Grundlagen der Röntgenstrahlung und Radioaktivität

1. Die Röntgenröhre

Eine Röntgenröhre ist eine spezielle Elektronenröhre zur Erzeugung von Röntgenstrahlen. Sie besteht in ihrer einfachsten Form aus einer Kathode und einer Anode, auf die unter Hochspannung beschleunigte Elektronen aus der Kathode aufprallen.

Röntgenstrahlung entsteht, wenn Elektronen hoher kinetischer Energie schlagartig abgebremst werden oder ihre Bewegungsrichtung ändern. Da die Röntgenstrahlung in diesen Röhren durch die Abbremsung von schnellen Elektronen an der Anode gebildet wird, nennt man die solcherart gewonnene Röntgenstrahlung auch Bremsstrahlung.

3. Bremsstrahlung und charakteristische Strahlung

Bremsstrahlung: Kontinuierliches Spektrum, die Photoenergie wird dabei von der Beschleunigungsspannung bestimmt. In der Anode werden schnelle Elektronen stark abgebremst.

Charakteristische Strahlung: Aufgrund der großen kinetischen Energie der auftreffenden Elektronen dringen diese bis in die Nähe des Atomkerns vor und heben kernnahe, fest gebundene Elektronen auf ein höheres Energieniveau. Auf den hinterlassenen freien Plätzen können schwach gebundene Elektronen nachrücken, wobei Energie in Form von Röntgenquanten frei wird, die für das Anodenmaterial charakteristisch ist.

4. Natürliche Strahlung und Radioaktivität

Die Eigenschaft von Atomkernen, sich spontan in andere umzuwandeln, wobei Energie in Form von Teilchen oder Strahlung frei wird, nennt man Radioaktivität. Die Ursache der Radioaktivität ist eine Instabilität der Kerne (Nuklide), die wiederum an einem Überschuss von Protonen oder Neutronen liegt.

5. Künstliche Strahlenexposition

Unter der künstlichen Strahlenexposition, umgangssprachlich als Strahlenbelastung bezeichnet, versteht man die aus künstlichen Strahlenquellen herrührende Strahlenexposition, der die Menschen ausgesetzt sind.

Grundbegriffe der Kernphysik

• Nukleonen: Atomkernbausteine, also jene Teilchen, aus denen Atomkerne bestehen (Protonen und Neutronen).
• Nuklid: Ein Atomkern, der eindeutig durch Massenzahl und Kernladungszahl charakterisiert ist.
• Isotope: Atomkerne eines Elements mit gleicher Protonenzahl, aber unterschiedlicher Anzahl von Neutronen.

Zerfallsarten

• Alpha-Zerfall: Kernladungszahl um 2 verkleinert, Massenzahl um 4 Einheiten verkleinert.
• Beta-Zerfall: Neutronenzahl um 1 Einheit verkleinert.
• Gamma-Zerfall: Kernladungszahl und Massenzahl bleiben gleich.

Physikalische Kennzahlen

• Ordnungszahl (Kernladungszahl): Z
• Neutronenzahl: N
• Massenzahl: A

Radioaktivität ist eine Eigenschaft des Atomkerns der radioaktiven Elemente. Die Atome dieser Elemente sind aufgrund ihrer Zusammensetzung instabil, das heißt, sie bestehen nur für eine gewisse Zeit. Dann zerfällt der Atomkern in verschiedene Einzelteile. Dabei wird Energie in Form von Strahlung freigesetzt.

Ionisierende Strahlung

Ionisierende Strahlung ist eine Bezeichnung für jede Teilchen- oder elektromagnetische Strahlung, die in der Lage ist, Elektronen aus Atomen oder Molekülen zu entfernen (meist durch Stoßprozesse), sodass positiv geladene Ionen oder Molekülreste zurückbleiben (Ionisation).