Strahlung

Der Begriff Strahlung ({{#invoke:Vorlage:lang|full|CODE=en|SCRIPTING=Latn|SERVICE=englisch}}, von {{#invoke:Vorlage:lang|full|CODE=la |SCRIPTING=Latn |SERVICE=lateinisch}} „das Strahlen“) bezeichnet die Ausbreitung von Teilchen oder Wellen. Im ersten Fall spricht man von Teilchenstrahlung oder Korpuskularstrahlung, im zweiten von Wellenstrahlung. Im letzteren Fall sind die Austauschteilchen die Photonen. Es existieren eine Vielzahl von Strahlenquellen, die mit verschiedenen physikalischen Phänomenen der Entstehung verbunden sind.

Die Unterscheidung zwischen Teilchen und Wellen ist historisch und hat als anschauliche Aussage nach wie vor Bedeutung. Jedoch hat nach heutiger Kenntnis jede Strahlung sowohl Teilchen- als auch Welleneigenschaften (siehe auch Welle-Teilchen-Dualismus)<ref>{{#invoke:Vorlage:Literatur|f}}</ref><ref>{{#invoke:Vorlage:Literatur|f}}</ref>.

Die theoretisch-physikalische Deutung von Strahlung erfolgt im Rahmen der Atomphysik, der Kernphysik, Optik sowie der Quantentheorie und letztendlich der Theorie der Quantenelektrodynamik (QED).

Datei:Alfa beta gamma radiation penetration DE.svg

Vereinfachende Darstellung zu der relativen Fähigkeit von drei verschiedenen Arten ionisierender Strahlung, Feststoffe zu durchdringen. Typische Alpha-Teilchen (Heliumkern) (α) werden beispielsweise durch ein Blatt Papier gestoppt, während Beta-Teilchen bzw. Elektronen (β) durch eine Aluminiumplatte gestoppt werden. Gammastrahlung (γ) oder Röntgenstrahlung (X-rays) wird gedämpft, wenn sie in Blei eindringt. Die Entstehung von Strahlung sowie die Wechselwirkung mit Materie ist Teil physikalischer Untersuchungen.

Verwendung des Wortes

Strahlen, die Mehrzahl zu Strahl, wird manchmal gleichbedeutend mit dem Begriff Strahlung verwendet, auch in Zusammensetzungen wie etwa Alpha- oder Röntgenstrahlen. Eine Einzahl wie etwa Röntgenstrahl bezeichnet dagegen fast immer ein Strahlenbündel, das gerichtet ist und dabei Energie und Impuls transportiert. Wenn der Strahl aus Teilchen mit Masse, Ladung oder anderen Eigenschaften besteht, werden auch diese transportiert. Lichtstrahl kann allerdings beides, den idealisierten linienförmigen Strahl (siehe geometrische Optik) oder ein Strahlenbündel, bedeuten. Die Mehrdeutigkeit des deutschen Wortes Strahl zeigt sich auch darin, dass in anderen Sprachen jeweils mehrere verschiedene Ausdrücke dafür existieren. Im Englischen bezeichnet zum Beispiel {{#invoke:Vorlage:lang|flat}} einen gedachten, idealisierten Strahl, {{#invoke:Vorlage:lang|flat}} ein Strahlenbündel und {{#invoke:Vorlage:lang|flat}} einen Strahl aus makroskopischer Materie.

Die Ausbreitung von Schall und anderen mechanischen Wellen folgt ähnlichen Gesetzen wie die Ausbreitung von elektromagnetischer Strahlung. Sie werden dennoch kaum als Strahlung bezeichnet.

Grundlagen

Trifft die Strahlung auf ein Hindernis, wird sie entweder absorbiert (aufgenommen und umgewandelt), transmittiert (hindurchgelassen), gebeugt, gebrochen, gestreut oder reflektiert (zurückgeworfen). {{#invoke:Vorlage:Siehe auch|f}}

Die historische Debatte, ob Lichtstrahlen aus Teilchen oder Wellen bestehen, wurde durch die Quantenphysik beendet. Danach besteht ein Lichtstrahl aus Photonen, deren Aufenthaltsort im Rahmen der Quantenmechanik durch eine Wahrscheinlichkeitswelle beschrieben wird. Diese Wahrscheinlichkeitswellen können miteinander interferieren (siehe Doppelspaltversuch). Louis de Broglie hat in seiner Theorie der Materiewellen gezeigt, dass jedem Teilchen eine Wellenlänge zugeordnet werden kann. Dies erklärt, warum zum Beispiel ein Elektronenstrahl auch Interferenzphänomene zeigt (siehe auch Welle-Teilchen-Dualismus).

Charakterisierung

{{#invoke:Vorlage:Siehe auch|f}} Man unterscheidet Strahlung nach ihren Bestandteilen, nach ihrer Quelle oder nach ihrer Wirkung.

Nach Bestandteilen

Elektromagnetische Wellen

Elektromagnetische Wellen bestehen aus Photonen. Elektromagnetische Wellen mit kurzer Wellenlänge, also hoher Photonenenergie, werden meist als elektromagnetische Strahlung bezeichnet, z. B. Gammastrahlung, Röntgenstrahlung, Bremsstrahlung, UV-Strahlung, Wärmestrahlung oder Infrarotstrahlung. In Bereichen mit geringerer Photonenenergie spricht man eher von Wellen, etwa Radiowellen.

