Raum zu seinen Ehren beibehalten.  In anderen Sprachräumen werden sie häufig X- Strahlen genannt , da W.C. Röntgen den Begriff ursprünglich selbst verwendete .  Röntgenstrahlung ist eine ionisierende Strahlung.

Erzeugung durch Elektronen: Röntgenstrahlung kann durch zwei verschiedene Vorgänge entstehen : durch starke Beschleunigung geladener Teilchen (meistens Abbremsung oder Ablenkung von Elektronen) – das ist die Bremsstrahlung, deren Spektrum kontinuierlich ist. Ebenso entsteht Sie durch hochenergetische Übergänge in den Elektronenhüllen von Atomen oder Molekülen. Das ist die charakteristische Röntgenstrahlung. Sie weist stets ein Linienspektrum auf.

Beide Effekte werden in der Röntgenröhre ausgenutzt, in der Elektronen zunächst von einer Glühwendel (Kathode) aus beschleunigt werden (dabei setzen sie keine Röntgenstrahlung frei, weil die Beschleunigung nicht groß genug ist) und anschließend auf die Anode treffen, in der sie stark abgebremst werden. Dabei entsteht Röntgenstrahlung (Bremsstrahlung, mit insgesamt rund 1 % der eingestrahlten Energie) und Wärme (rund 99 %). Elektronenstöße schlagen Elektronen aus den Schalen der Metallatome heraus. Die Löcher in den Schalen werden durch andere Elektronen aufgefüllt, wobei die Röntgenstrahlung entsteht.

Eine weitere Quelle von Röntgenstrahlung sind zyklische Teilchenbeschleuniger, insbesondere zur Beschleunigung von Elektronen. Hier entsteht, wenn der Teilchenstrahl in einem starken Magnetfeld abgelenkt und dadurch quer zu seiner Ausbreitungsrichtung beschleunigt wird, Synchrotronstrahlung, eine Art der Bremsstrahlung. Bis zu einer Maximalenergie enthält die Synchrotronstrahlung das gesamte elektromagnetische Spektrum. Bei passend gewählten Kriterien (Stärke des Magnetfeldes und Teilchenenergie) ist dabei auch Röntgenstrahlung vertreten.

Erzeugung durch Protonen oder andere positive Ionen:

Charakteristische Röntgenstrahlung entsteht auch bei Abbremsung schneller positiver Ionen in Materie . Dies wird bei Teilcheninduzierter Röntgenemission oder Protoneninduzierter Röntgenemission zur chemischen Analyse verwendet.

Ian Ortmann 9a

Spektrum der Röntgenstrahlung Röntgenröhre

Biologische Wirkung:

Die empfindliche Struktur für die Entstehung von Krebs ist die Erbsubstanz (DNS). Dabei wird von einem linearen Anstieg der Schäden mit der Dosis ausgegangen, das heißt, auch eine sehr kleine Strahlendosis birgt ein von Null verschiedenes Risiko, Krebs hervorzurufen. Dieses Risiko ist jeweils abzuwägen gegen die Vorteile der medizinischen Diagnose oder Therapie mittels Röntgenstrahlung.

Nachweis:

Lumineszenzeffekt: Röntgenstrahlen regen bestimmte Stoffe zur Lichtabgabe an („Fluoreszenz“). Dieser Effekt wird auch bei der radiologischen Bilderzeugung genutzt. Medizinische Röntgenfilme enthalten meistens eine fluoreszierende Folie, die bei Auftreffen eines Röntgenphotons Licht aussendet und die umliegende lichtempfindliche Fotoemulsion belichtet. Photographischer Effekt: Röntgenstrahlen können ebenso wie Licht fotografische Filme direkt schwärzen. Ohne eine fluoreszierende Folie wird eine etwa 10- bis 20-fach höhere Intensität benötigt. Der Vorteil liegt in der größeren Schärfe des aufgenommenen Bildes. Einzelne Röntgenphotonen werden mit Szintillationszählern oder Geigerzählern nachgewiesen.

Sichtbarkeit für das menschliche Auge:

Entgegen der weit verbreiteten gegenteiligen Überzeugung kann das menschliche Auge Röntgenstrahlung teilweise wahrnehmen. Schon kurz nach Röntgens Entdeckung 1895 berichtete Brandes von einem schwachen, blau-grauen Schein, der anscheinend im Auge selbst entstand, wenn er sich in einem abgedunkelten Raum nahe bei einer Röntgenröhre befand. Daraufhin stellte Röntgen fest, dass auch er diesen Effekt beobachtet hatte. Zuerst hatte er es für Einbildung gehalten, da der Effekt nur von der stärksten Röntgenröhre erzeugt wurde und er ihn deshalb nur einmal bemerkt hatte.

Das Wissen, dass Röntgenstrahlung mit dem bloßen, an die Dunkelheit angepassten Auge wahrgenommen werden kann, ist heute weitgehend vergessen. Der Grund dafür ist wahrscheinlich, dass der Versuch heute als unnötig gefährlich und schädlich gilt.

Anwendungsbeispiele: In der Materialphysik, der Chemie, der Biochemie, der Kristallographie und in anderen Wissenschaften wird Beugung von Röntgenstrahlen zur Strukturaufklärung im weitesten Sinne benutzt, z. B. zur Untersuchung der Textur oder zur eigentlichen Kristallstrukturanalyse.

Nico Sichert 9a