Stichpunkte

Allgemein
	Röntgenstrahlen sind Elektromagnetische Wellen mit einer Photonenenergie
	"Verbergen") 1 Einordnung im elektromagnetischen Spektrum 2 Erzeugung 3 Wechselwirkung mit Materie 3.1 Biologische Wirkung 3.2 Nachweis 4 Anwendungen 5 Natürliche Röntgenstrahlung 6 Entdeckungsgeschichte 7 Literatur 8 Weblinks 9 Siehe auch: [Bearbeiten]
	die höher ist als die von ultraviolettem Licht. Inhaltsverzeichnis showTocToggle("Anzeigen"
Einordnung im elektromagnetischen Spektrum
	Die Energiebereiche der Gamma- und Röntgenstrahlen überschneiden sich in einem weiten Bereich
	Beide Strahlungsarten sind elektromagnetische Strahlung und bei gleicher Energie deshalb äquivalent
	Das Unterscheidungskriterium ist die Herkunft: Röntgenstrahlen entstehen im Gegensatz zu den Gammastrahlen nicht bei Prozessen im Atomkern sondern durch hochenergetische Elektronenprozesse
	Röntgenphotonen haben eine Energie von etwa 100 eV bis 250 keV
	wobei weiche Röntgenstrahlen die kleinste Energie und niedrigste Frequenz und die größte Wellenlänge haben
	Das entspricht einer Frequenz von etwa 3·1016 Hz bis 3·1021 Hz und einer Wellenlänge von etwa 0
	harte Röntgenstrahlen dementsprechend die größte Energie und höchste Frequenz und die kleinste Wellenlänge. [Bearbeiten]
	1 pm - 10 nm (es gibt keine einheitliche Definition der unteren Grenzwellenlänge)
Erzeugung
	Röntgenstrahlen entstehen durch starke Beschleunigung geladener Teilchen (meistens Elektronen) oder durch hochenergetische Übergänge in den Elektronenhüllen von Atomen oder Molekülen
	weil die Beschleunigung nicht groß genug ist) und anschließend auf einen Metallblock treffen
	in dem sie stark abgebremst werden (hierbei entsteht Röntgenstrahlung: Bremsstrahlung) und Elektronen aus den Schalen der Metallatome herausschlagen
	Beide Effekte werden in der Röntgenröhre ausgenutzt
	in der Elektronen zunächst beschleunigt werden (dabei setzen sie keine Röntgenstrahlung frei
	wobei Röntgenstrahlung mit einer elementspezifischen Energie entsteht (charakteristische Röntgenstrahlung)
	Die Löcher in den Schalen werden durch andere Elektronen aufgefüllt
	Eine weitere Möglichkeit Röntgenstrahlen zu erzeugen sind Teilchenbeschleuniger
	In ihnen entsteht
	das heißt quer zu seiner Ausbreitungsrichtung beschleunigt wird
	die so genannte Synchrotronstrahlung
	wenn der Teilchenstrahl ein starkes Magnetfeld passiert und dadurch abgelenkt
	Bis zu einer gewissen Maximalenergie enthält die Synchrotronstrahlung das gesamte elektromagnetische Spektrum
	bei passend gewählten Parametern (Stärke des Magnetfeldes und Teilchenenergie) ist dabei auch Röntgenstrahlung vertreten. [Bearbeiten]
Wechselwirkung mit Materie
	Der Brechungsindex von Materie für Röntgenstrahlen weicht nur wenig von 1 ab
	Dies hat zur Folge
	aus dem man Linsen für Röntgenstrahlen bauen kann
	dass es kein Material gibt
	Des weiteren werden Röntgenstrahlen bei senkrechten Einfall kaum reflektiert
	Trotzdem hat man in der Röntgenoptik Wege gefunden
	optische Bauelemente für Röntgenstrahlen zu entwickeln
	Röntgenstrahlen können Materie durchdringen
	Sie werden dabei je nach Stoffart unterschiedlich stark geschwächt
	Die Schwächung der Röntgenstrahlen ist der wichtigste Faktor bei der radiologischen Bilderzeugung
	der Koeffizient k ist etwa proportional zu Z4λ3 (Z ..
	Die Intensität des Röntgenstrahls nimmt mit der im Material zurückgelegten Weglänge d exponentiell ab (I = I0 e-kd)
	λ ..
