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Röntgenstrahlung


Physik


Basiswissen


Sehr energiereich: Röntgenstrahlung, früher auch X-Strahlung genannt[1] ist eine unsichtbare elektromagnetische Strahlung. Sie besteht aus sehr energiereichen Röntgenquanten, auch Röntgenphotonen genannt. Hier werden Eigenschaften und Enstehung kurz behandelt.

Eigenschaften von Röntgenstrahlung


Röntgenstrahlen sind eine Art sehr starkes aber unsichtbares Licht. Röntgenstrahlen durchdringen dicke Haut und Gewebe, aber nicht durch Knochen[3]. Damit lassen sich Photographien von Menschen machen, auf denen man nur die Knochen sieht. Röntgenstrahlung erzeugt Mutationen im Erbmaterial von Zellen. Röntgenstrahlen kommen immer von außerhalb des Atomkerns, niemals aus einem Atomkern. In der Natur entstehen Röntgenstrahlen zum Beispiel in Blitzen sowie auf fremden Himmelskörpern.

Vergleich von Röntgen- und Gammastrahlung


Im Bereich einer Wellenlänge von 10⁻¹² bis 10⁻¹² Metern Wellenlänge überscheiden sich die Röntgenstrahlung und die Gammastrahlung[4][5]. Während aber Röntgenstrahlen oft durch eine Geschwindigkeitsänderung von Elektronen entstehen (als sogenannte Bremsstrahlung) oder durch Übergänge von Elektronen in der Hülle der Atome entsteht, und nur selten in Atomkernen[6], stammt Gammastrahlung oft eindeutig aus Prozessen im Atomkern, kann aber auch als Bremsstrahlung vorkommen[7]. Siehe auch Gammastrahlung ↗

Entstehung von Röntgenstrahlung als Bremsstrahlung


Röntgenstrahlen entstehen, wenn man geladene Teilchen sehr schnell beschleunigt, ablenkt oder bremst. Man spricht von der sogenannten Bremsstrahlung. Das ist zum Beispiel der Fall, wenn man schnelle Elektronen auf Metall schießt. Die Elektronen werden beim Eindringen ins Metall abgebremst oder umgelenkt. In beiden Fällen entsteht eine sogenannte Bremsstrahlung ↗

Entstehung von Röntgenstrahlung aus der Elektronenhülle


Röntgenstrahlen entstehen auch bei Übertritten von Elektronen in den Atomhüllen. Da Röntgenquanten einen sehr hohen Energieinhalt haben, müssen die beteilgten Elektronschalen des Atoms große Energiedifferenzen aufweisen. Dies trifft vor allem auf die innersten Bahnen, nahe am Atomkern zu. Einen quantitativen Zusammenhang zwischen der Kernladungszahl eines Atoms und den ausgesandten Frequenzen entsprechender Röngtenstrahlen liefert die charakteristische Röntgenstrahlung ↗

Entstehung von Röntgenstrahlung beim K-Einfang eines Atomkern


Beim K-Einfang, auch EC-Prozess genannt, verschmilzt ein Elektron aus der K-Schale der Atomhülle mit einem Proton aus dem Atomkern. Dabei wird Röntgenstrahlung ausgesandt. Lies mehr unter K-Einfang ↗

Röntgenstrahlung in Zahlen



Röntgenstrahlung in der Kristallographie


Röntgenstrahlen werden auf eine typische Weise an Kristallgittern gestreut. Die dabei geltenden Formeln lassen Rückschlüsse auf die Struktur von Kristallen zu. In der Kristallographie werden die Abstände von Atomen in Gittern oft in Angström (Å) angegeben. Ein Angström ist so viel wie 0,1 Nanometer oder 10 hoch -10 Meter. Der Atomabstand in Gittern aber auch die Wellenlänge von Röntgenstrahlen liegt im Bereich von 0,1 bis 100 Angström. Siehe auch Kristallographie ↗

Röntgenstrahlung und Atomarten


Nicht alle Atomarten können Röntgenstrahlung aussenden. Die Energieunterschiede zwischen den Elektronenschalen beim Wasserstoff reichen dafür zum Beispiel nicht aus. Wasserstoff kann maximal ultraviolette Strahlung aussenden. Kohlenstoff hingegen kann sehr schwache Röntgenstrahlung erzeugen. Eisen und Sauerstoff hingegen erzeugen auch stärkere Strahlung. Klassischerweise benutzt man zur künstlichen Erzeugung Metalle ↗

Fußnoten


Using a mechanical trick, scientists have succeeded in narrowing the spectrum of the pulses emitted by x-ray lasers. Abgerufen am 2. November 2023. Online: https://www.mpg.de/11438024/x-ray-laser-x-ray-sources-sharp-spectrum


Man sieht das DIN EN ISO 7010 WOO3 Warnzeichen. Gunter Heim