Röntgenstrahlung

Bei der Wellenlängenänderung von Röntgenstrahlen durch Wechselwirkung mit Materie können zusätzlich Photoeffekte und die so genannte Paarbildung den Betrag der Änderung mit beeinflussen. Von einem Photoeffekt spricht man im Allgemeinen dann, wenn der Platz des herausgeschlagenen Elektrons aus der inneren Schale durch ein anderes Elektron aus der äußeren Schale besetzt wird, wobei durch diesen Prozess eine charakteristische Röntgenstrahlung (s. o. charakteristische Strahlung) ausgesendet wird.

Die Paarbildung (auch Paarbildungseffekt) kann ebenfalls bei der Wechselwirkung zwischen Röntgenstrahlung und Materie entstehen. Bei diesem Phänomen bildet sich durch den Zusammenstoß des Photons mit einem geladenen Teilchen ein Elektron und dessen Antiteilchen, ein Positron. Der Paarbildungseffekt ist ein Beispiel für die Umwandlung reiner Energie in Materie mit endlicher Masse. Um allein für die Masse des Elektron-Positron-Paares aufzukommen, muss das Photon eine Mindestenergie von 1,22 Megaelektronevolt haben; trägt es mehr Energie, als es für die Paarbildung benötigt, geht seine Restenergie als kinetische Energie zu gleichen Teilen an das erzeugte Teilchenpaar über, wobei die Teilchen sich voneinander entfernen. Natürlich existieren Elektron und Positron nicht lange nebeneinander. Sie bilden ein so genanntes Positronium, das instabil ist und zerfällt. Bei diesem Zerfall wird eine zusätzliche Streustrahlung frei.

In der Forschung, Technik und Medizin gibt es für Röntgenstrahlen viele Anwendungsmöglichkeiten. So nutzt man Röntgenstrahlen beispielsweise in der Röntgenographie zur zerstörungsfreien Untersuchung von Werkstoffen. Die oben erwähnte Röntgenbeugung dient z. B. zur Strukturbestimmung von Kristallen neuer, im Labor hergestellter chemischer Verbindungen. Nahezu jedes Element liefert bei der Bestrahlung mit Röntgenstrahlen ein charakteristisches Spektrum (s. o. charakteristische Strahlung). Auf diesem Phänomen beruhend sind eine ganze Reihe von spektroskopischer Untersuchungsmethoden sowie Geräte entwickelt worden, wie z. B. die Röntgenemissions-, Röntgenabsorptions- und Röntgenfluoreszenzspektroskopie. Letztere nutzt man u. a. bei der Herstellung von Beton zur Kontrolle der Zusammensetzung des Endprodukts. Die Röntgendiagnostik ist in der heutigen Medizin zu einer alltäglichen Untersuchungsmethode geworden. Bekannt sind hier die Durchleuchtung (z. B. bei Verdacht auf Tuberkulose), die Röntgenphotographie und die Computertomographie (siehe Radiologie). Röntgenstrahlen setzt man außerdem in der Strahlentherapie zur Bekämpfung von Krebs ein.