	Ordnungszahl
	Wellenlänge)
	Die Absorption resultiert aus der Photoabsorption und der Compton-Streuung: Bei der Photoabsorption schlägt das Photon ein Elektron aus der Elektronenhülle eines Atoms
	Dafür ist eine bestimmte Mindestenergie notwendig
	steigt sie bei Erreichen der Mindestenergie abrupt auf einen Maximalwert an
	Betrachtet man die Absorptionswahrscheinlichkeit in Abhängigkeit von der Photonenenergie
	Zu höheren Photonenenergien nimmt die Wahrscheinlichkeit dann wieder kontinuierlich ab
	Wegen dieser Abhängigkeit spricht man auch von einer Absorptionskante
	Das Loch in der Elektronenhülle wird wieder durch andere Elektronen aufgefüllt
	Dabei entsteht niederenergetische Fluoreszenzstrahlung
	Außer an stark gebundenen Elektronen wie bei der Photoabsorption kann ein Röntgen-Photon auch an ungebundenen oder schwach gebundenen Elektronen gestreut werden
	Diesen Prozess nennt man Compton-Streuung
	Die Photonen erfahren durch die Streuung eine vom Streuwinkel abhängige Verlängerung der Wellenlänge um einen festen Betrag und damit einen Energieverlust
	Im Verhältnis zur Photoabsorption tritt die Compton-Streuung erst bei hohen Photonen-Energie und vor allem bei leichten Atomen in den Vordergrund. Bei der Photoabsorption und der Compton-Streuung handelt es sich um inelastische Prozesse
	bei denen das Photon Energie verliert und schließlich absorbiert wird
	Daneben ist auch elastische Streuung (Rayleigh-Streuung) möglich
	Dabei bleibt das gestreute Photon kohärent zum einfallenden und behält seine Energie
	Zusätzlich zu den genannten Prozessen ist für Photonen prinzipiell auch die Paarbildung möglich
	die nicht in den oben angegebenen Bereich für Röntgenphotonen (<250 keV) fallen. [Bearbeiten]
	Dafür sind jedoch Energien jenseits von ca 1 MeV nötig
Biologische Wirkung
	Röntgenstrahlung ist ionisierend
	sie kann dadurch Veränderungen im lebenden Organismus bis hin zu Krebs verursachen
	Diese meist unerwünschten Effekte begründen die Notwendigkeit des Strahlenschutzes
	Die empfindliche Struktur für die Entstehung von Krebs ist die Erbsubstanz (DNA)
	dabei wird von einem linearen Anstieg der Schäden mit der Dosis ausgegangen
	Dies heißt
	dass auch eine sehr kleine Strahlendosis ein Risiko birgt
	Krebs zu induzieren
	wenn auch eben ein sehr kleines Risiko. [Bearbeiten]
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 allerdings eine etwa 10-20fach höhere Intensität benötigt
	Der Vorteil liegt in der größeren Schärfe des aufgenommenen Bildes. Einzelne Röntgenphotonen werden im Geiger-Müller-Zählrohr durch die Ionisation eines Zählgases nachgewiesen. In Halbleiter-Strahlungsdetektoren erzeugen die Röntgenphotonen Elektron-Loch-Paare in der intrinsischen Zone einer in Sperrrichtung betriebenen Diode
	Dadurch wird eine kleiner Strom hervorgerufen
	dessen Stärke proportional zur Energie und Intensität der einfallenden Röntgenstrahlung ist. [Bearbeiten]
Anwendungen
	wobei v.a
	Mit Röntgenstrahlen kann der menschliche Körper durchleuchtet werden
	Knochen
	aber bei modernen Geräten auch innere Organe sichtbar werden (s.a
	Röntgen)
	aus denen die weichen Gewebe hauptsächlich bestehen
	Dabei wird die Tatsache ausgenutzt
	nämlich Wasserstoff (Z=1)
	dass das in den Knochen vorkommende Element Calcium mit Z=20 eine deutlich höhere Ordnungszahl hat als die Elemente
	Kohlenstoff (Z=6)
	Stickstoff (Z=7) und Sauerstoff (Z=8)
	Neben herkömmlichen Geräten
	die eine zweidimensionale Projektion produzieren
	die eine räumliche Rekonstruktion des Körperinneren ermöglichen
