Sexl Physik 7, Schulbuch

| 110 Röntgenaufnahmen Eine der wichtigsten Eigenschaften der Röntgenstrahlen ist ihr hohes Durchdrin- gungsvermögen. Sie durchdringen viele Stoffe, etwa Papier, Holz oder Fleisch, fast ungeschwächt und werden vor allem von Materialien absorbiert, die chemische Elemente mit hoher Ordnungszahl enthalten. Dies ist z. B. bei Knochen der Fall, in denen Kalzium (Ordnungszahl 20) Röntgenstrahlen absorbiert. Daher erscheint in einem Röntgenbild das Knochengerüst als Schattenriss. Die Weichteile werden in verschiedenen Graustufen dargestellt. Aber auch andere Organe, wie Magen oder Darm, können in Röntgenbildern sichtbar gemacht werden. Dazu muss dem Patien- ten/der Patientin meist ein Kontrastmittel verabreicht werden. Die Röntgendiagnostik ist ein wichtiges und unentbehrliches Hilfsmittel der Me- dizin. Sie ist aber nicht ungefährlich, da sie als sehr kurzwellige elektromagne- tische Strahlung ionisierend wirkt und Zellen schädigen kann. Viele Pioniere der Röntgenforschung starben an Strahlenschäden. Im Strahlenschutzgesetz wird da- her geregelt, welche Strahlenbelastungen zulässig sind. Röntgenaufnahmen sollten möglichst sparsam eingesetzt werden, wobei vor allem eine Bestrahlung der Fort- pflanzungsorgane zu vermeiden ist, um Erbschäden zu verhindern. Bei manchen medizinischen Anwendungen kann die Ultraschalldiagnose Röntgenaufnahmen er- setzen. Die Strahlenbelastung kann außerdem wesentlich reduziert werden, indem statt einer fotografischen eine elektronische Bildaufzeichnung eingesetzt wird. 110.1 Querschnitt durch das Becken mit Wirbelsäule und Hauptschlagader mittels Computertomografie. Röntgenapparate, Computertomografen oder Magnetresonanz- tomografen arbeiten mit elektromagneti- scher Strahlung in Medizin und Technik. Sammelt mit Unterstützung durch Artikel in Medien und im Internet Informationen über die Funktionsweise dieser Geräte und stellt ansprechende Präsentationen mit den wich- tigsten Informationen dazu zusammen. Röntgenstrahl Kristall Fotoplatte mit Beugungsbild 110.2 Da die Wellenlänge der Röntgenstrah- len im atomaren Bereich liegt, werden sie an den regelmäßig angeordneten Gitterebenen eines Kristalls gebeugt. Man erhält dadurch ein „Bild“ des Kristallaufbaus. Auf diese Weise haben w atson und c Rick den Aufbau der DNA entdeckt. 110.3 Die Röntgenbeugungsaufnahme eines DNA-Kristalls durch R osalind F Ranklin (1920–1958, britische Chemikerin) ermöglich- te die Entschlüsselung der DNA-Struktur. Strukturforschung Am 8. November 1895 fand c onrad w ilhelM r öntGen durch Zufall die später nach ihm benannten Strahlen mit besonders großem Durchdringungsvermögen. Doch ihre Natur vermochte er nicht zu klären. Gehen Wellen oder Teilchen von der Röntgenröhre aus? Die Wellennatur der Röntgenstrahlen wurde erstmals 1912 durch M ax von l aue in einem der wichtigsten Experimente in der Geschichte der Physik erwiesen. Die entscheidende Frage war: Sind Röntgenstrahlen Wellen und zeigen sie daher Beugungserscheinungen oder sind sie Teilchen und gibt es bei ihnen keine Beu- gung? Wären sie Wellen, müssten sie extrem kleine Wellenlängen besitzen, für die mit mechanischen Mitteln keine geeigneten Beugungsgitter herzustellen waren. Laue erkannte, dass sich dünne Kristallplättchen als natürliche Beu- gungsgitter eignen müssten, da die Abstände zwischen den Atomen von der glei- chen Größenordnung wie die von ihm vermutete Wellenlänge der Röntgenstrah- len sind. (Allerdings war bis dahin auch der Gitteraufbau von Kristallen nur eine Hypothese und nicht experimentell nachgewiesen.) Bereits das erste Experiment führte zu den gesuchten Beugungserscheinungen. Die Durchstrahlung eines Kupfersulfatkristalles lieferte regelmäßig angeord- nete Schwärzungspunkte auf einer fotografischen Platte. Man nennt dies heu- te Laue-Diagramm. Damit war sowohl die Wellennatur der Röntgenstrahlen als auch der atomare Aufbau der Kristalle nachgewiesen. Das Laue-Verfahren ist heute eines der wichtigsten Mittel zur Bestimmung, wie Atome in Festkörpern angeordnet sind. Aus dem Beugungsmuster, das sich bei der Durchstrahlung ergibt, kann man mit einigem Rechenaufwand die Lage der Atome auch in sehr komplizierten Kristallen bestimmen ( Röntgen-Struktur- analyse ), wodurch seither für Physik, Chemie und vor allem für die Biologie sehr wichtige Aufschlüsse gewonnen werden. Untersuche, überlege, forsche: Entschlüsselung der DNA 110.1 Die Geschichte der Entschlüsselung des Aufbaus der DNA gehört zu den span- nendsten Kapiteln der Wissenschaftsgeschichte. Informiere dich über die handeln- den Personen, ihre Entdeckungen und die Methoden, die sie verwendet haben. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum d s Verlags öbv