Wir wissen bereits, dass es sich bei Gamma-Strahlung um elektromagnetische Strahlung hoher Energie handelt. Aber was bedeutet das nun genau und welche Folgen hat dies für die Messung der Strahlung?
Lassen Sie uns den Begriff der elektromagnetischen Strahlung etwas genauer betrachten. Hierzu beginnen wir mit einer Definition:
Unter elektromagnetischer Strahlung versteht man die Ausbreitung von Energie in Form von Wellen oder Teilchen.
Diese Definition mag Ihnen vielleicht auf den ersten Blick etwas unverständlich erscheinen. Aber sehen Sie sich einfach einmal um: Das Sonnenlicht, das vielleicht gerade durch ihr Fenster scheint, oder die Lampe an Ihrer Decke, die Musik, die Ihr DVD-Player oder Digitalradio von sich gibt, die Mikrowelle, die Ihr Essen erwärmt, der Heizkörper der Ihr Zimmer erwärmt, die Höhensonne unter der sie sich grillen können usw. All diese Dinge und noch viele mehr in unserem Alltag sind Quellen von Strahlung. Die Strahlung unterscheidet sich nur hinsichtlich ihrer Energie. Die nachfolgende Grafik gibt einen Überblick über die verschiedenen Bezeichnungen für die einzelnen Bereiche des elektromagnetischen Spektrums. Die Energie der Strahlung nimmt von links nach rechts ab.
Schematische Darstellung des elektromagentischen Spektrums (von Horst Frank / Phrood / Anony - Horst Frank, Jailbird and Phrood, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=3726606)
Weitergehende Information:
Wenn Sie sich die Abbildung genau angesehen haben, dann ist Ihnen vielleicht aufgefallen, dass die beiden waagerechten Achsen unter den Bezeichnungen der Quellen die entsprechende Wellenlänge in Metern (m) bzw. darunter die entsprechende Frequenz in Hertz (Hz) sind. Es sind keine Angaben zur Energie angegeben. Das ist aber nicht weiter schlimm, da die Frequenz direkt proportional zur Energie ist. Dies bedeutet, dass man den Wert der Frequenz einfach mit einer konstanten Zahl multiplizieren muss, um den entsprechenden Wert für die Energie der Strahlung zu erhalten (näheres zur Exponentialschreibweise der Zahlen, den Einheiten usw. werden wir im Abschnitt Fortgeschrittene besprechen).
In der Definition steht auch noch, dass sich elektromagnetische Strahlung wie Wellen oder Teilchen ausbreiten. In unserem Alltagsleben machen wir eigentlich immer die Erfahrung, dass sich elektromagnetische Strahlung wie Wellen verhalten. Nicht umsonst sprechen wir von Mikrowellen, Lichtwellenleiter usw. Warum haben wir dann auch noch den Begriff Teilchen in der Definition stehen? Nun, das hat mit dem berühmten Phänomen zu tun, das als Welle-Teilchen-Dualismus berühmt ist. Die Ergebnisse mancher Experimente können besser erklärt werden, wenn die elektromagnetische Strahlung durch Wellen, andere wenn sie durch Teilchen beschrieben werden. Dieses seltsame Verhalten, dass Strahlung sich einmal wie Wellen, das andere Mal wie Teilchen verhält, kann erst durch die Quantenphysik erklärt werden.
Nach diesem kurzen Exkurs in einen der "seltsamsten" Bereiche der Physik kommen wir nun wieder zurück zu unserer ursprünglichen Frage, wie man elektromagnetische Strahlung messen kann.
Hierbei ist es hilfreich die Begriffe der ionisierenden Strahlung und der nichtionisierenden Strahlung einzuführen.
Hierzu müssen wir aber unsere Beschreibung des Atoms noch etwas präzisieren. Von den beiden Teilchensorten im Kern, den Protonen und den Neutronen, hat jedes Proton eine positive Ladung, alle Neutronen sind ohne Ladung. Jedes Elektron der Atomhülle hat hingegeben eine negative Ladung. Besteht ein Atom aus gleich vielen Protonen und Elektronen, dann wirkt es nach außen hin ungeladen, ist elektrisch neutral.
Modell eines Atoms; innen: Kern mit Protonen (p) und Neutronen (n); außen: Elektronen (e) (Quelle: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Atom_animation.gif )
Aber was hat das jetzt mit Strahlung zu tun? Ganz einfach! Hat die Strahlung genügend Energie beim Auftreffen auf oder bei der Annäherung an das Atom, dann kann sie einzelne Elektronen aus der Atomhülle herauslösen. Dem Atom fehlen nach diesem Vorgang Elektronen. Es ist zu einem positiv geladen Ion geworden. Diese Art der Strahlung wird folgerichtig als ionisierend bezeichnet.