Teilchenstrahlung

Die Ausdrücke Teilchenstrahlung und Korpuskularstrahlung werden manchmal als Oberbegriffe für Strahlung verwendet, deren Bestandteile eine von Null verschiedene Masse haben.

Teilchenstrahlung unterscheidet man nach der Sorte der Teilchen, aus denen sie besteht, beispielsweise Alphastrahlung (α-Teilchen), Betastrahlung (Elektronen oder Positronen) oder Neutronenstrahlung. Handelt es sich um Ionen, d. h. geladene Teilchen, ist auch (gelegentlich) von Ionenstrahlung die Rede.

Weiterhin gibt es die sog. Molekularstrahlung<ref>{{#invoke:Vorlage:Literatur|f}}</ref>; siehe auch Otto Stern und Walther Gerlach.

Nach Herkunft

Strahlung lässt sich nach Entstehungsmechanismus und nach -ort unterscheiden. Im Folgenden einige Beispiele:

Bei Strahlung aus dem Weltraum unterscheidet man beispielsweise Sonnenstrahlung, kosmische Strahlung, Hintergrundstrahlung und Hawking-Strahlung.

Strahlung, die von radioaktiven Stoffen ausgeht, wird häufig fälschlicherweise als radioaktive Strahlung bezeichnet, obwohl nicht die Strahlung radioaktiv ist, sondern der emittierende Stoff. Die Strahlung aufgrund der natürlichen Radioaktivität der Erde heißt terrestrische Strahlung.

Technisch erzeugte Strahlung kann auch eigenständige Bezeichnungen erhalten, etwa Kathodenstrahlung, Synchrotronstrahlung oder Tscherenkow-Strahlung.

Nach Wirkung

Ionisierende Strahlung

Ist die Energie der Strahlungsteilchen so hoch, dass sie aus Atomen oder Molekülen Elektronen entfernen kann, wird die Strahlung als ionisierende Strahlung ({{#invoke:Vorlage:lang|full|CODE=en|SCRIPTING=Latn|SERVICE=englisch}})<ref>{{#if:|{{#iferror: {{#iferror:{{#invoke:Vorlage:FormatDate|Execute}}|Vorlage:FormatDate/Wartung/Error}}| |}}}}{{#if:|{{{autor}}}: }}{{#if:|{{#if:Ionizing radiation|[{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|archivURL|1={{#invoke:URLutil|getNormalized|1={{{archiv-url}}}}}}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel=Ionizing radiation}}]{{#if:| ({{{format}}})}}{{#if:| {{{titelerg}}}{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|Endpunkt|titel={{{titelerg}}}}}}}}}|{{#if:https://www.nrc.gov/reading-rm/basic-ref/glossary/ionizing-radiation.html%7C{{#if:{{#invoke:TemplUtl%7Cfaculty%7C}}%7C{{#invoke:Vorlage:Internetquelle%7CTitelFormat%7Ctitel={{#invoke:WLink%7CgetEscapedTitle%7C1=Ionizing radiation}}}}|[{{#invoke:URLutil|getNormalized|1=https://www.nrc.gov/reading-rm/basic-ref/glossary/ionizing-radiation.html}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel={{#invoke:WLink|getEscapedTitle|1=Ionizing radiation}}}}]}}{{#if:| ({{{format}}}{{#if:U.S.NRC{{#if: 2025-01-17 | {{#if:{{#invoke:TemplUtl|faculty|}}||1}}}}

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„Harte“ und „weiche“ Strahlung

Bei verschiedenen Strahlenarten, zum Beispiel Röntgen-, Gamma- und auch Betastrahlung, wird manchmal von „harter“ (hier gleichbedeutend mit energiereicher, kurzwelliger) oder „weicher“ (energieärmerer, langwelligerer) Strahlung gesprochen. Genaue Abgrenzungen dieser Begriffe gibt es aber nicht. Von Harter Röntgenstrahlung wird beispielsweise in der Röntgenoptik gesprochen, wenn in etwa die Wellenlänge kürzer ist als der Abstand der Atome im Festkörper, also im Bereich 0,01 bis ca. 0,5 nm.

Messung von Strahlung

Die Messung von optischer bzw. elektromagnetischer Strahlung oder ionisierender Strahlung erfolgt im Rahmen der Radiometrie (Photometrie und Kernstrahlungsmesstechnik).

Siehe auch

Bundesamt für Strahlenschutz (BfS)
Strahlendosis / Dosimeter
Strahlenschutz / Geschichte des Strahlenschutzes / Strahlenschaden / Strahlenexposition (Strahlenbelastung)
Strahlenresistenz / Strahlentherapie / Strahlenkrankheit

Literatur

Feynman-Vorlesungen über Physik – Band 2. Strahlung und Wärme; aktuelle Auflagen siehe dort.
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{{#invoke:Vorlage:Literatur|f}} Nachfolger: Pike/Sarkar (1995);
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Weblinks

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Einzelnachweise

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