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In der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts untersuchte man verstärkt den Transport elektrischer Ladungen in Gasen. Man benutzte dafür so genannte Entladungsröhren, in denen ein Vakuum herrschte (so gut es halt ging) und die folgendermaßen aufgebaut waren.
Die Kathode bestand aus einem heißen Glühdraht, welcher Elektronen produzierte. Zwischen Kathode und Anode wird eine sehr hohe Spannung angelegt, welche die Elektronen stark beschleunigt. Dazu muss man wissen, dass man damals in der Physik die Elektronen noch nicht kannte. Alles, was man sah, war, dass zwischen den beiden Elektroden ein schmaler Streifen glühte. Es war nicht klar, ob dies Teilchen oder Wellen waren. Man nannte diese Art von Strahlung \"Kathodenstrahlen\".
Röntgen, der eigentlich auf einem ganz anderen Gebiet arbeitete, wollte die gemachten Experimente selber noch mal durchführen. Vielleicht wunderte es ihn, dass sich Fotoplatten neben der Entladungsröhre leicht schwärzten und er untersuchte dies. Man führte damals die Schwärzung auf UV-Licht zurück - aber Röntgen glaubte wohl nicht an diese Vorstellung.
Also, egal ob er eine unsichtbare Strahlung vermutete oder nicht, er nahm eine einfache Änderung am bekannten Versuchsaufbau vor. Er benutzte immer noch die gleiche Röhre, die er mit einer Vakuumpumpe so luftleer wie damals möglich machte. Die Spannung, die zur Beschleunigung der Elektronen benötigt wurde, erzeugte er mit einem Funkeninduktor. Er bedeckte die Röhre nun aber völlig mit schwarzer Pappe, so dass weder normales noch UV-Licht durchkommen konnte.
Nachdem Ihr oben ein Foto vom Originalversuchsaufbau gesehen habt, werde ich den ganzen Versuch rechts noch mal skizzenhafter und hoffentlich besser verständlich darstellen.
Wieso und wie die Röntgenstrahlung bei diesem Versuch entsteht, könnt Ihr erfahren, wenn Ihr dieses Kapitel zu Ende lest.
Als plötzlich der Schirm aus fluoreszierendem Material aufleuchtete, war Röntgen sofort klar, dass es eine neue Art von unsichtbaren Strahlen gab, die durch Materie (Stoffe) durchging. Es ist nicht überliefert, was Röntgen in diesem Augenblick gedacht hat, ob er sich der historischen Bedeutung bewusst war - auf jeden Fall muss es unglaublich spannend und aufregend gewesen sein!
Dadurch, dass er die Röhre mit schwarzer Pappe abgedeckt hatte, konnte normales (für das menschliche Auge sichtbares) Licht nicht hinausdringen. Da nun trotzdem ein Schirm im Raum aufblitzte, folgerte Röntgen richtig, dass es eine unbekannte, unsichtbare Art von Strahlen geben musste.
Doch hatte er ja noch keinen blassen Schimmer, wieso und wo diese Strahlen überhaupt entstanden!! Diesen Fragen ging er in den nächsten 6 Wochen mit unbeschreiblicher Gewissenhaftigkeit nach, ohne irgendjemandem davon zu erzählen. Seiner Frau sagte er nur: \"Die anderen würden denken, ich bin total durchgedreht!\" Sogar sein Bett verlegte er in sein Labor!!!
Seine Gründlichkeit ging so weit, dass er in diesen 6 Wochen so viel über diese neuen \"X-Strahlen\" (so nannte er sie) herausfand, dass in dem folgenden Jahrzehnt, trotz massiven Aufwandes vieler Physiker, kaum neue Erkenntnisse erzielt werden konnten.
Röntgenstrahlen werden generell immer dann erzeugt, wenn Elektronen bzw. ein Kathodenstrahl auf Material trifft. Es gibt jedoch zwei verschiedene Möglichkeiten, wie bei diesem Aufprall Röntgenstrahlen entstehen können. Deswegen unterscheidet man zwischen charakteristischer Strahlung und Bremsstrahlung.
Die Erzeugung charakteristischer Röntgenstrahlung beginnt damit, dass Elektronen, die auf ein Material geschossen werden, Elektronen aus den Bahnen der Atome herausschießen.
Wenn nun ein Elektron aus seiner Bahn rausgeschossen worden ist, hinterlässt es dort ein \"Loch\". Dieses wird nun dadurch gefüllt, dass ein Elektron aus einer äußeren Schale in das Loch hineinspringt. Dabei wird Energie frei, welche sich in Form von Licht, nämlich Röntgenlicht, äußert. Dieses Licht, das immer dann auftritt, wenn ein Elektron von einer äußeren in eine innere Bahn springt, wird charakteristische Röntgenstrahlung genannt.
Wichtig ist bei dem ganzen eben beschriebenen Vorgang, dass die heranfliegenden Elektronen nur Elektronen mit gleicher oder niedrigerer Energie herausschießen können. Auch ist das Licht, das beim Nachfüllen eines Elektrons der inneren Schale erzeugt wird, energiereicher als wenn ein Loch auf einer der äußeren Schalen gefüllt wird. Es gibt also immer anderes Licht (in der Wellenlänge verschieden), abhängig davon, aus welcher Schale ein Elektron rausflog und aus welcher Schale das nachfüllende kam.
Anhand dieser Strahlung kann der Physiker auf das Material zurückschließen, auf das geschossen wurde. Das liegt daran, dass jeder Stoff anders angeordnete Schalen bzw. Energieniveaus hat und damit ein für ihn typisches Spektrum charakteristischer Röntgenstrahlung aufweist.
Röntgenstrahlen durchdringen Materie, d.h., sie werden nur selten von den Atomen absorbiert.
Röntgenstrahlen sind unsichtbar für das menschliche Auge, da sie zu kurzwellig sind (nicht mehr in dem von uns sehbaren Spektrum).
Röntgenstrahlen ionisieren Luft und Gase.
Mit Hilfe des rechten Bildes kann man diese Eigenschaft der Röntgenstrahlung ganz gut veranschaulichen. Es zeigt einen Strahl von sichtbarem weißen Licht, welches nicht das Röntgenlicht selber ist (da man das ja bekannterweise nicht sieht), sondern von ihm hervorgerufen wird. Die Röntgenstrahlung ionisiert nämlich die Luftmoleküle, und diese geben in diesem sehr stark angeregten Zustand dann Energie in Form von Licht ab.
Röntgenstrahlen sind weder durch elektrische noch magnetische Felder ablenkbar.
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