Wilhelm Röntgen entdeckte die Röntgenstrahlen im Jahr 1895 (wofür ihm 1901 der Nobelpreis verliehen wurde) und öffnete damit ein neues Fenster zur Welt. Am 16. Januar 1896 veröffentlichte die New York Times eine Radiografie der Hand von Frau Röntgen. Schon bald staunten die Menschen über Fotografien, die den menschlichen Knochenbau zeigten.

Bereits im Februar 1896 wurden Röntgenstrahlen in der Medizin eingesetzt, um Knochenbrüche zu betrachten: Die erste derartige Beobachtung, eine Fraktur im Arm eines Patienten, führten zwei Ärzte am Dartmouth College in den USA durch. Recht bald fanden sich weitere Anwendungen der Röntgenstrahlen, darunter die Durchleuchtung von Gepäck durch Zollbeamte.

Bilder: links – Beobachtung einer Fraktur im Februar 1896: Die Ärzte G. und E. Frost (im Bild) waren die Ersten, die Röntgenstrahlen für medizinische Zwecke nutzten; rechts – Gepäckdurchleuchtung durch französische Zollbeamte, 1897.

Die Röntgenstrahlen erregten die Aufmerksamkeit vieler Ärzte, die sie daraufhin zur Diagnose von Frakturen und von Fremdkörpern im Gewebe einsetzten. Ende des 19. Jahrhunderts richtete die Medizin ihr besonderes Augenmerk auf die Pathologie der einzelnen Organe. Ständige Verbesserungen ermöglichten es den Ärzten, mithilfe von „Kontrastmitteln“ – undurchsichtigen Substanzen, die im Röntgenbild sichtbar werden – Aufnahmen aller inneren Organe anzufertigen. Röntgenstrahlen wurden auch in der Therapie eingesetzt, beispielsweise bei der Behandlung von Hautkrankheiten. Man erkannte jedoch bald, dass für diese Art der Therapie Strahlung höherer Energie erforderlich war.

Zu voller Geltung kamen die Röntgenstrahlen im Ersten Weltkrieg. Marie Curie baute zusammen mit ihrer Tochter Irène ein Netz medizinisch-radiologischer Zentren auf, um die Diagnose von Frakturen und Lungenerkrankungen bei Soldaten zu verbessern. Darüber hinaus waren zahlreiche Spezialfahrzeuge mit Röntgenapparaten (genannt “Les Petites Curies”) an den Fronten im Einsatz. Marie Curie verfasste darüber ein Buch: “Radiologie im Krieg” (1921).

Röntgenstrahlen sind eine Art elektromagnetischer Strahlung. Sie werden künstlich in einer Kathodenröhre erzeugt, in der eine heiße Kathode Elektronen aussendet, die dann durch eine hohe Spannung beschleunigt werden, mit hoher Geschwindigkeit auf ein Metalltarget treffen und dabei „unsichtbare Strahlen“ erzeugen.

Diese Strahlen entstehen teils durch die in den Metallatomen angeregte Fluoreszenz, teils durch den sogenannten Bremsstrahlungseffekt . Letzterer tritt als Folge der raschen Richtungsänderungen der Elektronen in der Nähe der Atomkerne des Metalls auf.
Röntgenstrahlen können außerdem entstehen, wenn das ursprüngliche hochenergetische Elektron eines der Elektronen aus einer inneren Elektronenschale herausschlägt. Ein Elektron höherer Energie fällt dann auf die innere Schale zurück, um die Lücke zu füllen, und gibt seine überschüssige Energie in Form eines Röntgenquants ab.

In einer Röntgenröhre werden Elektronen auf eine Energie von 30 bis 150 keV beschleunigt und treffen auf ein Wolframtarget, das Röntgenstrahlung mit Energien von 1 eV bis 150 keV erzeugt, mit einem Intensitätsmaximum dazwischen und zwei Spitzen bei 59 und 67 keV (dies sind die Elektronenübergänge in den Wolframatomen). Für medizinische Anwendungen werden aus Sicherheitsgründen niedrigere Röntgenenergien verwendet. Während 20 keV eine typische Energie für Aufnahmen von Weichgewebe ist, etwa bei der Mammografie, werden für hartes Gewebe wie Knochen höhere Energien (um 150 keV) eingesetzt.

Häufig macht man sich Sorgen über die Strahlenbelastung bei medizinischen Röntgenuntersuchungen. Jeder Mensch ist jedoch sein Leben lang natürlichen Strahlenquellen ausgesetzt: der kosmischen Strahlung, dem Radon in der Atmosphäre, dem Boden und dem Gestein und sogar der Nahrung und dem Wasser.

Ein Vergleich dieser Beiträge lohnt sich:

Quelle	Äquivalentdosis
Röntgenaufnahme des Brustkorbs	100 μSv
Ein Jahr lang in einem Gebäude aus Stein, Ziegel oder Beton wohnen	70 μSv
Flug von London nach New York	40 μSv
Durchschnittliche tägliche natürliche Hintergrunddosis	10 μSv
Zahnärztliche Röntgenaufnahme	5 μSv
Eine Banane essen	0,1 μSv

Wie Sie sehen, setzt schon der Verzehr einer Banane den Menschen einer Strahlendosis aus. Hauptquelle dafür ist das Kalium, das in der Natur zu 0,0117 % aus dem instabilen Isotop ⁴⁰K.

Jede Form elektromagnetischer Strahlung ist durch eine Wellenlänge (λ) charakterisiert oder gleichwertig durch eine Energie (E = hc/2λπ, wobei h die Planck-Konstante ist (h = 6,626×10^-27 erg/s) und c die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum (c = 2,9979·10¹⁰ cm/s).  

Der Wellenlängenbereich der Röntgenstrahlung liegt zwischen 0,01 nm und 10 nm, entsprechend einem Energiebereich von 1 keV (103 eV) bis 150 keV. Vergleichen Sie dies mit dem Wellenlängenbereich des sichtbaren Sonnenlichts, der von 400 nm bis 750 nm reicht.

Die einzige bekannte Art elektromagnetischer Strahlung mit höherer Energie als Röntgenstrahlung ist die Gammastrahlung (γ). Gammastrahlen werden in der Nuklearmedizin verwendet, wo Ärzte γ-Strahlung mit Energien zwischen 60 und 510 keV einsetzen.

Das elektromagnetische Spektrum, von Radiowellen bis zu γ-Strahlen (Bildnachweis: ESA).