Strahlung

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Strah|lung 〈f. 20
1. das Strahlen
2. 〈Phys.〉
2.1 Ausbreitung von Energie durch Wellen od. Teilchen
2.2 (gerichtete) Ströme von Teilchen, z. B. Elektronenstrahlung

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Strah|lung [ Strahl] Bez. für die räumlich u. zeitlich gerichtete Ausbreitung gequantelter Energie in Wellen- oder Teilchenform ( Welle-Teilchen-Dualismus). Als Wellenstrahlung breitet sich Schall mit Schallgeschwindigkeit, elektromagnetische S. dagegen mit Lichtgeschwindigkeit aus. Das in Wellenlängen λ (in Meter) oder in Frequenzen ν (in Hertz = s‒1) messbare, über mehr als 22 Größenordnungen reichende Spektrum der elektromagnetischen Strahlung gliedert man oft in Niederfrequenzbereich (108–104 m; > 1 Hz), Hochfrequenzbereich (104–1 m), Mikrowellenbereich (1–10‒3 m), optischer Bereich (10‒3– 10‒8 m), Röntgenstrahlung (10‒8– 10‒14 m), Gamma-Strahlen (< 10‒11 m), kosmische Strahlung (< 10‒14 m; > 1022 Hz). Teilchenstrahlung (Korpuskularstrahlung, Partikelstrahlung) besteht aus schnell bewegten neutralen oder geladenen Teilchen, z. B. Atom-, Molekular-, Ionen-, Elektronen-, Protonen-, Neutronen-, Kanal- u. Kathoden-, Alpha- u. Beta-Strahlen, Mesonen, Neutrinos u. a. Teilchen aus der kosmischen Strahlung. Die nach Einstein-Gleichungen der Frequenz oder der Masse proportionale Energie der Strahlungsquanten ( Photon) wird in Vielfachen der Einheiten Joule oder Elektronvolt angegeben. Beim Durchgang durch Materie erfährt die S. Streuung, Beugung u. Dispersion, Absorptions- u. Stoßprozesse, in deren Verlauf Atome u. Moleküle angeregt, ionisiert, fragmentiert, isomerisiert oder anderweitig umgewandelt werden ( Photochemie, Strahlenchemie) bzw. Kerneinfangs- u. Elementumwandlungsprozesse eintreten können ( Kernreaktionen).

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Strah|lung, die; -, -en:
1. (Physik)
a) Ausbreitung von Energie od. Materie in Form von Strahlen, die von einer Strahlenquelle ausgehen:
radioaktive, kosmische, atomare S.;
b) von einer Strahlenquelle ausgehende Energie od. Materie:
die S. messen.
2. <Pl. selten> (seltener) Wirkung, Ausstrahlung.

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Strahlung,
 
1) Meteorologie: Energieübertragung innerhalb der Atmosphäre der Erde einschließlich des Energieumsatzes an der Erdoberfläche und dem Austausch mit dem extraterrestrischen Raum durch elektromagnetische Wellen. Dabei ist zwischen der solaren Einstrahlung (Wellenlängenbereich etwa 0,1-6 μm) und der terrestrischen Ausstrahlung (etwa 3-60 μm) zu unterscheiden. Durch Absorption und Streuung werden diese Strahlungskomponenten in der Atmosphäre wesentlich modifiziert; so verhindert z. B. das Ozon der Stratosphäre, dass solare Strahlung von < 0,3 μm die Erdoberfläche erreicht. Wasserdampf lässt terrestrische Ausstrahlung nur in den Bereichen von etwa 3-5 sowie etwa 7-22 μm (so genanntes kleines und großes Wasserdampffenster) zu. Dadurch erreicht gegenüber der theoretischen, der Schwarzkörperstrahlung (schwarzer Strahler), nur ein Teil der solaren Strahlung die Erdoberfläche und nur ein Teil der terrestrischen Strahlung kann die Erdoberfläche verlassen.
 
Im globalen und jährlichen Mittel beträgt der wirksame solare Strahlungseintrag in die Atmosphäre 343 W/m2 (wegen der Relation 1 : 4 zwischen der kreisförmigen Auffangfläche und der kugelförmigen Ausstrahlungsfläche ein Viertel der Solarkonstanten von 1 370 W/m2). Davon erreichen 30 % direkt (direkte Sonneneinstrahlung) und 20 % über den Umweg der Mehrfachstreuung an Gasen und Partikeln (diffuse Himmelsstrahlung, zusammen so genannte Globalstrahlung) die Erdoberfläche. Abzüglich der Reflexion an der Erdoberfläche (5 %) ergibt dies einen Gewinn von 45 %, der zur Erwärmung der Erdoberfläche genutzt wird. Vergleichsweise wenig, nämlich 25 %, werden von der Atmosphäre absorbiert und 30 % (Albedo) werden in den Weltraum reflektiert.
 
Die terrestrische Ausstrahlung beträgt zunächst 114 % (390 W/m2). Davon werden jedoch 96 % von der Atmosphäre zurückgestrahlt (atmosphärische Gegenstrahlung), sodass der effektive Verlust nur 18 % beträgt. Im Vergleich mit der effektiven solaren Einstrahlung ergibt das für die Erdoberfläche eine Strahlungsbilanz von +27 % und für die Atmosphäre, einschließlich deren Ausstrahlung, einen ebenso großen Verlust, der durch den Transport latenter Wärme (23 %; Verdunsten und Schmelzen von Wasser/Schnee/Eis an der Erdoberfläche und Kondensation/Gefrieren in der Atmosphäre) sowie fühlbarer Wärme (4 %; Wärmeleitung) im Wesentlichen ausgeglichen wird. Hinzu kommen, jedoch von relativ geringem Ausmaß, die Wärmeleitung aus dem Erdinneren zur Oberfläche (Bodenwärmestrom) und die Aufnahme von Energie durch die Vegetation (Photosynthese).
 
