Elektromagnetische Strahlung: Wie entstehen Röntgenbilder?

Röntgentechnologie

Du kennst es sicherlich vom Kinderarzt: das Röntgen. Dabei kann man das Innere von Körperteilen durchleuchten und auf den Röntgenbildern einen gebrochenen Fuß genauer ansehen. Wusstest du, dass die Daimler AG ihre Autos auch röntgt? Genius erklärt dir, was Röntgenstrahlen genau sind und wieso sie bei der Entwicklung von neuen Autos helfen können.

Die Arzthelferin führt dich in einen Raum mit einem riesigen Gerät, du bekommst eine schwere Weste an, musst ganz ruhig stehen. Die Helferin geht kurz aus dem Raum. Und dann ist es auch schon vorbei und hat gar nicht weh getan. Schon mal erlebt? Dann bist du schon geröntgt worden.

Röntgenstrahlung –Was ist das?

Röntgenstrahlen sind benannt nach Wilhelm Conrad Röntgen. Er war ein deutscher Physiker und entdeckte die Strahlen im Jahr 1895. Im Gegensatz zu Lichtstrahlen sind Röntgenstrahlen für unser menschliches Auge nicht sichtbar. Warum? Sowohl Lichtstrahlen, als auch Röntgenstrahlen sind sogenannte elektromagnetische Wellen. Der Unterschied ist, dass die Wellen der Röntgenstrahlung kürzer sind, als die Wellen des Lichts.

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Mit so einem Gerät bist du beim Arzt vielleicht schon einmal geröntgt worden / Bild: www.shutterstock.com, gyn9037

Röntgenröhre

Die Röntgenstrahlen entstehen dadurch, dass sich geladene Teilchen beschleunigen. Diese Elektronen wandern in einer sogenannten Röntgenröhre von einem negativen Pol, der Kathode, zu einem positiven Pol, der Anode. Die Kathode kann die Elektronen zu Beginn erzeugen und beschleunigen, weil sie sich erhitzt und die Elektronen so aus einem Metalldraht herauslöst. Diese Beschleunigung der Elektronen reicht aber noch nicht aus, um Strahlung zu erzeugen. Die Elektronen treffen deshalb auf die Anode und werden da stark abgebremst. Es entsteht ebenfalls eine Beschleunigung, aber eine negative. Diese Beschleunigung reicht aus, um „Bremsstrahlung“ zu erzeugen.

Dichtes und weniger dichtes Gewebe

Wie kann diese Strahlung nun ein Röntgenbild erzeugen, auf dem das Innere des Körpers in hell und dunkel erkennbar ist? Ganz einfach: Die unterschiedlichen Helligkeitsstufen auf dem Röntgenbild spiegeln die unterschiedlichen Gewebearten im Körper wider. Hat ein Gewebe eine hohe Dichte, wird es auf dem Röntgenbild heller dargestellt. Hat es eine niedrige Dichte, sieht man es ganz dunkel.

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So sehen Röntgenbilder aus – wie hier von einem Gehirn / Bild: www.shutterstock.com, Rocketclips, Inc.

Dasselbe Prinzip wird auch bei der  Computertomographie (CT) angewendet. Das CT kennst du vielleicht aus dem Krankenhaus. Hier entstehen Röntgenbilder des ganzen Körpers in Form von Querschnittsaufnahmen.  Man kann das Innere so in einer räumlicheren Art und Weise betrachten und untersuchen.

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So sieht das Gerät für die Computertomographie (CT) aus

Ultrakurzzeit-Röntgentechnologie

Zu medizinischen Zwecken eignen sich Röntgenstrahlen also sehr gut. Doch nicht nur das. Die Röntgenfotografie ist zum Beispiel seit einiger Zeit eine ganz besondere Form der Fotografie und Kunst.

Und auch die Daimler AG wendet eine besondere Form des Röntgens  bei Crashtests an: die Ultrakurzzeit-Röntgentechnologie. Dabei testen die Entwickler die Autos wie bei einem ganz normalen Crashtest auf ihre Sicherheit und auf die Sicherheit für Insassen. Zusätzlich werden nun Stellen am Auto ausgewählt, von denen mithilfe der Röntgentechnologie Standbilder gemacht werden. Das ist gar nicht so einfach: Sowohl bei der Fotografie, als auch beim Röntgen verwackeln die Bilder schnell. Deshalb darfst du dich auch nicht bewegen, wenn du geröntgt wirst. Da bei einem Crashtest alles ganz schnell geht und viel Bewegung im Spiel ist, dürfte es hier dann ja kaum möglich sein, scharfe Röntgenbilder zu machen. Das ist es trotzdem. Für diesen Zweck ist einfach eine sehr genaue zeitliche Abstimmung nötig: Im Vergleich zum normalen Röntgen beim Arzt ist die Belichtungszeit bei einem Crashtest nochmal um ein Tausendstel verkürzt.

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Die Daimler AG röntgt beim Crashtest das Auto, um die Sicherheit der Bauteile genau zu untersuchen

Größere Sicherheit

Am Computer können die Daten aus den Röntgenbildern gemeinsam mit den äußeren Beobachtungen vom Crashtest ausgewertet werden. Man kann somit besser nachvollziehen, wie sich Bauteile im Inneren des Autos bei einem Unfall verändern. Die Entwickler der Daimler AG können reagieren und die Bauteile den Veränderungen anpassen und sicherer machen.

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Das Röntgenbild eines Autos

In Zukunft sollen die Röntgenaufnahmen außerdem noch räumlicher werden, ähnlich wie bei der Computertomographie. Aktuell sind die Bilder von den Crashtests zweidimensional, genau wie die Bilder, die auch der Arzt von dir macht. Zukünftig sollen dreidimensionale Bilder vom Inneren des Autos möglich sein. Dafür arbeitet der Autobauer mit dem Fraunhofer Institut in Stuttgart zusammen, das das Röntgen erforscht und gemeinsam mit Daimler für diesen Zweck weiterentwickelt.

Bilder: Daimler AG