Radiometrie

Radiometrie ist die Wissenschaft und Technik der Messung von Strahlung. Dazu zählen die elektromagnetische Strahlung, insbesondere die optische Strahlung^[1], sowie historisch auch die ionisierende Strahlung (α, β und γ). Ihre Anwendungen finden sich in Bereichen wie Physik, Astronomie, Geophysik und Radiogeologie.^[2] Die Radiometrie misst die Intensität von Strahlung, während die Spektroskopie die spektrale Verteilung von Strahlung analysiert.

Heutzutage versteht man unter Radiometrie vor allem die Messung optischer oder nichtionisierender Strahlung.^[3]^[4] Im Zusammenhang mit der Radioaktivität spricht man von der Messung von Kernstrahlung oder Kernstrahlungsmessung.

Es existieren viele weitere Spezialgebiete, z. B. die Mikrowellenradiometrie^[5], Giga- oder Terahertzradiometrie, Schwarzer Strahler-Radiometrie usw. Radiometrie ist nicht mit Radiologie oder Radiographie zu verwechseln.

Photometrie

Die Radiometrie ist mit der Photometrie („Messung des sichtbaren Lichts“) verwandt und stellt die Erweiterung in die Messbereiche des Infraroten und Ultravioletten dar.^[6] 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 elektromagnetischer 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	$\Phi _{\mathrm {e} }$	W (Watt)	Strahlungsenergie durch Zeit	Lichtstrom luminous flux	$\Phi _{\mathrm {v} }$	lm (Lumen)
Strahlstärke Strahlungsstärke, radiant intensity	$I_{\mathrm {e} }$	W/sr	Strahlungsfluss durch Raumwinkel	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 übertragene Energie	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 dem photometrischen Strahlungsäquivalent K, das die Empfindlichkeit des menschlichen Auges angibt.

Strahlungsmesstechnik

Von den oben genannten optischen Größen werden hauptsächlich Strahlungsfluss, Bestrahlungsstärke und Strahldichte gemessen. Detektoren zur physikalischen Messung der Bestrahlungsstärke heißen Radiometer. Ein Radiometer besteht aus der Eingangsoptik (beziehungsweise der Messöffnung/Antenne), dem spektralen Filter, dem eigentlichen Sensor, der zugehörigen Elektronik und dem Anzeigegerät beziehungsweise Display.

Eine Vielzahl von Strahlungsdetektoren existieren zur Messung elektromagnetischer Strahlung.

Informationen zu Messgeräten für radioaktive Strahlung siehe dort und die Literaturangaben zur Kernstrahlungsmesstechnik.

Gamma-Radiometrie

Die Gamma-Radiometrie oder genauer die Radiometrische Datierung 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.

Mit der Gammaspektroskopie kann man dagegen die Zusammensetzung von Proben analysieren.

Siehe auch

Literatur

Kernstrahlungsmesstechnik

W. I. Baranow: Radiometrie. Teubner, Leipzig 1959.
V. Kment, A. Kuhn: Technik des Messens radioaktiver Strahlung (= Technisch-Physikalische Monographien. Band 11). Akademische Verlagsgesellschaft, Berlin 1963.
Knut Bächmann: Messung radioaktiver Nuklide (= Kernchemie in Einzeldarstellungen. Band 2). Verlag Chemie, Weinheim 1970.
Glenn F. Knoll: Radiation Detection and Measurement. 4. Auflage. John Wiley, Hoboken, NJ 2010, ISBN 978-0-470-13148-0 (archive.org).
Hanno Krieger: Strahlungsmessung und Dosimetrie. Vieweg+Teubner, Wiesbaden 2011, ISBN 978-3-8348-1546-0, doi:10.1007/978-3-8348-8128-1.

Optische Radiometrie

Allen Stimson: Photometry and Radiometry for Fngineers. John Wiley & Sons, New York 1974, ISBN 978-0-471-82531-9 (englisch, archive.org).
Franc Grum, Richard J. Becherer: Radiometry (= Optical Radiation Measurements. Band 1). Academic Press, New York 1979, ISBN 978-0-12-304901-8 (englisch, archive.org).
Robert W. Boyd: Radiometry and the Detection of Optical Radiation (= Wiley Series in Pure and Applied Optics). John Wiley & Sons, New York 1983, ISBN 978-0-471-86188-1 (englisch, archive.org).
James M. Palmer, Barbara G. Grant: The Art of Radiometry. SPIE, 2009, ISBN 978-0-8194-7245-8, doi:10.1117/3.798237 (englisch).
Michael Bass, Optical Society of America (Hrsg.): Handbook of Optics. 3. Auflage. v. 5. McGraw-Hill, New York 2010, ISBN 978-0-07-170160-0 (englisch, mheducation.com – Volume II covers design, fabrications, testing, sources, detectors, radiometry, and photometry.).
Willam Ross McCluney: Introduction to Radiometry and Photometry (= Artech House Applied Photonics Series). 2nd Auflage. Artech House, Boston 2014, ISBN 978-1-60807-833-2 (englisch, artechhouse.com).

