Frage:

Wie funktioniert Röntgenstrahlung?

Antwort:

1895 entdeckte Wilhelm Conrad Röntgen bei Experimenten mit einer Kathodenstrahlröhre eine „neue Art von Strahlen“, die er selbst noch X-Strahlen nannte. Er beobachtete das Aufleuchten eines speziell beschichteten Papiers („Fluoreszenzschirm“), das sich in einiger Entfernung von der Röhre befand. Dieses Leuchten war auch noch zu erkennen, als die Kathodenstrahlröhre mit dicker schwarzer Pappe umschlossen war. Das spektakulärste Ergebnis erhielt er, als er seine Hand vor die Röhre hielt und die Knochen auf dem Schirm sehen konnte. Die verwendete Kathodenstrahlröhre besteht aus einem evakuierten Gefäß mit einer negativ geladenen Elektrode, der Kathode, und einer positiv geladenen Elektrode, der Anode. Die von der Kathode (heißer Glühdraht) ausgesendeten Elektronen werden durch das Anlegen einer hohen Spannung beschleunigt und treffen anschließend auf die Anode. Hierbei werden sowohl die beschleunigten Elektronen stark abgebremst, dabei entsteht ein Teil der Röntgenstrahlung, als auch Elektronen aus der Atomhülle des Anodenmaterials herausgeschlagen. Die Löcher in den Atomhüllen werden durch andere Elektronen aufgefüllt, wobei Röntgenstrahlung mit einer elementspezifischen Energie, die charakteristische Röntgenstrahlung, entsteht. Sie kann Materie durchdringen und wird je nach Stoffart unterschiedlich stark abgeschwächt. So können beim Durchleuchten des menschlichen Körpers vor allem Knochen sichtbar gemacht werden. Es wird die Tatsache ausgenutzt, dass das in den Knochen vorkommende Element Kalzium die Röntgenstrahlung stärker abschwächt als Elemente, aus denen das weiche Gewebe hauptsächlich besteht, nämlich Wasserstoff, Kohlenstoff, Stickstoff und Sauerstoff. Zur Bilderzeugung wird der Effekt ausgenutzt, dass bestimmte Stoffe von Röntgenstrahlung zur Lichtabgabe („Fluoreszenz“) angeregt werden.