Röntgenstrahlung Röntgenstrahlung, wie man sie z. B. von Röntgenaufnahmen von Zähnen (49.1) oder der Durchleuchtung des Gepäcks am Flughafen (49.2) kennt, besitzt eine größere Frequenz als UV-Strahlung. Aufgrund des Zusammenhangs E = h·f hat sie daher auch mehr Energie. Dadurch verändert sich die Art der Wechselwirkung mit Materie. Je energiereicher die Röntgenstrahlung ist, desto durchdringungsfähiger ist diese (z. B. bei menschlichem Gewebe). In einer Röntgenröhre nützt man die beim Abbremsen geladener Teilchen auftretende Strahlung. In einem evakuierten Glaskolben emittiert eine Glühkathode Elektronen (49.3). Zwischen der Kathode und der gegenüberliegenden Anode wird Spannung angelegt. Dadurch werden die Elektronen auf rund 100 000 km/s beschleunigt. Beim Auftreffen auf die Anode, die aus einem schweren Metall mit großer Kernladungszahl (z. B. Wolfram) besteht, werden die Elektronen abgebremst. Die durch das Abbremsen frei werdende Energie wird als „Bremsstrahlung“ abgegeben. Sie tritt seitlich aus der Röhre aus. Die Wellenlänge der Röntgenstrahlung liegt zwischen 10−9 m bis 10−12 m. Je höher die Anodenspannung, desto kurzwelliger ist die erzeugte Strahlung. Röntgen in der Medizin Eine der wichtigsten Eigenschaften von Röntgenstrahlen ist ihr hohes Durchdringungsvermögen. Sie durchdringen viele Stoffe, etwa Papier, Holz oder Fleisch, fast ungeschwächt und werden vor allem von Materialien absorbiert, die chemische Elemente mit hoher Ordnungszahl enthalten. Dies ist z. B. bei Knochen der Fall, in denen Kalzium (Ordnungszahl 20) Röntgenstrahlen absorbiert. Daher erscheint in einem Röntgenbild das Knochengerüst als „Schatten“. Die Weichteile werden in verschiedenen Graustufen dargestellt. Aber auch andere Organe, wie Magen, Darm oder Lunge, können in Röntgenbildern sichtbar gemacht werden. Dazu muss der Patientin oder dem Patienten meist ein Kontrastmittel verabreicht werden. Die Röntgendiagnostik ist ein wichtiges und unentbehrliches Hilfsmittel in der Medizin. Sie ist aber nicht ungefährlich, da sie als sehr kurzwellige elektromagnetische Strahlung ionisierend wirkt und Zellen schädigen kann. Viele Pioniere der Röntgenforschung starben an Strahlenschäden. Im Strahlenschutzgesetz wird daher geregelt, welche Strahlenbelastungen zulässig sind. Röntgenaufnahmen werden sparsam eingesetzt, wobei vor allem eine Bestrahlung der Fortpflanzungsorgane zu vermeiden ist, um Erbschäden zu verhindern. Neuere Geräte erlauben die gezielte Bestrahlung einzelner Bereiche im Körper, um so die Belastung möglichst gering zu halten. Bei manchen medizinischen Anwendungen kann die Ultraschalldiagnose Röntgenaufnahmen ersetzen. Untersuche, überlege, forsche: Medizintechnik 49.1 W1 Sammle Informationen über die Funktionsweise und die unterschiedlichen Einsatzbereiche von Röntgenapparaten, Computertomografen (49.4) und Magnetresonanztomografen in Medizin und Technik und stelle die wichtigsten Informationen in einer Präsentation für deine Mitschülerinnen und Mitschüler zusammen. Untersuche, überlege, forsche: Trinkwasser – Desinfektion durch UV-Strahlung 49.2 S1 Mehr als 700 Mio. Menschen weltweit haben kein sauberes Trinkwasser zur Verfügung. Die Folge sind schwere Infektionskrankheiten. UV-Licht tötet Krankheitskeime. In Ländern mit hohem Lebensstandard wird Trinkwasser mit künstlicher UV-A-Strahlung desinfiziert. In ärmeren Regionen der Erde kann die UV-Strahlung der Sonne genutzt werden. Informiere dich über SODIS (Solar Water Disinfection) und das Gerät WADI, das ein Österreicher entwickelt hat. Überlege, welche Schritte für die Entwicklung eines kleinen robusten Geräts wie WADI notwendig sind. 49.1 Zahnröntgen 49.2 Mit Röntgenstrahlen wird das Fluggepäck kontrolliert und in unterschiedlichen Farben (hier in so genannten Falschfarben) auf einem Bildschirm dargestellt. Dadurch lassen sich z. B. Sprengstoffe erkennen. 49.3 Aufbau einer Röntgenröhre Kathode Anode Elektronenstrahl – + Röntgenstrahlen 30 – 100 kV 49.4 Person, die sich einem CT-Scan unterzieht: Die Computertomografie (CT) verwendet Röntgenstrahlen, um Querschnittsbilder des gescannten Bereichs zu erstellen. Die Person wird dabei durch die Öffnung im Scanner gefahren. Ein Computer fasst die Daten in mehreren Bildscheiben (am Monitor links) zusammen. 49 4 Elektromagnetische Schwingungen und Wellen Elektromagnetische Wellen Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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