Zeitlich gesehen gibt es ausgeprägte Tages- und Jahresgänge der Strahlungsgrößen, regional einen Überschuss in den Tropen beziehungsweise ein Defizit in den Polargebieten; diese regionalen Unterschiede werden durch die horizontalen (advektiven) Wärmetransporte in Atmosphäre und Ozean (Zirkulation der Atmosphäre) ausgeglichen.
 
Die Messung der Strahlungsenergie erfolgt durch Exposition von Körpern, die über einen Spektralbereich zwischen 0,1 und 200 μm Wellenlänge Strahlungen absorbieren und die dadurch aufgenommene Wärme direkt durch Schmelzen oder Verdunsten messen lassen oder als Temperaturerhöhung infolge Änderung des Wärmeinhalts anzeigen. Bei letztgenanntem Verfahren werden die Geräte entweder vor der Messung durch eine bekannte Strahlung geeicht oder besitzen einen nicht exponierten Referenzkörper, dem anderweitig (z. B. elektrisch) eine definierte Energiemenge zugeführt wird. Interessiert nur ein Teil des atmosphärischen Spektrums, so werden vor dem Messkörper Filter in den Strahlengang gebracht, die nur bestimmte Wellenlängen hindurchlassen.
 
Literatur: Meteorologie, Klimatologie.
 
 2) Physik: gerichtete, räumliche und zeitliche Ausbreitung von Energie in Form von Wellen (Wellenstrahlung, z. B. Schallwellen oder elektromagnetische Wellen) oder (elementaren) Teilchen (Teilchen-, Korpuskular-, Partikelstrahlung, z. B. Alphastrahlung, Betastrahlung); jede Strahlung kann sowohl in der einen als auch in der anderen Art beschrieben werden (Welle-Teilchen-Dualismus), z. B. Licht als Wellenvorgang oder als Strom von Lichtquanten (Photonen).
 
Die von einer Strahlungsquelle abgestrahlte elektromagnetische Strahlung lässt sich mithilfe von Strahlungsgrößen (bei Licht auch durch photometrische Größen) beschreiben. Ihre Stärke wird u. a. durch die Energiedichte der Strahlung (Strahlungsenergiedichte) w (die auf ein Volumenelement dV des Strahlungsfeldes bezogene Strahlungsenergie dQ, d. h. w = dQ / dV; Einheit: Ws/m3) oder durch die Strahlungsflussdichte (die je Zeiteinheit durch die Flächeneinheit strömende Energie; Einheit: W/m2) gemessen. Für viele Zwecke misst man die Energieverteilung im Spektrum einer Strahlung (spektrale Verteilung), für andere Zwecke die Energie der Gesamtstrahlung. Zur subjektiven Messung im Bereich sichtbaren Lichts dient das Auge in Verbindung mit einem Photometer; für objektive Messungen sind kalorimetrische (Bolometer) und photometrische Strahlungsmessgeräte (Pyrhelio-, Pyranometer, Photoelemente und -zellen), Radiometer, Pyrometer, Szintillationszähler, Zählrohre, Blasen- und Wilson-Kammer u. a. im Gebrauch. Der Strahlungsnachweis kann z. B. auf der Ionisation der Messmedien beruhen. (Dosis)
 
Die aus dem Weltall kommende kosmische Strahlung umfasst verschiedene Komponenten. Radioaktive Strahlung ist die zusammenfassende Bezeichnung für alle beim radioaktiven Zerfall auftretenden Strahlungsarten (Radioaktivität).
 
Beim Durchgang durch Materie wird Strahlung geschwächt, durch Beugung, Brechung und Dispersion abgelenkt oder durch Stoßprozesse gestreut, es erfolgt Absorption, Anregung oder Ionisation von Atomen oder Molekülen sowie anschließende Lumineszenz. Bei allen Strahlungsarten treten außerdem Dissipations-, Desaktivierungs- und Energieübertragungsprozesse auf. Die Wechselwirkung zwischen Strahlung und Materie ist Voraussetzung für die Photo- und Strahlenchemie, die Strahlenbiologie, Kernenergienutzung, Spektroskopie, den Photoeffekt und viele andere Prozesse.

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Strah|lung, die; -, -en: 1. (Physik) a) Ausbreitung von Energie od. Materie in Form von Strahlen, die von einer Strahlenquelle ausgehen: radioaktive, kosmische S.; Die Grenzwerte für atomare S. seien veraltet und müssten dringend herabgesetzt werden (FR 10. 7. 99, 10); b) von einer Strahlenquelle ausgehende Energie od. Materie: so dass das bisschen S., das aus den Kernkraftwerken nach draußen kommt, niemandem schadet (Springer, Was 95); die S. messen; Die Möglichkeit, energiereiche S. zur Behandlung anzuwenden ... (Medizin II, 322). 2. <Pl. selten> (seltener) Wirkung, Ausstrahlung: Ich lag einfach da ... in der erbarmungslosen S. dieser Leere (Nossack, Begegnung 347); Insofern hat die S. altertümlicher Königsarroganzen bis heute nicht ganz aufgehört (Sloterdijk, Kritik 423).

Universal-Lexikon. 2012.

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