	werden auch die so genannten Computertomographen eingesetzt
	der Chemie und der Biochemie wird Streuung von Röntgenstrahlen zur Strukturaufklärung benutzt
	In der Materialphysik
	Ein bekanntes Beispiel ist die Strukturaufklärung der DNA
	Darüber hinaus kann mit Röntgenstrahlen auch die Elementzusammensetzung eines Stoffes bestimmt werden
	In einer Elektronenstrahl-Mikrosonde (beziehungsweise äquivalent im Elektronenmikroskop) wird die zu analysierende Substanz mit Elektronen bestrahlt
	worauf die Atome ionisiert werden und charakteristische Röntgenstrahlung abgeben
	Statt mit Elektronen kann auch mit Röntgenstrahlen bestrahlt werden
	Dann spricht man von Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA). [Bearbeiten]
Natürliche Röntgenstrahlung
	Auf der Erde entstehen Röntgenstrahlen in geringer Intensität im Zuge der Absorption anderer Strahlungsarten
	die von radioaktivem Zerfall und der Höhenstrahlung stammen
	Röntgenstrahlen
	weil sie durch die Atmosphäre abgeschirmt werden
	die auf anderen Himmelskörpern entstehen
	erreichen die Erdoberfläche nicht
	Um sie zu untersuchen werden Röntgensatelliten wie Chandra und XMM-Newton in eine Umlaufbahn um die Erde geschickt. [Bearbeiten]
Entdeckungsgeschichte
	Die Entdeckung der Röntgenstrahlen wird meistens Wilhelm Conrad Röntgen zugeschrieben
	der die Entdeckung der von ihm X-Strahlen (X-Rays) bezeichneten Strahlung in einer Veröffentlichung mit dem Titel "Über eine neue Art von Strahlen" bekannt gab
	Er war der erste
	Das war am 28
	Dezember 1895
	dass schon andere vor ihm Röntgenstrahlen erzeugt haben
	Es gilt aber als sicher
	In von Johann Hittorf und William Crookes entwickelten Kathodenstrahlröhren
	ohne sich aber offenbar über die Bedeutung der Entdeckung im Klaren zu sein
	die in Experimenten von Crookes und ab 1892 von Heinrich Hertz und seinem Schüler Philipp Lenard durch Schwärzung von fotografischen Platten nachgewiesen wurde
	die auch Röntgen für seine Experimente verwendete
	entsteht Röntgenstrahlung
	Auch Nikola Tesla experimentierte ab 1887 mit Kathodenstrahlröhren und erzeugte dabei Röntgenstrahlen
	veröffentlichte seine Ergebnisse aber nicht
	wusste auch Röntgen nichts davon
	Da die genannten Wissenschaftler ihre Kenntnisse nicht bekanntgaben
	als er fluoreszierendes Licht beim Betrieb der Kathodenstrahlröhre beobachtete
	Er hat die Röntgenstrahlen unabhängig entdeckt
	Zu Röntgens Berühmtheit hat sicherlich auch die Röntgenaufnahme einer Hand seiner Frau beigetragen
	die er in seiner ersten Veröffentlichung zur Röntgenstrahlung abbildete
	Diese Berühmtheit trug ihm 1901 den ersten Nobelpreis für Physik ein
	wobei das Nobelpreiskomitee die praktische Bedeutung der Entdeckung hervorhob
	1896 wurde der heutige Name erstmals eingeführt
	während in den meisten Sprachräumen (beispielsweise engl. x-rays) der alte Name geblieben ist. [Bearbeiten]
	In Deutschland hat sich die Bezeichnung Röntgenstrahlen eingebürgert
Literatur
	Ch
	RF
	riedrich: 100 Jahre RöntgenstrahlenE
	rster Nobelpreis für PhysikM
	S5
	aterialwissenschaft und Werkstofftechnik 26(11-12)
	98 - 607 (1995)
	ISSN 0933-5137 [Bearbeiten]
Weblinks
	Grundlagen der Röntgendiagnostik (http://www.rad.rwth-aachen.de/lernprogramm/grd.htm) [Bearbeiten]
Siehe auch:
	N-Strahlen Vorlage:Navigationsleiste Elektromagnetisches Spektrum da:Røntgenstråling en:X-ray es:Rayos X fr:Rayon X it:Raggi X ja:X線 ms:Sinar-X nl:Röntgenstraling no:Røntgenstråling pl:Promieniowanie X pt:Raio-X sv:Röntgenstrålning zh:X射线

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