Big Bang 7, Schulbuch

32 RG 7.1 G 7.1 Kompetenzbereich Elektromagnetische Wellen Info: Röntgenquant Die Schwächung der Röntgenstrahlung in Materie durch Absorption und Streuung ist etwa proportional zur 4. Potenz der Ordnungszahl ( Z 4 ). Elemente wie Wasserstoff ( Z = 1), Kohlenstoff (6), Stickstoff (7) oder Sauerstoff (8) schlucken die Strahlung kaum. Knochen und Zähne mit ihrem hohen Anteil an Calcium ( Z = 20) absorbieren Röntgenstrahlen aber sehr gut und erscheinen auf den Bildern daher dunkler. Auch die starke Absorptionsfähigkeit von Blei ( Z = 82) ist auf dessen hohe Ordnungszahl zurückzuführen. Will man Magen und Darm sichtbar machen, muss man ein Kontrast- mittel mit hoher Absorptionsfähigkeit schlucken. Unter Computertomographie (CT) versteht man ein rechner- gestütztes Verfahren, um dreidimensionale Röntgenbilder zu erzeugen. Dieses Verfahren ähnelt zwar PET und MRT, darf aber nicht mit diesen verwechselt werden! Mittels CT lassen sich komplizierte Knochenbrüche perfekt darstellen, aber auch Mumien im Sarkophag (Abb. 30.18). Auf Flughäfen spielen Röntgenstrahlen wegen der immer stärker werdenden Sicherheitsmaßnahmen eine große Rolle. Neben der „normalen“ Kontrolle des Gepäcks gibt es eine Technik für Personen, die man Backscatter (engl. für Rückstreuung) nennt – es handelt sich dabei also um ein Rückstreuröntgen. Man verwendet weiche Röntgenstrah- lung, die die Kleidung durchdringt, aber vom Körper und auch von Kunststoffen reflektiert wird (Abb. 30.19). Weil die Personen aber wie nackt aussehen, erfolgt die Überprüfung aus ethischen Gründen maschinell. Gammastrahlung ( γ -Strahlung) ist intensiver als Röntgen. Sie gehört zu den radioaktiven Strahlen und entsteht, wenn Nukleonen im Kern in einen energetisch tieferen Zustand übergehen. Die überschüssige Energie wird in Form eines oder mehrerer γ -Photonen abgegeben. Salopp gesagt han- delt es sich dabei um Quantensprünge der Nukleonen. Abb. 30.18: Der Sarkophag (unten) wurde mit einem CT gescannt (oben), ohne dass er dabei geöffnet wer- den musste. Abb. 30.19: Reflexi- onsröntgen findet auch Plastikpistolen, lässt aber Leute nackt aussehen. Gammastrahlen können auch unter bestimmten Bedingun- gen bei kosmischen Ereignissen auftreten, etwa bei Super- novaexplosionen oder Kollisionen von Neutronensternen. Zusammenfassung Röntgenstrahlen spielen vor allem in der Medizin und in der Sicherheitstechnik eine nicht wegzudenkende Rolle. Gammastrahlen gehören zu den radioaktiven Strahlen und sind die energiereichsten EM-Wellen, die es überhaupt gibt. Röntgenquant Im Rahmen der Quantenmechanik kann man sehr gut verstehen, warum hohe Spannungen – und somit härteres Aufprallen der Elektronen – die Frequenz der Strahlung er- höhen. Die Energie des Röntgenphotons kann maximal so groß sein wie die Bewegungsenergie des Elektrons: E = hf ≤ 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! Klar, dass man den Rest des Körpers bei Aufnahmen mit einem Bleischurz schützt! i Z Energieübertragung durch EM-Wellen Was versteht man bei einer Digitalkamera unter dem „Weißabgleich“? Besorge dir Informationen dazu. Nimm an, die Leuchtstoffröhre einer Reklame leuchtet blau. Hat sie eine Temperatur von 10.000K? L Was versteht man unter der Ultraviolettkatastrophe? Was hat diese mit dem Strahlungsgesetz zu tun? L Das Universum ist ein fast perfekter schwarzer Strahler, aber Gott sei Dank kein perfekter. Warum? L Das Strahlungsmaximum der Sonne ist bei grünem Licht. Wieso sehen wir die Sonne nicht grün? L Sind Mikrowellenspeisen schlecht für die Gesundheit? Wie sieht es mit dem Energieverbrauch in Vergleich mit einem E-Herd aus? L Eine Auto fährt mit 150 km/h. Wie groß ist die Fre- quenzänderung, wenn die Radarwelle eine Frequenz von 2 · 10 9 Hz hat? Lies nach in „Big Bang 6“, S. 64. L 30 F20 W1 F21 E1 F22 E1 F23 E2 F24 E2 F25 E1 F26 W1 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv