Röntgenstrahlen sind eine Form von hochenergetischer elektromagnetischer Strahlung mit Wellenlängen kürzer als Ultraviolettlicht, aber länger als Gammastrahlen.
Physikalische Eigenschaften
- Wellenlängenbereich: 0,01 – 10 Nanometer (10 – 10.000 Pikometer)
- Frequenzbereich: 30 Petahertz (PHz) – 30 Exahertz (EHz) [3×10¹⁶ – 3×10¹⁹ Hz]
- Photonenenergiebereich: 100 eV – 100 keV (diagnostisch: 20–150 keV; therapeutisch: MeV-Bereich)
- Geschwindigkeit: c = 3×10⁸ m/s im Vakuum
- Keine Ladung, keine Masse – nicht durch elektrische/magnetische Felder abgelenkt.
Erzeugung in Röntgenröhren
- Bremsstrahlung (Bremsstrahlung): Elektronen abgebremst durch Zielanode (Wolfram) → kontinuierliches Spektrum. Max. Energie = Röhrenspannung (kVp).
- Charakteristische Strahlung: Elektron wirft inneres Schalen-Elektron der Anodenatome heraus → äußeres Elektron füllt Lücke → diskrete Energien (Kα, Kβ-Linien). Wolfram Kα ≈ 59 keV.
Interaktion mit Materie (Diagnostische Basis)
- Photoelektrischer Effekt: Dominant <50 keV; Hoch-Z-Materialien (Knochen, Jod, Bariumin) absorbieren stark → Kontrast.
- Compton-Scatterung: Dominant 50 keV–30 MeV; reduziert Kontrast, erhöht Dosis, verursacht Nebel.
- Kohärente (Rayleigh) Streuung: Niedrige Energie; geringer Beitrag.
- Paarerzeugung: >1,02 MeV; nicht im diagnostischen Bereich.
Klinische Energieauswahl
- Mammographie: 20–35 keV (Mo/Rh-Anoden) – Photoelektrischen Effekt für Weichteilkontrast optimieren.
- Allgemeine Röntgenaufnahme: 60–120 kVp – Balance zwischen Penetration und Kontrast.
- CT: 80–140 kVp – höher für größere Patienten, niedriger für Kontraststudien.
- Fluoroskopie: 60–110 kVp, niedrige mA, gepulst.
Sicherheitsprinzip: ALARA
As Low As Reasonably Achievable. Rechtfertigung, Optimierung, Dosisgrenzen. Diagnostische Dosen: 0,1 mSv (Thorax-Röntgen) – 10–20 mSv (Abdominal-CT). Kumulatives Risiko berücksichtigen.
Das Verständnis der Röntgenphysik ermöglicht geeignete Protokollauswahl, Dosisoptimierung und Artefakterkennung.
