Big Bang HTL 3, Schulbuch

86 Ausgewählte Kapitel der klassischen Physik (III. Jg., 5. Sem.) 9.4 X-Strahlen durch den Sarkophag Röntgen- und Gammastrahlung Hier geht es um die EM-Wellen mit der höchsten Energie: Röntgen- und Gammastrahlung. W ILHELM C ONRAD R ÖNTGEN entdeckte die nach ihm benannten Strahlen 1895 zufällig, als er mit energiereichen Elektronen einer Kathodenstrahlröhre arbeitete. Dabei bemerkte er, dass einige Meter entfernt ein speziell beschichtetes Papier fluoreszierte. Nach umfangreichen Experimenten kam er zum Schluss, dass das Leuchten durch eine neue Art von Strahlen ver- ursacht wurde, die von der Röhre ausgingen. Er nannte sie X-Strahlen. Diese waren in der Lage, die meisten Substan- zen mühelos zu durchdringen. Dass man mit ihnen durch Ozonloch Als Ozonloch wird die seit Ende der 1970er be- obachtete Abnahme der Ozonschicht bezeichnet, die sich ab etwa 20 km über der Erdoberfläche befindet (Abb. 9.16). Der Abbau des Ozons (O 3 ) wird vor allem durch die vom Menschen in die Atmosphäre gebrachten Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) verursacht. Die Ozonschicht absorbiert einen großen Teil des UV-Lichts der Sonne, vor allem den gefährlichen UV- C-Anteil (siehe Tab. 9.1, S. 85). Ihre Ausdünnung lässt mehr UV-Licht auf die Erde gelangen, und das hat negative Fol- gen für Mensch und Umwelt ( F15 ). i Abb. 9.16: Das Ozonloch über der Antarktis (2015) Warum kann man mit Röntgenstrahlen den Körper durchleuchten? Wieso kann man damit Knochen, aber keine Weichteile darstellen? Was ist ein Kontrastmit- tel? Warum verwendet man zum Abschirmen Blei? Was versteht man unter einer Computertomographie (CT)? Superman ist super und kann mit seinem Röntgen- blick durch Wände sehen. Warum geht das in Wirklich- keit nicht? L Was versteht man unter der Ordnungszahl (Z)? Was versteht man unter α -, β - und γ -Strahlung? F17 A2 F18 A2 F19 A1 den eigenen Körper schauen kann (Abb. 9.17), machte Röntgenstrahlen zur populärsten physikalischen Ent- deckung ihrer Zeit. 1901 bekam Röntgen den ersten Physiknobelpreis verliehen. Wie und warum entstehen Rönt- genstrahlen? So wie alle ande- ren EM-Wellen durch beschleu- nigte Ladungen ! Je stärker die Beschleunigung, desto stärker die Knicke in den Feldlinien und desto höher die Energie der Strahlung. In der Praxis be- schleunigt man Elektronen durch sehr hohe Spannungen und lässt sie dann aufprallen (Abb. 9.17 links). Dadurch werden sie sehr stark negativ beschleunigt. Die stärkste Ab- strahlung erfolgt unter 90° zur ursprünglichen Bewegungsrich- tung, weil dort die Feldlinien am stärksten verzerrt werden (Abb. 9.18). Info: Röntgenquant Abb. 9.17: Links: Aufbau einer Röntgenröhre und wie man damit fotografiert Rechts: Eine der ersten Röntgenauf- nahmen der Welt Abb. 9.18: So entstehen durch den Aufprall Röntgenstrah- len. Diese Abbildung ist die Umkehrung von Abb. 7.7, S. 68. Röntgenquant Im Rahmen der Quantenmechanik kann man sehr gut ver- stehen, warum hohe Spannungen und somit härteres Auf- prallen der Elektronen die Frequenz der Strahlung erhöhen. Die Energie des Röntgenphotons kann maximal so groß sein wie die Bewegungsenergie des Elektrons : E = h f ≤ eU . Das bedeutet f max = eU / h und λ min = c / f max . 30 kV („weich“): f max = 7,3 · 10 18 Hz λ min = 41 · 10 –12 m 250 kV („hart“): f max = 6,0 · 10 19 Hz λ min = 5,0 · 10 –12 m Selbst bei „weicher“ Röntgenstrahlung ist λ min nur halb so groß wie die kleinsten Atome (≈ 80 · 10 –12 m) und die Photo- nenenergie rund 10.000-mal so groß wie bei sichtbarem Licht (siehe Tab. 9.1, S. 85)! Klar, dass man den Rest des Kör- pers bei Aufnahmen mit einem Bleischurz schützt! i Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv