Röntgenstrahldefinition und -eigenschaften (Röntgenstrahlung)

Röntgenstrahlen oder Röntgenstrahlung sind Teil des Elektromagnetischen Spektrum mit kürzeren Wellenlängen (höher Frequenz) als sichtbares Licht. Die Röntgenwellenlänge reicht von 0,01 bis 10 Nanometer oder Frequenzen von 3 × 10¹⁶ Hz bis 3 × 10¹⁹ Hz. Dadurch wird die Röntgenwellenlänge zwischen ultraviolettem Licht und Gammastrahlen eingestellt. Die Unterscheidung zwischen Röntgen- und Gammastrahlen kann auf der Wellenlänge oder der Strahlungsquelle beruhen. Manchmal wird Röntgenstrahlung als von Elektronen emittierte Strahlung angesehen, während Gammastrahlung vom Atomkern emittiert wird.

Der deutsche Wissenschaftler Wilhelm Röntgen war der erste, der Röntgenstrahlen untersuchte (1895), obwohl er nicht der erste war, der sie beobachtete. Von Crookes-Röhren, die um 1875 erfunden wurden, wurden Röntgenstrahlen beobachtet. Röntgen nannte das Licht "Röntgenstrahlung", um anzuzeigen, dass es sich um einen bisher unbekannten Typ handelte. Manchmal die Strahlung wird nach dem Wissenschaftler Röntgen- oder Röntgenstrahlung genannt. Akzeptierte Schreibweisen umfassen Röntgenstrahlen, Röntgenstrahlen, Röntgenstrahlen und Röntgenstrahlen (und Strahlung).

Der Begriff Röntgen wird auch verwendet, um ein unter Verwendung von Röntgenstrahlung erzeugtes Röntgenbild und das zur Erzeugung des Bildes verwendete Verfahren zu bezeichnen.

Die Energie der Röntgenstrahlen reicht von 100 eV bis 100 keV (unter 0,2–0,1 nm Wellenlänge). Harte Röntgenstrahlen sind solche mit Photonenenergien von mehr als 5-10 keV. Weiche Röntgenstrahlen sind solche mit geringerer Energie. Die Wellenlänge harter Röntgenstrahlen ist vergleichbar mit dem Durchmesser eines Atoms. Harte Röntgenstrahlen haben genügend Energie, um Materie zu durchdringen, während weiche Röntgenstrahlen in Luft absorbiert werden oder Wasser bis zu einer Tiefe von etwa 1 Mikrometer durchdringen.

Röntgenstrahlen können immer dann emittiert werden, wenn ausreichend energetisch geladene Teilchen auf Materie treffen. Beschleunigte Elektronen werden verwendet, um Röntgenstrahlung in einer Röntgenröhre zu erzeugen, die eine Vakuumröhre mit einer heißen Kathode und einem Metalltarget ist. Protonen oder andere positive Ionen können ebenfalls verwendet werden. Beispielsweise ist die protoneninduzierte Röntgenemission eine Analysetechnik. Natürliche Röntgenquellen sind Radongas, andere Radioisotope, Blitze und kosmische Strahlen.

Die drei Arten, wie Röntgenstrahlen mit Materie interagieren, sind: Compton-Streuung, Rayleigh-Streuung und Photoabsorption. Die Compton-Streuung ist die primäre Wechselwirkung mit harten Röntgenstrahlen mit hoher Energie, während die Photoabsorption die dominierende Wechselwirkung mit weichen Röntgenstrahlen und harten Röntgenstrahlen mit niedrigerer Energie ist. Jedes Röntgenbild hat genügend Energie, um die Bindungsenergie zwischen Atomen in Molekülen zu überwinden. Der Effekt hängt also von der Elementzusammensetzung der Materie und nicht von ihren chemischen Eigenschaften ab.

Die meisten Menschen sind mit Röntgenstrahlen aufgrund ihrer Verwendung in der medizinischen Bildgebung vertraut, aber es gibt viele andere Anwendungen der Strahlung:

In der diagnostischen Medizin werden Röntgenstrahlen verwendet, um Knochenstrukturen zu betrachten. Harte Röntgenstrahlung wird verwendet, um die Absorption von Röntgenstrahlen mit niedriger Energie zu minimieren. Ein Filter wird über der Röntgenröhre platziert, um die Übertragung der Strahlung mit niedrigerer Energie zu verhindern. Das Hoch Atommasse von Kalziumatomen in Zähnen und Knochen absorbiert RöntgenstrahlungDadurch kann der größte Teil der anderen Strahlung durch den Körper gelangen. Computertomographie (CT-Scans), Fluoroskopie und Strahlentherapie sind weitere Techniken der Röntgendiagnostik. Röntgenstrahlen können auch für therapeutische Techniken wie Krebsbehandlungen verwendet werden.

Röntgenstrahlen werden für Kristallographie, Astronomie, Mikroskopie, industrielle Radiographie, Flughafensicherheit, Spektroskopie, Fluoreszenz und implodierende Spaltvorrichtungen. Röntgenstrahlen können verwendet werden, um Kunst zu schaffen und auch um Gemälde zu analysieren. Zu den verbotenen Anwendungen gehören Röntgenhaarentfernung und Schuhanpassungsfluoroskope, die beide in den 1920er Jahren beliebt waren.

Röntgenstrahlen sind eine Form ionisierender Strahlung, die chemische Bindungen aufbrechen und Atome ionisieren kann. Als Röntgenstrahlen zum ersten Mal entdeckt wurden, erlitten die Menschen Strahlenverbrennungen und Haarausfall. Es gab sogar Berichte über Todesfälle. Während die Strahlenkrankheit weitgehend der Vergangenheit angehört, sind medizinische Röntgenstrahlen eine bedeutende Quelle für vom Menschen verursachte Krankheiten Strahlenexposition, die etwa die Hälfte der gesamten Strahlenexposition aus allen Quellen in den USA ausmacht 2006. Es besteht Uneinigkeit über die Dosis, die eine Gefahr darstellt, teilweise weil das Risiko von mehreren Faktoren abhängt. Es ist klar, dass Röntgenstrahlung genetische Schäden verursachen kann, die zu Krebs und Entwicklungsproblemen führen können. Das höchste Risiko besteht für einen Fötus oder ein Kind.

Während sich Röntgenstrahlen außerhalb des sichtbaren Spektrums befinden, ist es möglich, das Leuchten ionisierter Luftmoleküle um einen intensiven Röntgenstrahl zu sehen. Es ist auch möglich, Röntgenstrahlen zu "sehen", wenn eine starke Quelle von einem dunkel angepassten Auge betrachtet wird. Der Mechanismus für dieses Phänomen bleibt ungeklärt (und das Experiment ist zu gefährlich, um es durchzuführen). Frühe Forscher berichteten, dass sie ein blaugraues Leuchten sahen, das aus dem Auge zu kommen schien.

Die medizinische Strahlenexposition der US-Bevölkerung hat seit Anfang der 1980er Jahre stark zugenommen, Science Daily, 5. März 2009. Abgerufen am 4. Juli 2017.