How big is Golflengte röntgenstraling?

Röntgenstraling is een vorm van licht die het oog niet kan zien, met veel meer energie en veel kortere golflengtes dan zichtbaar licht. De verkenner toont röntgenstraling met een golflengte van 0,5 nanometer (500 picometer), ruim binnen het bereik van röntgenstraling. Een golflengte is de afstand van de ene golftop tot de volgende, en een nanometer is een miljardste van een meter.

Golflengte

NASA geeft aan dat de golflengtes van röntgenstraling tussen 0,03 en 3 nanometer liggen. Aan het lange uiteinde grenst röntgenstraling aan ultraviolet licht. Aan het korte uiteinde grenst ze aan gammastraling.

Bronnen trekken deze grenzen op verschillende plekken. Een andere NASA-pagina definieert röntgenstraling juist aan de hand van energie, wat neerkomt op golflengtes van ongeveer 0,012–12 nanometer. De 0,5 nanometer van de verkenner valt binnen beide bereiken.

Wetenschappers beschrijven röntgenstraling meestal met de energie in plaats van de golflengte, deels omdat de golflengtes zo klein zijn. Licht reist in kleine pakketjes energie die fotonen heten. Hoe korter de golflengte, hoe meer energie elk foton draagt. Röntgenstraling kan door veel materialen heen die zichtbaar licht absorberen.

Groottevergelijkingen

Een golflengte van 0,5 nanometer is ongeveer de breedte van een cesiumatoom, een van de grootste atomen.
Violet licht, het zichtbare licht met de kortste golflengte die het oog kan zien, heeft een golflengte van ongeveer 400 nanometer, 800 keer zo lang.
Ongeveer 160.000–200.000 van deze golflengtes zouden samen de breedte van een mensenhaar beslaan, dat 0,08–0,1 millimeter breed is.
Elk foton van deze röntgenstraling draagt 1.000 keer zoveel energie als een foton van zichtbaar licht met een golflengte van 500 nanometer.

Hoe röntgenstraling werd ontdekt

Wilhelm Röntgen ontdekte röntgenstraling in 1895. Hij liet elektriciteit door een afgedekte glazen buis met ijl gas gaan. Op een lichtgevoelig scherm in de buurt verscheen een zwak licht, veroorzaakt door een nieuwe soort straling die door de afdekking heen kon. Röntgen ontving in 1901 de Nobelprijs voor de Natuurkunde.

Röntgen ontdekte dat röntgenstraling die door handen en armen ging, gedetailleerde afbeeldingen van de botten erin maakte. Botten hebben een hoge dichtheid en absorberen meer röntgenstraling dan huid. Op röntgenfilm laten de botten dus schaduwen achter, terwijl de huid bijna doorzichtig lijkt.

Hoe röntgenstraling laat zien waar atomen zitten

Golven die door kleine, dicht op elkaar liggende openingen gaan, vormen een patroon dat een diffractiepatroon heet. In 1912 opperde Max von Laue dat de regelmatige rijen atomen in een kristal hetzelfde met röntgenstraling zouden doen. Experimenten gaven hem gelijk en toonden aan dat röntgenstraling zich als golven gedraagt. Hij ontving in 1914 de Nobelprijs voor de Natuurkunde.

William Bragg en zijn zoon Lawrence werkten vervolgens uit hoe de golflengte en de hoek van röntgenstraling samenhangen met de afstand tussen lagen atomen. Daardoor werd het mogelijk te berekenen waar de atomen in een kristal zitten. De Braggs deelden in 1915 de Nobelprijs voor de Natuurkunde.

Waarom röntgentelescopen in de ruimte staan

De atmosfeer van de Aarde absorbeert röntgenstraling, dus röntgentelescopen moeten erboven werken. Röntgenstraling kaatst niet terug van een spiegel waar ze recht op afkomt. Deze telescopen gebruiken daarom spiegels waar de röntgenstraling onder een vlakke hoek op valt. Het Chandra X-ray Observatory van NASA detecteert golflengtes van ongeveer 0,12–12 nanometer, waaronder 0,5 nanometer. In de ruimte komt röntgenstraling van objecten die miljoenen graden heet zijn, zoals de schijven van gas rond zwarte gaten.