Röntgenphotonen

Röntgenphotonen sind die Quanten der Röntgenstrahlung, einer Form hochfrequenter elektromagnetischer Strahlung. Ihre Energien liegen typischerweise im Bereich von wenigen Elektronenvolt bis zu mehreren HundertkeV, wobei medizinische und technische Anwendungen meist Photonen im keV-Bereich verwenden. Wie andere Photonen bewegen sich Röntgenphotonen mit Lichtgeschwindigkeit und tragen Energie E = hν.

Röntgenphotonen entstehen in Röntgenröhren, wenn hochenergetische Elektronen auf einen schweren Target treffen. Die Strahlung setzt sich aus zwei Komponenten zusammen: Bremsstrahlung, einem kontinuierlichen Spektrum, das durch Abbremsung der Elektronen entsteht; und charakteristischer Strahlung, bei der innere Elektronenschalen des Targets angeregt werden und anschließend Elektronen von höheren Schalen herabfallen, wodurch diskrete Linien (Kα, Kβ) auftreten. Die Spektralverteilung hängt von der Anodenspannung, dem Targetmaterial und dem Filter ab.

Wechselwirkungen mit Materie umfassen den Photoelektrischen Effekt (vollständige Absorption), Compton-Streuung (indeutige Streuung) und bei höheren Energien die Paarbildung. Die Absorption hängt stark von Energie sowie dem Z-Wert des Materials ab; die Abschwächung wird durch den linearen bzw. massenbezogenen Absorptionskoeffizienten μ bzw. μ/ρ beschrieben und folgt dem Beer-Lambert-Gesetz I = I0 exp(-μx).

Detektion erfolgt über Filme, Szintillatoren (z. B. NaI(Tl), CsI) oder Halbleiterdetektoren (Si, HPGe), die die Photonen in elektrische Signale umwandeln. Anwendungen finden sich in der medizinischen Diagnostik (Röntgenaufnahmen, CT), der Strahlentherapie, der Materialwissenschaft (Röntgendiffraktion) und der Sicherheitstechnik.

Sicherheit: Röntgenphotonen sind ionisierende Strahlung; daher gelten Abschirmung, Dosisbegrenzung und dosimetrische Überwachung, um gesundheitliche Risiken zu minimieren.