Schüler schauen in die (Röntgen)Röhre

Röntgenstrahlung, so lautete das Thema des Physikkurses Q2 von Herrn Spickermann. Grund genug für eine Exkursion zur Ruhr-Universität Bochum, wo das aktuell erworbene Wissen an echten Röntgenröhren vertieft werden konnte. Bericht dreier Teilnehmerinnen.

Unsere Vorfreude auf den Ausflug war groß, als wir erfuhren, dass der Unterricht an diesem Tag dafür ausfallen würde und die RUB über eine große Cafeteria verfüge. Also ing’s los…

Nachdem wir nach langer Suche unseren Treffpunkt an der RUB gefunden hatten – die übrigens, wie wir feststellen mussten – nicht die schönste Universität ist, folgte die Sicherheitseinweisung, um sicherzustellen, dass uns beim Experimentieren auch nichts passiert. Anschließend schalteten wir die Röntgenröhren das erste Mal ein und untersuchten mithilfe der Röntgenstrahlung, welcher Gegenstand sich in einem gelben Überraschungsei verbarg. Dieses Experiment ähnelte sehr dem Röntgen im medizinischen Bereich, wie wir es alle schon vom Arzt kennen. Um die Funktionsweise der Röntgenröhre aber noch besser verstehen zu können, wiederholte Herr Cleve von der RUB den Aufbau einer Röntgenröhre und die Erzeugung der Strahlungen.

Röntgenstrahlung ist eine elektromagnetische Strahlung mit einer bestimmten Wellenlänge (ca. 1nm bis 1pm). Sie besteht aus Photonen (= kleine geladene Teilchen) mit einer bestimmten Energie von ca. 100eV und 250keV.

Die Röntgenstrahlung entsteht, wenn Elektronen (= negativ geladene Teilchen) mit großer Geschwindigkeit auf eine sogenannte Anode aus Metall treffen. Dort wechselwirken die Elektronen ein mit dem Anodenmaterial. Dabei wird dann elektromagnetische Strahlung, also in diesem Fall Röntgenstrahlung, ausgesendet. Die Elektronen treten zuvor aus einer elektrisch beheizten Glühkathode aus (je größer der Heizstrom, desto größer die Menge der freien Elektronen). Allerdings gibt es eine sogenannte Mindestspannung von ca. 6kV, bei der erst Röntgenstrahlung entstehen kann. Davor ist keine Röntgenstrahlung messbar. Überraschenderweise zeigten unsere Messgeräte trotzdem geringe Spannungen an, doch woran lag das? Wie wir erfuhren, gibt es auf der Welt stets natürliche Strahlungen, zum Beispiel aus dem All oder aus der Erde – und sogar wir selbst geben Strahlungen ab, da beinahe alle Teilchen, eben auch die von uns Menschen, mit der Zeit zerfallen und dabei Strahlungen abgeben. Das erklärt auch, warum wir Menschen altern. Diese Strahlung ist jedoch keine Röntgenstrahlung. Die Glühkathode befindet sich meist in einem sogenannten negativ geladenen Wehneltzylinder, welcher durch Abstoßung, die durch seine negative Ladung erfolgt, dafür sorgt, dass die Elektronen einen fein gebündelten Strahl bilden. Mithilfe der Beschleunigungsspannung werden die Elektronen zur Anode hin beschleunigt. Damit die Elektronen nicht von Luftteilchen abgebremst werden, befinden sich die Röntgenröhren in hochevakuierten Glaskolben ohne Luft.

Nach dieser Wiederholung haben wir erneut Experimente durchgeführt und die Messergebnisse aufgezeichnet, um das Röntgenspektrum zu messen und herauszufinden, ob Röntgenstrahlung aus Wellen oder aus Teilchen besteht. Während unsere Untersuchungsergebnisse uns zunächst vermuten ließen, dass Röntgenstrahlung aus Wellen bestehe, widerlegten wir das schnell im darauffolgenden Versuch. Als Fazit des Tages wurden wir dann allerdings von Herrn Cleve aufgeklärt, dass die Röntgenstrahlung tatsächlich weder aus Teilchen noch aus Wellen, sondern aus dem sogenannten „Welle-Teilchen-Dualismus“ besteht.

Für uns alle war dies doch ein sehr interessanter Einblick in eine Uni und ein spaßiges Experiment an einer echten Röntgenröhre, nachdem wir für viele Wochen die Theorie durchgesprochen hatten.

Vielen Dank an Herrn Spickermann und Herrn Cleve!