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Grundwissen

Röntgenstrahlung

Das Wichtigste auf einen Blick

  • Größenordnung der Wellenlänge: zwischen \(1\,{\rm nm}\) und \(10\,{\rm pm}\)
  • Größenordnung der Frequenz: von \(3\cdot 10^{17}\,{\rm Hz}\) bis \(3\cdot 10^{19}\,{\rm Hz}\)
  • Anwendungen: Röntgengeräte, Computertomographen
Abb. 1 Einordnung von Röntgen- und Gammastrahlung ins elektromagnetische Spektrum

Der Bereich der Röntgenstrahlung reicht von Wellenlängen mit \(1\,\rm{nm}\) bis zu Wellenlängen von \(30\,\rm{pm}\). Bei noch kürzeren Wellenlängen, bzw. höheren Energien geht die Röntgenstrahlung fließend in den Bereich der Gammastrahlung über.​

 

CC0 Wilhelm Conrad RÖNTGEN
Abb. 2 Röntgenaufnahme der Hand von Frau Röntgen mit Ehering

Röntgenstrahlung wurde erstmals 1895 von Conrad Wilhelm RÖNTGEN (1845 - 1923) bei Experimenten mit Vakuumröhren entdeckt und untersucht. Eine Woche nach der mehr zufälligen Entdeckung machte er die in Abb. 2 gezeigte Aufnahme der Hand seiner Frau, bei der man deutlich die Knochen und denn Ehering erkennt. Er nannte die Strahlung "X"-Strahlung, wie sie auch heute noch im Englischen genannt wird ("X-Ray"). Nur im deutschsprachigen Raum gab man ihrem Entdecker zu Ehren den Namen Röntgenstrahlung.

 

Abb. 3 Röntgenaufnahme vom menschlichen Körper.

Röntgenstrahlung wird wegen ihres guten Durchdringens des Körpers in der Diagnostik verwendet, zum Beispiel um Knochenbrüche oder Verschleißerscheinungen in Gelenken zu untersuchen (Abb. 3). Auch beim Zahnarzt kommen Röntgenstrahlen zum Einsatz: Die Röntgenstrahlung durchdringt das weichere Körpergewebe sehr gut, Knochen und Zähne absorbieren dagegen die meiste Strahlung. Dadurch entstehen Schatten, die man gut abbilden kann.

CC0 NASA
Abb. 4 Röntgendetektor für den Einsatz in einem Satelliten.

So gut Röntgenstrahlung unseren Körper durchdringt, so wird sie doch durch die Luftschichten unserer Atmosphäre absorbiert. Dies ist sehr gut für unsere Gesundheit, da wir dadurch durch die kosmische Röntgenstrahlung nicht geschädigt werden. Röntgenaufnahmen von astronomischen Projekten sind aber vom Erdboden nicht machbar. Deshalb werden die aufwendigen Röntgendetektoren, mit Satelliten aus der Atmosphäre heraus gebracht, damit man von deren Umlaufbahn das Weltall mit Röntgenaugen beobachten kann.

CC0 NASA
Abb. 5 Röntgenaufnahme der Erde von einem Satelliten aus.

Ein Röntgenbild unserer Erde zeigt deutlich starke Röntgenemission im Polarbereich. Diese stammt von Röntgenstrahlung, die beim Eintreten der das Polarlicht verursachenden von der Sonne kommenden schnellen Protonen und Elektronen in der Ionosphäre entsteht. Dass dies nur in den Polarregionen geschieht hängt mit der abschirmenden Wirkung des Erdmagnetfeldes zusammen. Diese Röntgenstrahlung ist für uns nicht gefährlich, da sie von tieferen Luftschichten der Atmosphäre absorbiert wird.

CC0 NASA
Abb. 6 Aufnahme der Sonne im Röntgenbereich.

Unsere Sonne strahlt ebenso im Röntgen-Bereich, wie die Aufnahme der Sonne in Abb. 6, die im Röntgen-Bereich vom Satelliten GOES-SXIaufgenommen wurde, zeigt. Bei Sonneneruptionen werden aus einzelnen Bereichen der Sonne vermehrt starke Röntgenstrahlen ausgesendet.

 

CC0 NASA
Abb. 7 Röntgenaufnahme des Kometen Hayutake.

Auch andere kosmische Objekte, wie z.B. Kometen geben Röntgenstrahlung ab, wie das Bild des Satelliten ROSAT (Röntgen-Satellit) in Abb. 7 zeigt.

CC0 NASA
Abb. 8 Zusammengesetzte Falschfarben-Aufnahme der Reste einer Supernova-Explosion. Rot: Sichtbares Licht. Blau: Röntgenstrahlung.

Abb. 8 zeigt die Reste einer Supernovaexplosion in der kleinen Magellan'schen Wolke. Das Bild ist eine Falschfarben-Aufnahme, die aus zwei einzelnen Bildern zusammengesetzt wurde. Blaue Farben kennzeichnen Röntgenstrahlen, rote Farben markieren den sichtbaren Bereich des Spektrums.