Weblinks

Commons: Radiometry – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise

↑ Ekbert Hering, Gert Schönfelder: Radio- und fotometrische Größen. In: Sensoren in Wissenschaft und Technik. Springer Fachmedien Wiesbaden, Wiesbaden 2023, ISBN 978-3-658-39490-5, S. 539–560, doi:10.1007/978-3-658-39491-2_8 (springer.com [abgerufen am 30. Oktober 2025]).
↑ Christian Oelsner, Heinz Schubert: Radiometrie. In: Geophysik. Springer Berlin Heidelberg, Berlin, Heidelberg 1997, ISBN 978-3-662-07724-5, S. 725–747, doi:10.1007/978-3-662-07723-8_9 (springer.com [abgerufen am 30. Oktober 2025]).
↑ James H. Shirley: Radiometry. In: Encyclopedia of Planetary Science. Kluwer Academic Publishers, Dordrecht 1997, ISBN 978-0-412-06951-2, S. 682–683, doi:10.1007/1-4020-4520-4_336 (englisch, springer.com [abgerufen am 30. Oktober 2025]).
↑ Michael Bukshtab: Photometry, Radiometry, and Measurements of Optical Losses (= Springer Series in Optical Sciences. Band 209). Springer Singapore, Singapore 2019, ISBN 978-981-10-7744-9, doi:10.1007/978-981-10-7745-6 (englisch).
↑ Hirohiko Masunaga: Microwave Radiometry. In: Satellite Measurements of Clouds and Precipitation: Theoretical Basis. Springer Nature, Singapore 2022, ISBN 978-981-19-2243-5, S. 193–223, doi:10.1007/978-981-19-2243-5_9 (englisch).
↑ Ekbert Hering, Gert Schönfelder: Radio- und fotometrische Größen. In: Sensoren in Wissenschaft und Technik. Vieweg+Teubner Verlag, Wiesbaden 2012, ISBN 978-3-8348-0169-2, S. 441–460, doi:10.1007/978-3-8348-8635-4_8 (springer.com [abgerufen am 30. Oktober 2025]).

[1] Ekbert Hering, Gert Schönfelder: Radio- und fotometrische Größen. In: Sensoren in Wissenschaft und Technik. Springer Fachmedien Wiesbaden, Wiesbaden 2023, ISBN 978-3-658-39490-5, S. 539–560, doi:10.1007/978-3-658-39491-2_8 (springer.com [abgerufen am 30. Oktober 2025]).

[2] Christian Oelsner, Heinz Schubert: Radiometrie. In: Geophysik. Springer Berlin Heidelberg, Berlin, Heidelberg 1997, ISBN 978-3-662-07724-5, S. 725–747, doi:10.1007/978-3-662-07723-8_9 (springer.com [abgerufen am 30. Oktober 2025]).

[3] James H. Shirley: Radiometry. In: Encyclopedia of Planetary Science. Kluwer Academic Publishers, Dordrecht 1997, ISBN 978-0-412-06951-2, S. 682–683, doi:10.1007/1-4020-4520-4_336 (englisch, springer.com [abgerufen am 30. Oktober 2025]).

[4] Michael Bukshtab: Photometry, Radiometry, and Measurements of Optical Losses (= Springer Series in Optical Sciences. Band 209). Springer Singapore, Singapore 2019, ISBN 978-981-10-7744-9, doi:10.1007/978-981-10-7745-6 (englisch).

[5] Hirohiko Masunaga: Microwave Radiometry. In: Satellite Measurements of Clouds and Precipitation: Theoretical Basis. Springer Nature, Singapore 2022, ISBN 978-981-19-2243-5, S. 193–223, doi:10.1007/978-981-19-2243-5_9 (englisch).

[6] Ekbert Hering, Gert Schönfelder: Radio- und fotometrische Größen. In: Sensoren in Wissenschaft und Technik. Vieweg+Teubner Verlag, Wiesbaden 2012, ISBN 978-3-8348-0169-2, S. 441–460, doi:10.1007/978-3-8348-8635-4_8 (springer.com [abgerufen am 30. Oktober 2025]).

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