Röntgen mit der Tesarolle

Zieht man ein Klebeband zügig von der Rolle ab, so entsteht neben sichtbarem Licht und Elektronen auch Röntgenstrahlung.

Von Rainer Scharf

Zuckerkristalle leuchten geheimnisvoll auf, wenn man sie in einem Mörser zerkleinert. Ähnlich mysteriös erscheint das grünliche Leuchten von Klebebändern, die von ihrer Unterlage abgezogen werden. Dies sind zwei Beispiele für mechanisch hervorgerufene Lichterscheinungen, die man unter dem Begriff Tribolumineszenz zusammenfasst. Sowohl beim Zucker als auch beim Klebeband kommt es zu elektrischen Entladungen, die die Luftmoleküle zur Abstrahlung von Licht anregen, was man im Dunkeln als Leuchten sehen kann. Im Falle des Klebebandes können zudem intensive Pulse von Röntgenstrahlung entstehen, wie Forscher von der University of California in Los Angeles jetzt beobachtet haben.

Um das Leuchten eines Klebebandes beim Abziehen genauer beobachten zu können, haben Seth Putterman und seine Kollegen einen Apparat gebaut, der einem Tonbandgerät ähnelt. Das durchsichtige Band wurde mit einer konstanten Geschwindigkeit von einigen Zentimetern pro Sekunde von einer Rolle abgezogen und auf einen elektrisch angetriebenen Zylinder gewickelt.

Die Forscher maßen die zum Abwickeln nötige Kraft und filmten das auftretende Lumineszenzleuchten des Klebebandes. Außerdem stellten sie einen Röntgendetektor und einen Phosphorschirm auf, mit denen sich Röntgenstrahlung und schnelle Elektronen nachweisen ließen. Um das Leuchten des Klebebandes auch bei extrem geringem Luftdruck untersuchen zu können, war die Apparatur in eine Vakuumkammer untergebracht worden.

Unter normalem Luftdruck trat an der Stelle, wo sich das Band von der Kleberolle löste, ein helles bläuliches Leuchten auf. Das Spektrum des emittierten Lichtes zeigte deutlich, dass vor allem der Stickstoff der Luft zum Leuchten beitrug. Die Moleküle waren offenkundig durch Zusammenstöße mit energiereichen Elektronen angeregt worden, die ihre Gegenwart über charakteristische Lichtblitze auf dem Phosphorschirm verrieten. Für das bläuliche Leuchten machen die Forscher die "Triboaufladung" des Klebebandes verantwortlich. Wenn die klebrige Unterseite des Bandes - so ihre Erklärung - sich von der darunter liegenden, glatten Bandoberseite löst, findet eine Ladungstrennung statt.

Die klebrige Seite lädt sich positiv, die glatte Seite der Kleberolle negativ auf. Es entsteht eine elektrische Spannung zwischen den beiden Seiten, die Elektronen freisetzt und beschleunigt, so dass sie den Stickstoff zum Leuchten anregen können.

Als Putterman und seine Kollegen ihr Experiment unter Vakuumbedingungen bei einem Luftdruck von etwa einer Millionstel Atmosphäre wiederholten, veränderte sich das Leuchten nur wenig. Die Forscher konnten aber zusätzlich Röntgenstrahlung nachweisen, die in mehreren Pulsen pro Sekunde freigesetzt wurde. Wie sie in der Zeitschrift "Nature" (Bd. 455, S. 1089) berichten, traten die nur einige Milliardstel Sekunden währenden Pulse genau dann auf, wenn die Kraft, die zum Abwickeln des Klebebandes nötig war, für Sekundenbruchteile plötzlich nachließ. Dabei löste sich auch das Klebeband ruckartig von der Unterlage. Die Folge war eine besonders hohe elektrische Spannung, durch die die Elektronen stark beschleunigt wurden. Bei geringem Gasdruck führten die Elektronen nur wenige Kollisionen mit Luftmolekülen aus, so dass sie nahezu ungebremst mit hoher Energie auf der positiv geladenen Seite des Klebebandes aufschlugen. Dabei entstand die beobachtete Röntgenstrahlung.

Die Strahlung war zumindest so intensiv, dass die Forscher mit ihr bei einer Belichtungszeit von zwanzig Sekunden Röntgenaufnahmen eines Fingers machen konnten. Das Klebeband ließe sich nach ihrer Meinung als einfache und preiswerte Röntgenquelle für lokale Aufnahmen nutzen. Ein entsprechendes Patent haben Putterman und seine Kollegen schon angemeldet. Da die Röntgenstrahlung aber nur bei extrem geringem Luftdruck entsteht, was eines Vakuums bedarf, kann man Klebebänder auch weiterhin ohne Bedenken kraftvoll von der Rolle abziehen. Schäden für die Gesundheit müssen nicht befürchtet werden.

Text: F.A.Z., 26.11.2008, Nr. 277 / Seite N1