Radiometrie ist die Wissenschaft von der Messung elektromagnetischer Strahlung und ihre Anwendung in Physik, Astronomie und Geophysik. Sie ist mit der Photometrie („Messung des sichtbaren Lichts“) verwandt und stellt die Erweiterung in die Bereiche des Infraroten und Ultravioletten, aber auch der Gammastrahlen dar.
Im Gegensatz zur Photometrie, die optische Größen behandelt, die sich an der Empfindlichkeit des menschlichen Auges orientieren, zielt die Radiometrie auf die Messung der Leistung (Energie pro Zeitspanne), die eine Lichtquelle abgibt oder auf eine gegebene Oberfläche trifft. Dementsprechend basieren die Einheiten sämtlicher radiometrischer Größen auf der Einheit Watt (W).
Grundlagen
Die quantitative Messung von Strahlungsintensitäten erfolgt mit verschiedenen Arten von Detektoren. Sie wandeln einen Teil der Strahlung in Wärme oder ein elektrisches Signal um, woraus unter anderem auf die Art der strahlenden Oberfläche und ihre Temperatur geschlossen werden kann. Als Vergleich dient oft der theoretisch ideale „schwarze Strahler“ und die für diesen geltenden Strahlungsgesetze.
Radiometrische Größen
Um die Eigenschaften von Strahlungsquelle, Empfänger und bestrahltem Material beschreiben zu können, hat man radiometrische Größen definiert. Ihnen entsprechen für sichtbares Licht jeweils photometrische Größen, die die spektrale Hellempfindlichkeit des menschlichen Auges berücksichtigen.
radiometrische Größe | Symbol a) | SI-Einheit | Beschreibung | photometrische Entsprechung b) | Symbol | SI-Einheit |
Strahlungsfluss Strahlungsleistung, radiant flux, radiant power |
W (Watt) |
Strahlungsenergie durch Zeit | Lichtstrom luminous flux |
lm (Lumen) | ||
Strahlstärke Strahlungsstärke, radiant intensity |
W/sr | Strahlungsfluss durch Raumwinkel | Lichtstärke luminous intensity |
cd = lm/sr (Candela) | ||
Bestrahlungsstärke irradiance |
W/m2 | Strahlungsfluss durch Empfängerfläche | Beleuchtungsstärke illuminance |
lx = lm/m2 (Lux) | ||
Spezifische Ausstrahlung Ausstrahlungsstromdichte, radiant exitance |
W/m2 | Strahlungsfluss durch Senderfläche | Spezifische Lichtausstrahlung luminous exitance |
lm/m2 | ||
Strahldichte Strahlungsdichte, Radianz, radiance |
W/m2sr | Strahlstärke durch effektive Senderfläche | Leuchtdichte luminance |
cd/m2 | ||
Strahlungsenergie Strahlungsmenge, radiant energy |
J (Joule) |
durch Strahlung übertragene Energie | Lichtmenge luminous energy |
lm·s | ||
Bestrahlung Einstrahlung, radiant exposure |
J/m2 | Strahlungsenergie durch Empfängerfläche | Belichtung luminous exposure |
lx·s | ||
Strahlungsausbeute radiant efficiency |
1 | Strahlungsfluss durch aufgenommene (meist elektrische) Leistung | Lichtausbeute (overall) luminous efficacy |
lm/W |
Radiometer
Die Detektoren zur physikalischen Messung von Strahlungsgrößen heißen Radiometer. Von den oben genannten Größen werden hauptsächlich Strahlungsfluss, Bestrahlungsstärke und Strahldichte gemessen.
Ein Radiometer besteht aus der Eingangsoptik (beziehungsweise der Messöffnung/Antenne), dem spektralen Filter, dem eigentlichen Sensor, der zugehörigen Elektronik und dem Anzeigegerät beziehungsweise Display.
Gamma-Radiometrie
Die Radiometrie von Gammastrahlung ist in der Geophysik und anderen Geowissenschaften eine wichtige Methode zur Bestimmung von Gesteinen und ihrem Stoffgehalt. Grundlage ist die Radioaktivität der in ihnen enthaltenen Nuklide, also ihre spontane Umwandlung in andere chemische Elemente. Die bei Zerfallsprozessen entstehende hochenergetische Gamma-Strahlung hat für jedes Nuklid eine typische Energieverteilung, das sog. Gammaspektrum. Die quantitative Analyse der natürlichen Isotope (vor allem Uran, Thorium, Kalium-40 und Kohlenstoff-14) erlaubt eine Charakterisierung der Gesteine.
Literatur
- Noboru Ohta, Alan R. Robertson: Colorimetry: Fundamentals and Applications, Wiley-IS&T Series, West Sussex 2006. ISBN 978-0-470-09473-0
- Bergmann, Schaefer, Lehrbuch der Experimentalphysik Bd. 3 „Optik“, De Gruyter, Berlin, New York, 1993
Weblinks
- Infrarot-Radiometrie ( vom 16. Mai 2006 im Internet Archive)
- ISO 80000-7:2019(en) Quantities and units — Part 7: Light and radiation. In: ISO Online Browsing Platform (OBP). ISO, 2019, abgerufen am 14. Juli 2024.