Physikalische Soiree | Wissen

Kategorie: Elektromagnetische Strahlung

  • Strahlungsunfälle und Strahlenschutz

    Ionisierende Strahlung – „Radioaktivität“ ist schädlich, wenn sie unkontrolliert frei wird. Es gibt grundsätzlich folgende Möglichkeiten, sich vor ihr zu schützen.

    1. Vermeiden
    2. Weggehen (Abstand)
    3. Abwarten (Einige Halbwertszeiten)
    4. Abschirmen

    Besonders Unfälle in Kernkraftwerken tragen zu erhöhter Radioaktvität auch in weiter entfernten Orten bei. Zu nennen sind hier die Katastrophen von Tschernobyl und Fukoshima. Würden alle Kosten miteingerechnet, die solche Unfälle verursachen, wäre Elektrizität aus Kernkraft viel teurer.

    Strahlenschutz wird aber überall betrieben, wo auch kleine Mengen von ionisierender Strahlung benötigt wird, zum Beispiel in Krankenhäusern.

    Links: https://de.wikipedia.org/wiki/Liste_von_Unfällen_in_kerntechnischen_Anlagen und https://www.bmk.gv.at/themen/klima_umwelt/strahlenschutz.html

  • Strahlung in der Medizin

    LASER, RÖNTGEN, NUKLEARMEDIZIN, WÄRMELAMPEN, UV, DESINFEKTION

    Es gibt zwei Arten von „Strahlung“. Beide Arten transportieren Energie. Die eine Art ist eine Teilchenstrahlung (Elementarteilchen wie Elektronen oder Neutronen fliegen durch die Gegend), die zweite Art von Strahlung sind elektromagnetische Wellen, also so etwas wie Licht – und hier gibt es viele unterschiedliche Frequenzen: Radiowellen, Röntgenstrahlung, Gammastrahlung. Im weitesten Sinne könnte man auch Schall zu diesem Kapitel dazunehmen, auch durch Schallwellen kann Energie übertragen werden.

    Man kann diese Strahlung in der Medizin benützen, um etwas zu zerstören (Tumorzellen, Gallensteine) oder um zu schauen, wie viel dringt denn durch den Körper durch, und wie viel wird aufgenommen (absorbiert) – daraus kann man ein Bild anfertigen: Röntgen, Ultraschall.

    Mit Licht selbst kann man Gewebe erwärmen (Infrarotlicht), hier wird also nichts zerstört, oder mit energiereichem UV-Licht kann man Oberflächen desinfizieren (hier werden Mikroorganismen zerstört).

    Link: https://www.gesundheit.gv.at/leben/umwelt/radiokativitaet/medizin

  • Gesundheitliche Auswirkung von Strahlung

    Das einzige Problem der Strahlung ist die Energieübertragung. Strahlung überträgt Energie. Das kann gut sein – eine Katze, die sich in die Sonne legt, wird warm – oder zu viel sein: wir bekommen Sonnenbrand. Es geht noch eine Problemstufe mehr: nicht nur Sonnenbrand durch Verbrennungen, es kann auch die DNA (Erbinformation) in organischen Zellen geschädigt werden. Krebs kann entstehen. Sichtbares Licht ist noch kein großes Problem, aber der UV-Anteil ist so energiereich, dass man durch Vermeidung oder Sonnencreme sich ihm nicht zu sehr aussetzen will. Radioaktive Strahlung (ionisierende Strahlung) kann Elektronen aus der Elektronenhülle „kicken“ und auf diese Art Schaden anrichten. Es gibt Langzeitschäden durch Veränderungen am Erbgut, oder kurzzeitige Schäden bei hohen Dosen durch Hitze.

    Wann immer Strahlung nun notwendig ist – beim Röntgen zum Beispiel – wird man sie trotzdem so weit wie möglich reduzieren oder vermeiden.

    Link: https://www.bfs.de/DE/themen/ion/wirkung/wirkung_node.html

  • Strahlungsquellen

    Strahlungsquellen

    (LED, LASER, RÖNTGENRÖHRE, MIKROWELLE, UV-LAMPEN, RADIOAKTIVITÄT)

    Elektromagnetische Strahlung entsteht in Strahlungsquellen. Je nachdem, welche Frequenz die Strahlung hat, kommen dafür unterschiedliche Prozesse in Frage.

