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Röntgenstrahlung – Entdeckung und Eigenschaften

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Die Autor*innen
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Physik-Team
Röntgenstrahlung – Entdeckung und Eigenschaften
lernst du in der Oberstufe 7. Klasse - 8. Klasse - 9. Klasse

Röntgenstrahlung – Entdeckung und Eigenschaften Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Röntgenstrahlung – Entdeckung und Eigenschaften kannst du es wiederholen und üben.
  • Gib die Entdeckungsgeschichte der Röntgenstrahlung wieder.

    Tipps

    Die Röntgenstrahlung kennst du aus dem Krankenhaus.

    Falls du auch schon einmal einen Knochenbruch hattest, wurdest du bereits mit Röntgenstrahlung durchleuchtet.

    Lösung

    Die Röntgenstrahlung kennen wir aus dem Krankenhaus. Sie ist in der Lage, die Knochen unseres Körpers sichtbar zu machen. Auch jeder andere harte Gegenstand in unserem Körper kann sichtbar gemacht werden. Selbst Kaiser Wilhelm der II unterzog sich bereits einer Röntgenuntersuchung.

    Anfangs war es sehr besonderes in seinen Körper zu schauen und man war sich der damit verbundenen Gefahr nicht bewusst. Heutzutage lässt man sich nicht mehr zum Spaß röntgen, sondern nur noch, wenn es einen medizinischen Anlass gibt.

  • Nenne die Eigenschaften der Röntgenstrahlung.

    Tipps

    Röntgenstrahlung wird im Krankenhaus eingesetzt, um Knochen und Kalkablagerungen im Körper sichtbar zu machen.

    Nur die Gammastrahlung kann ebenso in den Körper eindringen.

    Lösung

    Die Röntgenstrahlung kann wegen ihrer Eigenschaften sinnvoll in der Medizin eingesetzt werden. Hierbei werden sowohl das Durchdringungsvermögen als auch das Ionisationsvermögen der Strahlung genutzt.

    Besonders die Fähigkeit, elektronenarmes Gewebe zu durchdringen und elektronenreiches Gewebe nicht zu durchdringen, macht durch die Ionisation die Bildgebung erst möglich.

    Diese Eigenschaften besitzt die Strahlung, da sie sehr kurzwellig und energiereich ist. Nur Gammastrahlung ist noch energiereicher und kurzwelliger.

  • Erkläre, warum genau solch ein Bild bei einer Röntgenuntersuchung entsteht.

    Tipps

    Das Röntgenbild verhält sich wie ein Fotopapier, es wird dort geschwärzt, wo Licht darauf fällt.

    Die Röntgenstrahlung kann wegen ihrer Eigenschaften in der Medizin eingesetzt werden. Hierbei werden sowohl das Durchdringungsvermögen als auch das Ionisationsvermögen der Strahlung genutzt.

    Lösung

    Die Röntgenstrahlung kann wegen ihrer Eigenschaften in der Medizin sinnvoll eingesetzt werden. Hierbei werden sowohl das Durchdringungsvermögen als auch das Ionisationsvermögen der Strahlung genutzt.

    Besonders, dass die Röntgenstrahlung einige Materialien durchdringen kann und andere wiederum nicht, ist für die Bildgebung entscheidend. Das Bild wird schließlich durch die ionisierende Wirkung der Strahlen bewirkt, da sie an den Stellen, an denen sie auf die Folie treffen, diese schwärzen. Weiterhin werden sowohl der Patient als auch der Arzt durch Bleischürzen vor der Strahlung geschützt.

    Die Bleischürze darf den Bereich, der durchleuchtet werden soll, aber natürlich nicht abdecken.

  • Berechne, wie viel Restintensität bei einer Röntgenuntersuchung noch das Röntgenbild erreicht.

    Tipps

    Die Intensität $I_0$ beträgt 100 %, dies entspricht $41\,\dfrac{keV}{s\,\cdot\,cm^2}$.

    Lösung

    Die Intensität $I_0$ beträgt 41 keV, das entspricht 100%.

    Wir nutzen die Gleichung:

    $I=I_0\,\cdot\,e^{-\mu\,\cdot\,x}$

    dabei ist $I$ die zu bestimmende Intensität, $I_0$ die Ausgangsintensität, $\mu$ der Absorptionskoeffizient und $x$ die Schichtdicke.

    Nun setzen wir jeweils die Werte für Knochen und für das Gewebe ein.

    $I_K=I_0\,\cdot\,e^{-\mu_K\,\cdot\,x}= 41000\,\dfrac{eV}{s\,\cdot\,cm^2}\,\cdot\,e^{-0,999\,\dfrac{1}{cm}\,\cdot\,5\,cm}\approx 277,64\,\dfrac{eV}{s\,\cdot\,cm^2}$

    $I_G=I_0\,\cdot\,e^{-\mu_G\,\cdot\,x}= 41000\,\dfrac{eV}{s\,\cdot\,cm^2}\,\cdot\,e^{-0,270\,\dfrac{1}{cm}\,\cdot\,10\,cm}\approx 2755,42\,\dfrac{eV}{s\,\cdot\,cm^2}$

    Dann berechnen wir die prozentualen Verhältnisse:

    $\frac{I_K}{I_0}=\dfrac{277,64\,\frac{eV}{s\,\cdot\,cm^2}}{41000\,\frac{eV}{s\,\cdot\,cm^2}}\approx\,1\,\%$

    $\frac{I_G}{I_0}=\dfrac{2755,42\,\frac{eV}{s\,\cdot\,cm^2}}{41000\,\frac{eV}{s\,\cdot\,cm^2}}\approx\,7\,\%$

    Eigentlich müsste die Strahlung aber zunächst 2,5 cm Gewebe durchdringen, dann den Knochen und im Abschluss nochmals 2,5 cm Gewebe. Damit würden dann lediglich 0,176% den Körper durchdringen.

    Die komplette restliche Energie wird vom Körper absorbiert. was bei vereinzelten Röntgenuntersuchungen nicht schädlich ist.

  • Nenne das Absorptionsgesetz.

    Tipps

    Beim Absorptionsvermögen wird die Intensität gemessen.

    Lösung

    Das Absorptionsgesetz gibt an, wie stark die Intensität durch das Material reduziert wird. Dabei ist $I(X)$ die Intensität in Abhängigkeit zur Materialdicke $x$. $I_0$ ist die Ausgangsintensität und $\mu$ ist eine Materialkonstante.

  • Erkläre, ob man einen Röntgenpass benötigt.

    Tipps

    Die meisten Krankenkassen plädieren für den Röntgenpass.

    Die Knochen sind für die Röntgenstrahlung nicht durchlässig, sie absorbieren die Strahlung.

    Lösung

    Der Röntgenpass wurde offiziell eingeführt. Das liegt vor allem daran, dass relativ häufig auch in der Nähe des Kopfes geröntgt wurde, nämlich bei den Zahnärzten. Dadurch baut sich besonders im gehirnnahen Bereich eine Energiedosis auf, die zu Schädigungen führen kann. Daher ist es wichtig, auf unnötige Röntgenaufnahmen zu verzichten und hier auch als Patient darauf hinzuweisen, wann die letzte Aufnahme gemacht wurde.