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Lexikon der Geowissenschaften: Röntgenstrahlung

Röntgenstrahlung, X-Strahlung, elektromagnetische Strahlung im Wellenlängenbereich zwischen rund 10-8 m=10 nm bis rund 5·10-12 m=5·10-3 nm, das entspricht nach der Beziehung νλ=c (λ=Wellenlänge, c=Lichtgeschwindigkeit) einem Frequenzbereich ν zwischen rund 5·1016 Hz und rund 1020 Hz bzw. nach der Beziehung E=1,24/λ keV nm einem Energiebereich zwischen rund 100 eV und rund 200 keV. Zu größeren Wellenlängen schließt sich der Bereich des ultravioletten Lichts an, zu kleineren Wellenlängen der Bereich der γ-Strahlen. Die nach ihrem Entdecker benannten Strahlen wurden 1895 von Wilhelm Conrad Röntgen bei Experimenten mit einer Kathodenstrahlröhre durch die Fluoreszenz eines mit Bariumcyanoplatinat beschichteten Schirms beobachtet. Die bis dahin unbekannten, unsichtbaren Strahlen mit beträchtlichem Durchdringungsvermögen wurden von Röntgen vorläufig mit X-Strahlen bezeichnet. Diese Bezeichnung ist heute noch im Englischen (X-rays) gebräuchlich. Röntgen selbst hat die ungewöhnlichen Eigenschaften der X-Strahlen erforscht und beschrieben. Sie breiten sich geradlinig, auch durch eine evakuierte Röhre, aus, werden weder von magnetischen noch von elektrischen Feldern beeinflußt, sind folglich nicht elektrisch geladen. Sie durchdringen Materie, die für normales Licht undurchsichtig sind, schwärzen jedoch Photoplatten wie Licht. Gase werden durch sie ionisiert. Sie werden von Materie unterschiedlicher Dichte oder unterschiedlichen Atomgewichts unterschiedlich absorbiert. Sie entstehen in einer Kathodenstrahlröhre durch das Abbremsen einer Strahlung, die 1897 von J.J. Thomson als Elektronenstrahlen identifiziert wurde. Röntgen hat für diese Entdeckung 1901 den ersten Nobelpreis für Physik erhalten.

Das Durchdringungsvermögen der Röntgenstrahlen nimmt mit der Energie zu. Die energiereichere, kurzwellige harte Strahlung wird weniger absorbiert als die langwellige weiche Strahlung. In der Medizin werden deshalb zum Durchstrahlen harte Röntgenstrahlung verwendet. Auch in der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung, um z.B. Poren, Risse, Lunker, Einschlüsse usw. festzustellen oder Schweißnähte zu prüfen, sowie in der Mikroradiographie benutzt man harte Röntgen- oder auch γ-Strahlen. Für die Untersuchung der atomistischen Struktur von Kristallen mit Röntgenstrahlen kommt praktisch nur ein kleiner Wellenlängenbereich zwischen 0,2 nm und 0,02 nm in Betracht.

Röntgenstrahlen entstehen einmal beim Beschuß von Materie mit energiereichen Elektronen. Darauf beruht die Erzeugung in Röntgenröhren und in Drehanodengeneratoren. Andererseits emittieren freie, beschleunigte Ladungen elektromagnetische Strahlung. Dieser Effekt wird zur Erzeugung von Röntgenstrahlen in Elektronen- oder Positronen-Speicherringen ausgenützt, in denen Elektronen bzw. Positronen mit einer Energie von einigen GeV und fast Lichtgeschwindigkeit durch Magnetfelder auf einer Kreisbahn gehalten werden. Man bezeichnet die so erzeugte Strahlung als Synchrotronstrahlung.

Auch im Spektrum der Sonnenstrahlung ist ein kleiner Anteil an Röntgenstrahlung enthalten. Diese wird beim Durchgang der Sonnenstrahlung durch die Atmosphäre aber bereits in höheren Schichten (oberhalb 100 km) absorbiert.

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