Radiometrie

Radiometrieist die Wissenschaft von der Messung elektromagnetischer Strahlung und ihre Anwendung inPhysik,AstronomieundGeophysik.Sie ist mit derPhotometrie(„Messung des sichtbaren Lichts “) verwandt und stellt die Erweiterung in die Bereiche desInfrarotenundUltravioletten,aber auch derGammastrahlendar.

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 EinheitWatt(W).

Grundlagen

Die quantitative Messung vonStrahlungsintensitätenerfolgt mit verschiedenen Arten vonDetektoren.Sie wandeln einen Teil der Strahlung in Wärme oder ein elektrischesSignalum, woraus unter anderem auf die Art der strahlenden Oberfläche und ihreTemperaturgeschlossen werden kann. Als Vergleich dient oft der theoretisch ideale „schwarze Strahler“und die für diesen geltendenStrahlungsgesetze.

Radiometrische Größen

Um die Eigenschaften von Strahlungsquelle, Empfänger und bestrahltem Material beschreiben zu können, hat man radiometrische Größen definiert. Ihnen entsprechen für sichtbares Licht jeweilsphotometrische Größen,die die spektraleHellempfindlichkeitdes menschlichen Auges berücksichtigen.

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

Radiometer

Die Detektoren zurphysikalischenMessung von Strahlungsgrößen heißenRadiometer.Von den oben genannten Größen werden hauptsächlich Strahlungsfluss, Bestrahlungsstärke und Strahldichte gemessen.

Ein Radiometer besteht aus der Eingangsoptik (beziehungsweise der Messöffnung/Antenne), demspektralen Filter,dem eigentlichenSensor,der zugehörigen Elektronik und demAnzeigegerätbeziehungsweise Display.

Gamma-Radiometrie

Die Radiometrie vonGammastrahlungist in der Geophysik und anderen Geowissenschaften eine wichtige Methode zur Bestimmung vonGesteinenund ihrem Stoffgehalt. Grundlage ist dieRadioaktivitätder in ihnen enthaltenenNuklide,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(Mementovom 16. Mai 2006 imInternet 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.