Röntgendefinition und Eigenschaften (Röntgenstrahlung)

Röntgenstrahlen oder Röntgenstrahlung sind Teil des elektromagnetischen Spektrums mit kürzeren Wellenlängen (höhere Frequenz) als sichtbares Licht. Die Wellenlänge der Röntgenstrahlung reicht von 0,01 bis 10 Nanometer oder Frequenzen von 3 × 10¹⁶ Hz bis 3 × 10¹⁹ Hz. Dadurch wird die Röntgenwellenlänge zwischen ultraviolettem Licht und Gammastrahlen eingestellt. Die Unterscheidung zwischen Röntgen- und Gammastrahlen kann auf der Wellenlänge oder auf der Strahlungsquelle beruhen. Manchmal wird Röntgenstrahlung als von Elektronen emittierte Strahlung angesehen, während Gammastrahlung vom Atomkern emittiert wird.

Der deutsche Wissenschaftler Wilhelm Röntgen war der erste, der Röntgenstrahlen untersuchte (1895), obwohl er nicht der erste war, der sie beobachtete. Röntgenstrahlen wurden von Crookes-Röhren aus beobachtet, die um 1875 erfunden wurden. Röntgen nannte das Licht "Röntgenstrahlung", um anzuzeigen, dass es sich um einen bisher unbekannten Typ handelte. Manchmal wird die Strahlung nach dem Wissenschaftler Röntgen- oder Röntgenstrahlung genannt. Akzeptierte Schreibweisen umfassen Röntgenstrahlen, Röntgenstrahlen, Röntgenstrahlen und Röntgenstrahlen (und Strahlung).

Der Begriff Röntgen wird auch verwendet, um ein Röntgenbild zu bezeichnen, das unter Verwendung von Röntgenstrahlung erzeugt wurde, und um das Verfahren zu bezeichnen, das zur Erzeugung des Bildes verwendet wird.

Harte und weiche Röntgenstrahlen

Röntgenstrahlen haben einen Energiebereich von 100 eV bis 100 keV (Wellenlänge unter 0,2-0,1 nm). Harte Röntgenstrahlen sind solche mit Photonenenergien von mehr als 5-10 keV. Weiche Röntgenstrahlen sind solche mit geringerer Energie. Die Wellenlänge von harten Röntgenstrahlen ist vergleichbar mit dem Durchmesser eines Atoms. Harte Röntgenstrahlen haben genügend Energie, um Materie zu durchdringen, während weiche Röntgenstrahlen in Luft absorbiert werden oder bis zu einer Tiefe von etwa 1 Mikrometer in Wasser eindringen.

Röntgenquellen

Röntgenstrahlen können immer dann abgegeben werden, wenn ausreichend energiegeladene Teilchen auf Materie treffen. Beschleunigte Elektronen werden zur Erzeugung von Röntgenstrahlung in einer Röntgenröhre verwendet, die eine Vakuumröhre mit einer heißen Kathode und einem Metalltarget ist. Protonen oder andere positive Ionen können ebenfalls verwendet werden. Beispielsweise ist die durch Protonen induzierte Röntgenstrahlung eine analytische Technik. Natürliche Röntgenquellen sind Radongas, andere Radioisotope, Blitz und kosmische Strahlung.

Wie Röntgenstrahlung mit Materie interagiert

Die drei Arten, wie Röntgenstrahlen mit Materie interagieren, sind Compton-Streuung, Rayleigh-Streuung und Photoabsorption. Die Compton-Streuung ist die primäre Wechselwirkung, an der energiereiche harte Röntgenstrahlen beteiligt sind, während die Photoabsorption die dominierende Wechselwirkung mit weichen Röntgenstrahlen und energiearmen harten Röntgenstrahlen ist. Jeder Röntgenstrahl hat genügend Energie, um die Bindungsenergie zwischen Atomen in Molekülen zu überwinden. Der Effekt hängt also von der elementaren Zusammensetzung der Materie und nicht von ihren chemischen Eigenschaften ab.

Verwendung von Röntgenstrahlen

Die meisten Menschen sind mit Röntgenstrahlen aufgrund ihrer Verwendung in der medizinischen Bildgebung vertraut, aber es gibt viele andere Anwendungen der Strahlung:

In der diagnostischen Medizin werden Röntgenstrahlen zur Darstellung von Knochenstrukturen eingesetzt. Harte Röntgenstrahlung wird verwendet, um die Absorption energiearmer Röntgenstrahlen zu minimieren. Ein Filter ist über der Röntgenröhre angeordnet, um die Übertragung der Strahlung mit niedrigerer Energie zu verhindern. Die hohe Atommasse der Kalziumatome in Zähnen und Knochen absorbiert Röntgenstrahlung und lässt den größten Teil der anderen Strahlung durch den Körper gelangen. Computertomographie (CT), Fluoroskopie und Strahlentherapie sind andere Röntgendiagnosetechniken. Röntgenstrahlen können auch für therapeutische Techniken wie Krebsbehandlungen verwendet werden.

Röntgenstrahlen werden für Kristallographie, Astronomie, Mikroskopie, industrielle Radiographie, Flughafensicherheit, Spektroskopie, Fluoreszenz und zum Implodieren von Spaltvorrichtungen verwendet. Röntgenstrahlen können verwendet werden, um Kunst zu schaffen und auch um Gemälde zu analysieren. Zu den verbotenen Verwendungszwecken zählen Röntgenhaarentfernung und Fluoroskope zum Anpassen von Schuhen, die beide in den 1920er Jahren beliebt waren.

Mit Röntgenstrahlung verbundene Risiken

Röntgenstrahlen sind eine Form ionisierender Strahlung, die chemische Bindungen aufbrechen und Atome ionisieren kann. Als Röntgenstrahlen entdeckt wurden, erlitten die Menschen Verbrennungen und Haarausfall. Es gab sogar Berichte über Todesfälle. Obwohl Strahlenkrankheit weitestgehend der Vergangenheit angehört, sind medizinische Röntgenstrahlen eine bedeutende Quelle für künstliche Strahlenexposition, die 2006 etwa die Hälfte der gesamten Strahlenexposition aus allen Quellen in den USA ausmacht. Uneinigkeit besteht hinsichtlich der Dosis stellt eine Gefahr dar, zum Teil, weil das Risiko von mehreren Faktoren abhängt. Es ist klar, dass Röntgenstrahlung genetische Schäden verursachen kann, die zu Krebs und Entwicklungsproblemen führen können. Das höchste Risiko besteht für einen Fötus oder ein Kind.

Röntgenbilder sehen

Während Röntgenstrahlen außerhalb des sichtbaren Spektrums liegen, ist es möglich, das Leuchten ionisierter Luftmoleküle um einen intensiven Röntgenstrahl herum zu sehen. Es ist auch möglich, Röntgenstrahlen zu "sehen", wenn eine starke Quelle von einem dunkel angepassten Auge betrachtet wird. Der Mechanismus für dieses Phänomen bleibt ungeklärt (und das Experiment ist zu gefährlich, um es durchzuführen). Frühe Forscher berichteten, ein blaugraues Leuchten gesehen zu haben, das aus dem Auge zu kommen schien.

Quelle

Medizinische Strahlenexposition der US-Bevölkerung seit Anfang der 1980er Jahre stark gestiegen, Science Daily, 5. März 2009. Abgerufen am 4. Juli 2017.