Röntgenphysik: Frequenz, Wellenlänge, Energie & Anwendungen

Röntgenstrahlen sind ionisierende elektromagnetische Strahlung mit Wellenlängen kürzer als Ultraviolett, aber länger als Gammastrahlen.

Wichtige physikalische Parameter

Entstehungsmechanismus

In einer Röntgenröhre werden Elektronen thermionisch von einer erhitzten Kathode emittiert, durch Hochspannung (kVp) beschleunigt und treffen auf eine rotierende Wolfram-Anode. Zwei Prozesse erzeugen Röntgenstrahlen:

• Bremsstrahlung (Bremsstrahlung): Kontinuierliches Spektrum bis zur Maximalenergie = e × kVp.
• Charakteristische Strahlung: Diskrete Energien durch Ausstoß innerer Schalen-Elektronen in Zielatomen (z. B. Wolfram Kα ≈ 59 keV).

Interaktion mit Materie (diagnostische Relevanz)

• Photoelektrischer Effekt: Dominant bei niedrigen Energien / hoch-Z-Materialien (Knochen, Kontrastmittel). Hoher Kontrast.
• Compton-Streuung: Dominant bei diagnostischen Energien in Weichteilgewebe. Reduziert Kontrast, fügt Rauschen hinzu.
• Kohärente (Rayleigh-)Streuung: Geringfügig, vorwärtsgerichtet.
• Paarbildung: >1,022 MeV (nicht im diagnostischen Bereich).

Primäre Anwendungen

• Medizinische Bildgebung: Röntgen, Fluoroskopie, CT, Mammographie, DEXA.
• Sicherheitskontrolle: Gepäck, Fracht, Körperscanner (Backscatter/Transmission).
• Industrielle ZfP: Schweißnahtprüfung, Gussintegrität, Elektronik.
• Wissenschaftliche Forschung: Röntgenkristallographie, Spektroskopie, Astronomie (Chandra, XMM-Newton).

Sicherheitsprinzip: ALARA

As Low As Reasonably Achievable – jede Untersuchung rechtfertigen, Technik optimieren (kVp, mAs, Filtration, Kollimation), Abschirmung verwenden, Dosis verfolgen (DRLs).