Was ist differentielle Absorption?
Die differentielle Absorption ist ein Phänomen, bei dem eine Substanz mit gemischten Komponenten Strahlung aufgrund des unterschiedlichen Aufbaus der Komponenten mit unterschiedlichen Raten absorbiert und reflektiert. Ein klassisches Beispiel hierfür ist die Röntgenbildgebung, bei der ein Arzt durch Bestrahlung des Patienten ein Bild des Körperinneren eines Patienten aufnehmen kann, um den Film freizulegen. Die Strukturen des Körpers sind auf dem Film sichtbar, weil sie Röntgenstrahlen in unterschiedlichem Maße absorbieren. Knochen absorbiert zum Beispiel viele Röntgenstrahlen und somit bleibt der Film unbelichtet, um die Knochen des Patienten zu zeigen.
Die medizinische Bildgebung ist nicht das einzige Gebiet, in dem die differentielle Absorption nützlich ist. Es kann auch bei Aktivitäten wie der Messung der Konzentrationen von atmosphärischen Gasen, der Untersuchung entfernter Ereignisse im Weltraum und der Analyse von Boden- und Felsformationen hilfreich sein. In all diesen Fällen verlassen sich die Menschen auf die Tatsache, dass Materialien Strahlung mit unterschiedlichen Raten absorbieren und reflektieren, um Daten zu sammeln.
Der Techniker kann die Klarheit und Qualität des Bildes einstellen, indem er verschiedene Arten von Strahlung verwendet oder die Intensität ändert. In der medizinischen Bildgebung müssen Menschen ein Gleichgewicht zwischen einem guten Bild und der Gefährdung des Patienten finden. Beispielsweise ist es bei der Röntgenbildgebung möglich, eine höhere Auflösung zu erzielen, dies würde den Patienten jedoch einer unannehmbar hohen Strahlenbelastung aussetzen. Wissenschaftliche Forscher, die die differentielle Absorption nutzen, müssen auch die Auswirkungen der Strahlung auf das Experiment berücksichtigen.
In der Physik nutzen Wissenschaftler die differentielle Absorption mit Techniken wie Lichtdetektion und Entfernungsmessung (LIDAR), um mehr über die Zusammensetzung der Atmosphäre zu erfahren. Dabei werden Lichtimpulse in einen interessierenden Bereich geschossen und das reflektierte Licht bei seiner Rückkehr abgelesen. Einige der Gase in der Atmosphäre absorbieren das Licht, während andere es reflektieren, und das Ausmaß der auftretenden Streuung kann den Forschern mitteilen, welche Gase vorhanden sind. Sie können Daten von anderen Standorten vergleichen, um Themen wie die Ozonschicht, die Meteorologie und die Auswirkungen der Verschmutzung auf die Atmosphäre zu untersuchen.
In den Bodenwissenschaften und der Geologie kann die differentielle Absorption eine nützliche Methode sein, um Daten darüber zu sammeln, was unter der Oberfläche der Erde oder des Ozeans geschieht. Archäologen verwenden diese Technik auch zur Untersuchung von Grabstätten. Am häufigsten wird dabei ein Gerät verwendet, das Schallwellen aussendet. Das Gerät bewegt sich über die Oberfläche und die reflektierten Schallwellen teilen den Technikern mit, was sich darunter befindet, da Felsformationen, Schiffswracks oder vergrabene Gebäude Schallwellen mit einer anderen Geschwindigkeit reflektieren als der Boden. Unterschiedliche Bodenarten haben auch unterschiedliche Reflexionsmuster.