Anwendungen der Atomphysik

Atomphysik

Anwendungen der Atomphysik

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Gegen Ende des 19. Jahrhunderts erhielt die Medizin mit der Entdeckung der Röntgenstrahlen ein mächtiges Hilfsmittel für die Diagnose. Die Technik wurde über die Jahrzehnte verfeinert, so dass insbesondere die Strahlenbelastung bei einer Röntgenaufnahme deutlich reduziert werden konnte. Auch heute noch zählen Röntgenaufnahmen bei den bildgebenden Verfahren zu denjenigen mit sehr hoher Auflösung. Das heißt, dass schon kleinste Strukturen wie zum Beispiel feinste Einrisse am Knochen zu erkennen sind.

Wilhelm Conrad Röntgen entdeckte 1895 die nach ihm benannten Strahlen. Im Jahre 1901 bekam er dafür als Erster den Nobelpreis für Physik.
Links oben ist die durchstrahlte Hand von Röntgens Frau dargestellt. Man kann deutlich den metallischen Ring an einem Finger erkennen.
Das Prinzip einer Röntgenaufnahme ist einfach:
Die durchstrahlte Materie absorbiert die Röntgenstrahlung, und zwar je nachdem, ob es sich um Gewebe, Organe oder Knochen handelt unterschiedlich stark. Der hinter der durchstrahlten Person befindliche Schirm wird dann unterschiedlich stark geschwärzt und man kann z.B. Knochen oder ein künstliches Hüftgelenk (aus Metall) als helles Objekt auf dem Schirm erkennen.


Röntgenbild einer künstlichen Hüfte

Die Absorption der Röntgenstrahlung hängt von verschiedenen Faktoren ab, wie dies in der folgenden Tabelle dargestellt ist:


Röntgeninstitut um 1912


modernes Röntgengerät

Zwar hat sich in mehr als hundert Jahren einfacher Röntgendiagnostik das Grundprinzip nicht verändert, jedoch hat sich durch vielerlei Maßnahmen die Qualität der Bilder stark verbessert und die Strahlenbelastung erheblich verringert.

Die Dosis1 für eine Röntgenaufnahme der Lunge in einer Ebene beträgt heute etwa 0,2 mSv (vgl. Dosiseinheiten - Kernphysik). Anfang des Jahrhunderts war die Dosis für solch eine Aufnahme etwa das 500fache. Die Belichtungsdauer für die Hand von Frau Röntgen (oberes Bild) war etwa 20 Minuten, heute sind 60 Aufnahmen pro Sekunde möglich. Trotzdem besagen Schätzungen, dass in der BRD jährlich mehr als 3000 Krebstote aufgrund der künstlichen Strahlenbelastung zu beklagen sind.

Ein sehr großer Fortschritt in der Dosisreduktion gelang durch die sogenannten Film-Folien-Systeme:
Der Röntgenfilm wird dabei zwischen zwei "Verstärkerfolien" gepackt. Diese wandeln das Röntgenlicht in sichtbares Licht um und führen so zu einer stärkeren Schwärzung des Röntgenfilms. Aus diese Weise kommt man mit einer geringeren Strahlung aus.
Neuerdings werden auch "Speicherfolien" benutzt. Diese bestehen aus kleinen Kristallen, welche die Intensität der Strahlung speichern. Nach dem Auslesen der Information der Speicherfolie kann diese wieder benutzt werden, eine Filmentwicklung ist hierbei nicht mehr notwendig.

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Unter der Dosis versteht man die "Strahlungsenergie", die dem durchstrahlten Körperteil durch eine Röntgenaufnahme zugeführt wird. Die Einheit der Dosis ist das Sievert (Sv).

Ein Nachteil der konventionellen Röntgenaufnahmen ist, dass auf den Röntgenbildern sämtliche Organe und Objekte, durch die die Strahlen hindurch gegangen sind, übereinander abgebildet werden. Dabei ist die Schärfe der Organe bzw. Objekte auf dem Röntgenfilm unabhängig davon, ob sie nahe am Röntgenfilm liegen oder von ihm weiter entfernt sind. Bei einer Lungenaufnahme beispielsweise sind sowohl die Wirbelsäule als auch die Schlüsselbeine scharf abgebildet. Aus einer Aufnahme lässt sich hierbei nicht sicher feststellen was vorne oder hinten im Körper liegt.

Liegt ein interessierendes Objekt, das nicht sehr stark absorbiert gerade hinter oder vor einem stark absorbierenden Knochen, so kann man kaum Aussagen über dieses Objekt aus der konventionellen Röntgenaufnahme ableiten.

Einen wesentlichen Fortschritt brachte die seit ca. 1972 eingeführte Röntgen-Computertomographie.

Hinweis: Physics 2000 bietet hier in deutscher Sprache eine schöne interaktive Seite über RÖNTGEN-Strahlen.

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