Röntgenstrahlen

Röntgenstrahlung besteht aus sehr energiereichen elektromagnetischen Wellen, deren Frequenz in etwa zwischen $3\cdot {10}^{16}$ Hz und $3\cdot {10}^{21}$ Hz liegt. Sie entsteht, wenn Elektronen hoher kinetischer Energie schlagartig abgebremst werden oder ihre Bewegungsrichtung ändern. Darüber hinaus entstehen Röntgenlinien, ähnlich wie beim Linienspektrum im sichtbaren Bereich des Lichtes, in den Hüllen der Atome. Während die Entstehung des Lichtes aber in den äußeren Gebieten der Atomhülle vonstatten geht, erfolgt die Bildung von Röntgenstrahlen in den inneren Schalen der Atomhüllen von chemischen Elementen hoher Ordnungszahlen im Periodensystem. Dazu ist es erforderlich, dass zuvor ein Elektron aus einer solchen Atomschale entfernt wird. Dies erfolgt nur bei extrem hohen Temperaturen durch den Zusammenstoß von Atomen oder wenn man das betreffende Atom von außen mit anderen Teilchen - z. B. Elektronen - beschießt. Daher gehen unter Normalbedingungen von den Atomen keine Röntgenwellen aus.

Technisch werden Röntgenstrahlen meist in speziellen Röntgenröhren erzeugt. 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. Die Bremsstrahlung besitzt einen charakteristischen Intensitätsverlauf. Sie setzt bei einer gewissen Grenzwellenlänge ein, erreicht einen Maximalwert und klingt dann bei höheren Wellenlängen allmählich ab (Bild 2). Die im Jahre 1895 von WILHELM CONRAD RÖNTGEN (1845-1923) zum ersten Mal beobachtete Röntgenstrahlung war in einer Vakuumröhre als Bremsstrahlung entstanden. Diese Strahlung führte, ähnlich wie sichtbares Licht, zur Schwärzung von Filmschichten.

Bereits frühzeitig vermutete man, Röntgenstrahlen und Licht seinen wesensgleiche physikalische Erscheinungen. Allerdings waren die beim Licht am Doppelspalt erforschten Erscheinungen wie Beugung und Interferenz zunächst nicht an Röntgenstrahlen zu beobachten. Im Jahre 1912 hatte der deutsche Physiker MAX VON LAUE (1879-1960) einen entscheidenden Gedanken. Er ersetzte die optischen Strichgitter durch natürliche Beugungsgitter. Solche natürlichen Gitter sind Kristalle, in denen die einzelnen Atome wie Beugungspunkte wirken. Auf LAUEs Vorschlag hin durchleuchteten PAUL KNIPPING (1883-1935) und WALTER FRIEDICH (1883-1968) verschiedene kristalline Materialien mit Röntgenstrahlen. Ihnen gelang die fotografische Aufnahme von Interferenzmustern der an den Kristallatomen gebeugten Röntgenstrahlung. Damit war der Nachweis erbracht, dass sich Röntgenstrahlung wie Licht verhält und damit zur elektromagnetischen Strahlung gehört.

Was Röntgenstrahlen vor allem auszeichnet, ist ihre extrem große Eindringtiefe in die verschiedensten Materialien. Sie hängt mit ihrer sehr kleinen Wellenlänge zusammen. Der menschliche Körper, aber auch verschiedene Werkstoffe, werden selbst von schwachen Röntgenstrahlen durchdrungen. Auf dieser Eigenschaft beruht die Anwendung von Röntgenstrahlen in der Medizin (Röntgen) und in der Materialprüfung.