In unserer Serie „Technik kurz erklärt“ stellen wir regelmäßig Meisterwerke der Konstruktion und besondere Entwicklungen vor. Heute: das Röntgen.

Am 10. Februar 2023 jährt sich der Todestag von Wilhelm Conrad Röntgen zum 100. Mal. Wir nehmen das zum Anlass, seiner wegweisenden, von ihm als zufällig bezeichneten Entdeckung nachzugehen: den X- oder Röntgenstrahlen und ihrem Einsatz.

Röntgen experimentierte in seiner Zeit als Ordentlicher Professor in Würzburg mit den bereits bekannten Kathodenstrahlröhre, unter anderem nach Hittorf, Crookes und Lenard, um Kathodenstrahlen und ihre Wirkung zu untersuchen. An einem späten Freitagabend im November 1895 – er war bereits alleine in seinem Labor – ist es einem Zufall zu verdanken, dass er seine Entdeckung macht: In einem abgedunkelten Raum beobachtet er mit einem Fluoreszenzschirm die Elektronenströme innerhalb einer Hittorfschen Röhre. Dann fällt sein Blick auf hell fluoreszierende Kristalle, die zufällig zwar in der Nähe der Kathodenstrahlröhre liegen, dennoch aber außerhalb der Reichweite von Elektronenstrahlen in Luft.

Er führt dieses Phänomen auf eine bis dahin unbekannte Art von Strahlen zurück, die er X-Strahlen nennt. Ihre spektakulärste Fähigkeit mag er vielleicht zufällig entdeckt haben, indem er seine Hand zwischen Röhre und Schirm hielt und dabei plötzlich seine eigenen Knochen sehen konnte.

Weil er außerdem entdeckte, dass die X-Strahlen Fotoplatten schwärzen, konnte er ihre Existenz auch beweisen: mit einer Aufnahme der Handknochen seiner Frau Anna. Erst nach weiteren Nachforschungen veröffentlicht er am 28. Dezember seine Entdeckung, die sich schnell zu einer Sensation entwickelt.

Wilhelm Conrad Röntgen im Sitzungsbericht der physikalisch-medizinischen Gesellschaft zu Würzburg, Jahrgang 1895

Am 23. Januar 1896 hält Röntgen auf Einladung der Physikalisch-Medizinischen Gesellschaft zu Würzburg seinen einzigen öffentlichen Vortrag zu diesem Thema. Während der Vorlesung fertigt er vor den Augen des Publikums eine Röntgenaufnahme der Hand des Anatomen Albert von Kölliker an. Dieser macht daraufhin den Vorschlag, die X-Strahlen in Röntgenstrahlen umzubenennen.

Röntgen war darauf bedacht, dass seine Entdeckung schnelle Verbreitung findet und verzichtete deswegen auf ein Patent.

Dem Gedanken, die Krankheit des Menschen nicht zu kommerzialisieren, wird auch im deutschen Patentgesetz Rechnung getragen: Aus sozialethischen und gesundheitspolitischen Gründen werden keine Patente für chirurgische, therapeutische und diagnostische Verfahren erteilt.
Der behandelnde Arzt soll in der Wahl des medizinischen Verfahrens frei sein, damit er stets zum Wohle des Patienten handeln kann. Dieser Patentierungsausschluss gilt für nur Verfahren, nicht für Erzeugnisse. So ist ein neuartiges Röntgengerät patentierbar, ein spezielles Diagnoseverfahren mittels des Röntgengeräts jedoch nicht.

Röntgenlinien entstehen auch in den Hüllen von Atomen bei der spontanen Umwandlungen, also dem Zerfall, von Atomkernen vieler natürlich vorkommender oder künstlich erzeugter radioaktiver Nuklide.

Dazu muss zunächst ein Elektron aus einer solchen Atomschale entfernt werden. Dies erfolgt nur bei extrem hohen Temperaturen durch den Zusammenstoß von Atomen oder wenn das Atom von außen beschossen wird. Daher gehen unter Normalbedingungen von den Atomen keine Röntgenwellen aus. Diese im Atomkern entstehende elektromagnetische Strahlung wird als Gammastrahlung bezeichnet.