    LED: Halbleiter mit bestimmten Atomarten ganz bestimmten (diskreten) Energiestufen der beteiligten Elektronen. Ebenso beim Laser, dort spricht man von der „induzierten Emission“. In der Röntgenröhre werden Elektronen beschleunigt und plötzlich wieder abgebremst. Mikrowellen kann man in einem Magnetron erzeugen. UV-Lampen: spezielle Glühlampen oder Quecksilberdampflampen. Herkömmliche Glühlampen erzeugen viele verschiedenen Frequenzen im sichtbaren Licht, die meisten Frequenzen aber im Infrarotbereich (Wärme) – ein kontinuierliches Spektrum. Bei „Energiesparlampen“ werden meist nur wenige bestimmte Frequenzen (diskretes Spektrum) erzeugt. Eine Form von Radioaktivität sind Gammastrahlen. Die verschiedenen Strahlungen bzw. Frequenzen im elektromagnetischen Spektrum werden auch im Weltraum erzeugt und erlauben Aufschluss über Prozesse, die in Sternen, Galaxien und Molekülwolken ablaufen.

    Link: https://de.wikipedia.org/wiki/Elektromagnetisches_Spektrum

  • Wechselwirkung mit Materie

    Wechselwirkung mit Materie

    (ABSORPTION, EMISSION, TRANSMISSION, PHOTOEFFEKT, IONISIERUNG, FLUORESZENZ)

    Elektromagnetische Strahlung kann mit Materie in Wechselwirkung treten. Es wird dabei Energie übertragen. Einerseits kann Materie die Energie der Strahlung aufnehmen (Absorption), andererseits kann Materie Energie durch elektromagnetische Strahlung abgeben (Emission). Wenn sie durch Materie durchtritt kann ein Teil von ihr aufgenommen werden (Transmission) – wir sehen das etwa bei Fenstern, die nie vollständig durchlässig sind, sondern für jede Frequenz (Farbe) des Lichtes eine bestimmte Transmissionsrate haben. Das Flugzeug am Bild hat deswegen etwas eigenartige Farben, weil das Flughafenfenster nicht alle Farben gleichermaßen durchlässt. Elektromagnetische kann ab einer bestimmten Frequenz auch Atome ionisieren (ihre Elektronen aus der Hülle schleudern). Zu guter Letzt sprechen wir von Fluoreszenz, wenn Materie Strahlung spontan wieder abgibt, nachdem es sie zuvor aufgenommen hat.

    Link: https://de.wikipedia.org/wiki/Fluoreszenz

  • Spektralanalyse

    Spektralanalyse

    Licht wird in der Hülle von Atomen erzeugt. Je nach dem, welche Energiestufen das Elektron überspringt, wird ein Lichtstrahl mit einer bestimmten Frequenz (Farbe) ausgesendet (emittiert). Das kann man auch umgekehrt sehen: je nachdem welche Frequenz (Farbe) ein bestimmtes Atom in seiner Hülle aufnimmt (absorbiert), lässt Rückschlüsse auf die Energiestufe und damit auf die Atomart selbst zu.

    Das hat zwei Konsequenzen: analysiert man die Zusammensetzung, das Lichtspektrum einer Energiequelle, kann man Rückschlüsse auf die Atomarten ziehen, die es hervorbringen. Und analysiert man von einem bekannten, vollständigen „Regenbogenspektrum“, was fehlt, wenn es durch Materie tritt, lässt das wiederum durch die Analyse von dem, was fehlt, auf die Atomart zu. Stichwort: „Die fehlenden Farben der Sonne“ – Link: Fraunhofer-Linien.

    Link: https://de.wikipedia.org/wiki/Spektroskopie

  • Atome als Quellen von Licht

    Woher kommt das Licht? Es kommt aus Atomen. Wo genau – oder durch welchen Mechanismus? Entsteht es im Atomkern? Oder entsteht es in der Hülle?

    Licht entsteht durch Elektronen in der Hülle des Atoms. Normalerweise befinden sie sich im energetischen Grundzustand. Erhalten sie – aus welchen Gründen auch immer – Energie, springen sie in einen angeregten Zustand. Dort bleiben sie aber nicht, sondern sie fallen in den Grundzustand zurück und geben dabei die Energie in Form eines Lichtquants ab. Dieses Lichtquant hat eine bestimmte Farbe – jene, die genau zu dieser Energiedifferenz der beiden Zustände entspricht.

    So verschwindet auch Licht – es kann durch Elektronen absorbiert werden, die in einen angeregten Zustand kommen.

    Link: https://de.wikipedia.org/wiki/Photon