Strahlung

Der Begriff Strahlung bezeichnet die Ausbreitung von Teilchen oder Wellen. Im ersten Fall spricht man von Teilchenstrahlung oder Korpuskularstrahlung, im zweiten von Wellenstrahlung.

Die Unterscheidung zwischen Teilchen und Wellen ist historisch und hat als angenäherte, anschauliche Aussage nach wie vor Bedeutung. Jedoch hat nach heutiger Kenntnis jede Strahlung sowohl Teilchen- als auch Welleneigenschaften.

Verwendung des Wortes

Trotz des allgemeinen Begriffs Wellenausbreitung werden im Allgemeinen mechanische Wellen – wie etwa der Schall – nicht als Strahlung bezeichnet, obwohl sich die Gesetzmäßigkeiten ähneln.

Strahlen, die Mehrzahlform von ‚Strahl‘, wird manchmal gleichbedeutend mit dem Begriff Strahlung verwendet, auch in Zusammensetzungen wie etwa „Alphastrahlen“ oder „Röntgenstrahlen“. Eine Einzahl wie etwa „Röntgenstrahl“ bezeichnet dagegen fast immer ein Strahlenbündel, das gerichtet ist und 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 darin, dass in anderen Sprachen jeweils mehrere verschiedene Ausdrücke dafür existieren, im Englischen z. B. ray für den idealisierten Strahl, beam für das Strahlenbündel, jet für den Materiestrahl.

Grundlagen

Trifft die Strahlung auf ein Hindernis, wird sie entweder absorbiert (umgewandelt), unbeeinflusst transmittiert (hindurch gelassen), gestreut oder reflektiert (zurückgeworfen) – man spricht auch von Remission.

Die historische Debatte, ob Lichtstrahlen aus Teilchen oder Wellen bestehen, wurde in der Quantentheorie damit beantwortet, dass ein Lichtstrahl aus Photonen besteht, 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 von Strahlung

Man unterscheidet Strahlung nach ihren Bestandteilen, nach ihrer Quelle oder nach ihrer Wirkung.

Elektromagnetische Wellen bestehen aus Photonen. Elektromagnetische Wellen mit kurzer Wellenlänge, also hoher Photonenenergie werden im Sprachgebrauch häufig als elektromagnetische Strahlung bezeichnet, etwa als Röntgenstrahlung, Bremsstrahlung, UV-Strahlung, Wärmestrahlung oder Infrarotstrahlung. Im langwelligen Bereich spricht man eher von Wellen, etwa Radiowellen.

Die Ausdrücke Teilchenstrahlung und Korpuskularstrahlung werden manchmal als Oberbegriffe für Strahlung verwendet, deren Bestandteile eine von Null verschiedene Masse haben. Einige Autoren bezeichnen jedoch auch Gammastrahlung, die zur elektromagnetischen Strahlung zählt und damit masselos ist, als Teilchenstrahlung.

Teilchenstrahlung unterscheidet man nach der Sorte der Teilchen, aus denen sie besteht, beispielsweise Alphastrahlung (α-Teilchen), Betastrahlung (Elektronen oder Positronen) oder Neutronenstrahlung.

Strahlung aus dem Weltraum unterscheidet man nach ihrer Quelle in Sonnenstrahlung, kosmische Strahlung, Hintergrundstrahlung und Hawking-Strahlung. Strahlung, die von radioaktiven Stoffen ausgeht, wird häufig 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.

Ist die Energie der Strahlungsteilchen so hoch, dass sie aus Atomen oder Molekülen Elektronen entfernen kann, wird die Strahlung als ionisierende Strahlung bezeichnet. Elektromagnetische Wellen in diesem Energiebereich geben oft beim ersten Stoß einen Großteil ihrer Energie ab. Für die Energie- und Materialabhängigkeit siehe Massenschwächungskoeffizient. Geladene Teilchen hoher Energie geben diese beim Durchgang durch Materie in vielen kleinen Portionen ab. Für die Energie- und Materialabhängigkeit siehe Bremsvermögen.