Die Energiebereiche der Gamma- und Röntgenstrahlung überschneiden sich in einem weiten Bereich. Beide Strahlungsarten sind elektromagnetische Strahlung und haben daher bei gleicher Energie die gleichen Wirkungen.

Kathoden- und Gasentladungsröhren, bei deren Betrieb Röntgenstrahlung entsteht, waren bereits seit etwa 1869 bekannt und standen schon in zahlreichen Laboratorien. Als Röntgen öffentlich macht, dass man sie zum Durchleuchten nutzen kann, beginnen weltweit umgehend weitere Experimente.

So explodierten die Produktionskapazitäten solcher Ionenröhren in den kommenden Jahren. Allein bis Frühjahr 1905 wurden von dem Unternehmen Emil Gundelach aus Gehlberg/Thüringen um die 40.000 Stück produziert, schreiben Experten. Auch das Unternehmen C. H. F. Müller mit Sitz in Hamburg, gegründet von dem auch aus Thüringen stammenden Glasbläser Carl Heinrich Florenz Müller – genannt Röntgenmüller, hat im selben Zeitraum 50.000 Röhren gebaut. Weitere Unternehmen, die sich zu der Zeit mit Röntgentechnik befassten, sind unter anderem Siemens & Halske, AEG und Hirschmann.

Schon kurz nach der Entdeckung der Strahlen wurden sie in der Medizin eingesetzt. In den folgenden Jahren gelangen Forschern wie Henri Bequerel oder Marie und Pierre Curie bahnbrechende Erkenntnisse in der Strahlungsforschung; Leopold Freund und Georges Chicotot wurden Pioniere der medizinischen Radiologie und Strahlentherapie. Gleichzeitig stieg das Bewusstsein für die Kehrseite der Technologie – die für den Menschen oft zu hohe Strahlenbelastung.

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Im März 1896 wurde zum ersten Mal über Strahlenschäden berichtet. Die Belichtungszeiten waren anfangs extrem lang und lagen meist über einer Stunde und so wurden Nebenwirkungen wie lokaler Haarausfall und Hautrötung dokumentiert. 1904 verstirbt Clarence M. Dally, der Assistent von Thomas A. Edison, Erfinder des Fluoroskops, an den Folgen der Strahlenbelastung. Bei diesen Pionieren der ersten Stunde begannen die Symptome bei Rechtshändern meist an der linken Hand, mit deren Hilfe die Schärfentiefe des Fluoroskops eingestellt wurde. Es werden die ersten Anweisungen zum Strahlenschutz erstellt. William H. Rollins, ein Zahnarzt aus Boston, veröffentlicht ein Buch über Strahlenfolgen und „Strahlenschutz“.

Der Einsatz der Strahlen in der Diagnostik wird den Angaben des DPMA zufolge bis heute immer weiter perfektioniert. So war bereits die Röntgenröhre von Reinhold Burger 1901 ein wichtiger Schritt. Ein wichtiger Meilenstein war der Röntgencomputertomograph von Godfrey Hounsfield, der immer weiter optimiert wird, was an aktuellen Patenten wie DE02012202107B4 ablesbar ist. Auch das Röntgenmikroskop wird bis heute immer weiterentwickelt, wie beispielsweise die Patente DE102005056404B4 (2013) oder EP2956945B1 (2017) zeigen. Röntgenstrahlen haben heute neben ihrem Einsatz in der Medizintechnik noch weitere Anwendungen, man nutzt sie beispielsweise auch, um chemische Analysen durchzuführen, verschiedene Schichten eines Gemäldes sichtbar zu machen, Gepäckstücke am Flughafen zu durchleuchten oder Bauteile zerstörungsfrei zu prüfen.

https://dpma.de/dpma/veroeffentlichungen/meilensteine/erfindungenmitgeschichten/roentgen-strahlen/index.html

http://wilhelmconradroentgen.de/de/start

Die Entwicklung der Kältemaschine

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