Röntgenstrahlung
Physik
Basiswissen
Sehr energiereich: Röntgenstrahlung ist eine unsichtbare elektromagnetische Strahlung. Sie besteht aus sehr energiereichen Röntgenquanten, auch Röntgenphotonen genannt. Hier werden Eigenschaften und Enstehung kurz behandelt.
Eigenschaften
Röntgenstrahlen sind eine Art sehr starkes aber unsichtbares Licht. Röntgenstrahlen durchdringen dicke Haut und Gewebe, aber nicht durch Knochen. 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.
Unterschied zur Gammastrahlung
Die Röntgenstrahlung und die Gammastrahlung überschneiden sich in weiten Bereichen ihrer Wellenlängen und Frequenzen. Während Röntgenstrahlen immer durch eine Geschwindigkeitsänderung von Elektronen entstehen (siehe unten), entsteht Gammastrahlung immer nur aus Prozessen im Atomkern. Wo die Entstehung nicht bekannt ist, etwa in der Astronomie, wird dann wahlweise eines der beiden Worte verwendet. Siehe auch => Gammastrahlung
Entstehung 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 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 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
- Im elektromagnetischen Spektrum zwischen Ultraviolett- und Gammastrahlung
- Die Übergänge zu den zwei Nachbarstrahlungsarten sind fließend.
- Photonenenergien von 5 keV bis 100 keV (Kiloelektronenvolt)
- Wellenlängen von 10 Nanometer bis etwa 250 Pikometer
- Frequenzen von 0,25 bis 60 Exahertz (10 hoch -18)
- Siehe auch => elektromagnetisches Spektrum
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.
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 Metallatome.
