Radiometrie

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, angegeben in Watt), die eine Lichtquelle abgibt oder auf eine gegebene Oberfläche trifft. Dementsprechend basieren die Einheiten sämtlicher radiometrischer Größen auf der Einheit Watt (W).^[1]

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	Symbol⁠a)	SI-Einheit	Beschreibung	photometrische Entsprechung⁠b)	Symbol	SI-Einheit
Strahlungs­fluss Strahlungs­leistung, radiant flux, radiant power	${\displaystyle \Phi _{\mathrm {e} }}$	W (Watt)	Strahlungsenergie durch Zeit	Lichtstrom luminous flux	${\displaystyle \Phi _{\mathrm {v} }}$	lm (Lumen)
Strahl­stärke Strahlungs­stärke, radiant intensity	${\displaystyle I_{\mathrm {e} }}$	W/sr	Strahlungsfluss durch Raumwinkel	Lichtstärke luminous intensity	${\displaystyle I_{\mathrm {v} }}$	cd = lm/sr (Candela)
Bestrahlungs­stärke irradiance	${\displaystyle E_{\mathrm {e} }}$	W/m2	Strahlungsfluss durch Empfänger­fläche	Beleuchtungs­stärke illuminance	${\displaystyle E_{\mathrm {v} }}$	lx = lm/m2 (Lux)
Spezifische Ausstrahlung Ausstrahlungs­strom­dichte, radiant exitance	${\displaystyle M_{\mathrm {e} }}$	W/m2	Strahlungsfluss durch Sender­fläche	Spezifische Lichtausstrahlung luminous exitance	${\displaystyle M_{\mathrm {v} }}$	lm/m2
Strahldichte Strahlungsdichte, Radianz, radiance	${\displaystyle L_{\mathrm {e} }}$	W/m2sr	Strahlstärke durch effektive Senderfläche	Leuchtdichte luminance	${\displaystyle L_{\mathrm {v} }}$	cd/m2
Strahlungs­energie Strahlungsmenge, radiant energy	${\displaystyle Q_{\mathrm {e} }}$	J (Joule)	durch Strahlung übertragene Energie	Lichtmenge luminous energy	${\displaystyle Q_{\mathrm {v} }}$	lm·s
Bestrahlung Einstrahlung, radiant exposure	${\displaystyle H_{\mathrm {e} }}$	J/m2	Strahlungsenergie durch Empfänger­fläche	Belichtung luminous exposure	${\displaystyle H_{\mathrm {v} }}$	lx·s
Strahlungs­ausbeute radiant efficiency	${\displaystyle \eta _{\mathrm {e} }}$	1	Strahlungsfluss durch auf­ge­nom­mene (meist elek­trische) Leistung	Lichtausbeute (overall) luminous efficacy	${\displaystyle \eta _{\mathrm {v} }}$	lm/W

^a) 

Der Index „e“ dient zur Abgrenzung von den photo­metrischen Größen. Er kann weggelassen werden.

^b) 

Die photometrischen Größen sind die radiometrischen Größen, gewichtet mit dem photo­metrischen Strahlungs­äquivalent K, das die Empfindlich­keit des menschlichen Auges angibt.

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

→ Hauptartikel: Radiometrische Datierung

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

Commons: Radiometry – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

• Infrarot-Radiometrie (Memento 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.

Einzelnachweise

1. Grundlegende radiometrische Größen. In: gigahertz-optik.com. Gigahertz Optik GmbH, abgerufen am 27. November 2021.

Normdaten (Sachbegriff): GND: 4048219-4 (lobid, OGND)