Aufgaben: Röntgenstrahlung

Röntgenstrahlung wird in einer Röntgenröhre erzeugt.

1. a) Nenne die beiden Elektroden der Röntgenröhre.

1. b) Beschreibe in zwei bis drei Sätzen, wie die Strahlung entsteht.

Nenne drei Eigenschaften von Röntgenstrahlung.

Bei einer Röntgenaufnahme in einer Arztpraxis in Essen erscheinen Knochen hell und Weichteile dunkel auf dem Bild (Film bzw. Detektor).

Erkläre, warum Knochen auf dem Bild anders erscheinen als Weichteile.

In einer Röntgenröhre liegt zwischen Glühkathode und Anode die Spannung $60\ \text{kV}$. Die Röhre hat einen Röhrenstrom von $10\ \text{mA}$.

1. a) Berechne die elektrische Leistung der Röhre.

1. b) Erkläre, warum die Anode stark gekühlt werden muss.

Das medizinische Personal in einer Röntgenabteilung trägt Bleischürzen und verlässt den Raum während der Aufnahme.

1. a) Erkläre, warum diese Schutzmaßnahmen sinnvoll sind.

1. b) Nenne drei allgemeine Strahlenschutzregeln (Abstand, Zeit, Abschirmung) und ordne je ein Beispiel zu.

Eine Patientin erhält bei einer Zahnaufnahme eine effektive Dosis von $0{,}005\ \text{mSv}$. Die natürliche Strahlenbelastung in Deutschland beträgt im Mittel etwa $2{,}1\ \text{mSv}$ pro Jahr.

1. a) Berechne, wie vielen Tagen natürlicher Strahlenbelastung die Aufnahme entspricht.

1. b) Erkläre, warum trotz kleiner Dosis Röntgenaufnahmen nur bei medizinischer Notwendigkeit gemacht werden.

Ein Flughafen-Gepäckscanner und ein Röntgengerät in der Klinik nutzen beide Röntgenstrahlung.

1. a) Erkläre, warum man Röntgenstrahlung zur Untersuchung des Körperinneren verwenden kann, sichtbares Licht aber nicht.

1. b) Erkläre, warum Röntgenstrahlung als ionisierende Strahlung Zellen schädigen kann.

1. c) Beurteile, warum für Patienten eine einzelne Aufnahme vertretbar ist, für Personal mit täglichen Aufnahmen aber strenge Schutzmaßnahmen nötig sind.

Bei einer Röntgenröhre wird die Anodenspannung von $50\ \text{kV}$ auf $100\ \text{kV}$ erhöht, der Röhrenstrom bleibt gleich.

1. a) Beschreibe, wie sich die elektrische Leistung ändert.

1. b) Elektronen werden durch die Spannung $U$ beschleunigt und erhalten die Energie $E = e \cdot U$. Berechne die Energie eines Elektrons in eV und in J für $100\ \text{kV}$ ($e = 1{,}6\cdot 10^{-19}\ \text{C}$).

1. c) Erkläre, warum die Strahlung bei höherer Spannung stärker durchdringend („härter“) ist.

Wilhelm Conrad Röntgen entdeckte 1895 in Würzburg eine neue Strahlung, die er „X-Strahlen“ nannte. Er bemerkte, dass ein Leuchtschirm in der Nähe seiner Entladungsröhre aufleuchtete, obwohl die Röhre mit Pappe abgedeckt war.

1. a) Erkläre, welche Schlussfolgerung Röntgen aus dieser Beobachtung über die Strahlung ziehen konnte.

1. b) Beschreibe, wie sich die Entdeckung innerhalb weniger Monate auf die Medizin auswirkte.

1. c) Bewerte, warum die Gefahren der Strahlung erst später erkannt wurden.