Freundlich sieht es aus, das Mammolabor, hell erleuchtet, weiß getüncht. Nur rote Leuchten und schwarz-gelbe Warndreiecke deuten darauf hin, dass die Strahlen hinter den schweren Bleitüren nicht harmlos, sondern ionisierend sind. Das Mammolabor im Hause Philips in der Röntgenstraße 24 besteht aus einer Schaltzentrale und vier Blei-Boxen, die mit Mammographie-Röntgensystemen der neuesten Generation bestückt sind. Systemstest, Messungen und Berechnungen werden hier gemacht; manchmal so ähnlich wie das, was die fünf Schülerinnen und zehn Schüler vom Walddörfer-Gymnasium gerade errechnet haben.

Ein Exkurs kurz vor dem Abschluss sei das heute, erklärt Philipp. „Wir wollen Physik auch mal praktisch erleben und überprüfen, was wir sonst nur in der Theorie rechnen“, so der Zwölftklässler. In der Theorie haben die Schüler zunächst errechnet, wie viel Energie von einem Röntgenstrahl absorbiert wird, wenn man ihn durch eine fünf Zentimeter hohe Wassersäule schickt. „Wasser ist äquivalent zu Gewebe. Der menschliche Körper besteht hauptsächlich daraus“, erklärt Christoph Kurze die Aufgabenstellung. Der Philips Ingenieur übernimmt auch die Umsetzung vor Ort.

Dabei werden sowohl didaktische Fähigkeiten als auch die Geduld des Konzeptioners auf die Probe gestellt: ein Teil der Schüler erscheint verspätet. „Das hat mich sehr gestört“, gibt Kurze zu. Schwamm drüber. Bei der Arbeit mit Excel, dem Lichtspektrum der Röntgenröhre und dem Massenabsorptionskoeffizienten von Wasser kommen sich Ingenieur und Schüler ein wenig näher. Kurze hilft auf die Sprünge, wenn die Schüler mit der Einheit Metern statt mit Zentimetern rechnen oder vergessen, Mega-Elektronenvolt in Kilo-Elektronenvolt umzuwandeln.  

Eine typische Aufgabenstellung aus der Strahlenphysik sei das, so der Ingenieur. „Man möchte wissen, wie sehr ein Objekt im Strahlengang die Strahlung schwächt.“ Das sei auch viel Mathe, wie es eben für die Physik nicht untypisch ist. Die Physik dahinter: es gibt ein Schwächungsgesetz für monoenergetische Strahlungen, das aber auch auf die einzelnen Frequenzen eines Farbspektrums aus der Röntgenröhre übertragen werden kann.

Genau das haben die Schüler getan, die Werte für jedes einzelne Energieband berechnet und anschließend addiert. „Damit haben wir die Energie beim Eintreten in die Wassersäule bestimmt“, erklärt Philipp. Die Ausgangsenergie wird dann mit Hilfe des Massenabsorptionskoeffizienten von Wasser berechnet. Das Ergebnis: fast 97 Prozent der Strahlung werden absorbiert. Stimmt das Ergebnis mit den Werten aus den Mammolabor überein, heißt dies, dass hinter dem Wasser nur 3 Prozent Strahlung herauskommen. "Das ist nicht gerade viel", staunt Philipp.

Aber wie soll der Versuchsaufbau aussehen, um die Werte im Labor zu überprüfen? Die Schüler drängeln sich um das Mammographie-Röntgengerät in einer Kammer und sind etwas ratlos. „Welche Größen wollen wir denn messen?“, fragt Ingenieur Kurze. Von der Einheit Sievert haben die Schüler spätestens durch das Reaktorunglück in Fukushima gehört. Es ist die Maßeinheit für gewichtete und damit schädigende Strahlendosis. „Die physikalische Grundeinheit ist Gray und wird mit einem Dosimeter gewesen“, so Kurze. Dafür nutze man zwei Platten, darin ein Gasgemisch, das ionisiert wird. „Den dabei entstehenden Strom kann man messen.“

Die Schüler schlagen vor, die Dosis einmal ohne Objekt, dann mit Wassergefäß zu messen und schließlich das erste Ergebnis durch das zweite zu teilen. Der Philips Ingenieur ist einverstanden und schickt alle erst mal wieder aus der Kammer. Warum, das haben spätestens die Berechnungen der Schüler deutlich gemacht: Wenn ein so großer Anteil der hochenergetischen Strahlungen vom Körper absorbiert wird, kann das zu Schäden führen. Durch 100.000 Röntgenuntersuchungen erkranken ein bis drei Patienten an Krebs, so Christoph Kurze. „Aber der medizinische Nutzen ist größer.“ Die Philips Entwickler arbeiten daran, mit noch weniger Dosis bestmögliche Bildqualität und damit Diagnostik zu erhalten.

Dafür machen die Forscher analoge Versuchsaufbauten zu denen der Schüler und haben mit vergleichbaren Schwierigkeiten zu kämpfen: Der gemessene Absorptionswert ist nur halb so groß wie in der Theorie errechnet. „Was ist denn in unserem theoretischen Experiment anders als in der Realität jetzt“, lautet  jetzt die typische Forscherfrage. Die Schüler nennen die zusätzliche Plexiglasscheibe, das Wassergefäß, das selbst Strahlung absorbiert und der Ingenieur weist noch auf das Abstandsquadratgesetz hin: „Je weiter ich mich von der Strahlenquelle entferne, desto stärker nimmt die Strahlung im Quadrat ab“, so Kurze. Angesichts dieser Fehlerquellen sei der Faktor zwei zwischen Rechnung und Simulation ein durchaus gutes Ergebnis, ermuntert der Ingenieur.

Die Schüler sind damit zufrieden. „Man rechnet mit idealisierten Umständen, die von der Realität abweichen“, so Hauke. Das Faszinierende daran sei, es so hinzubekommen, dass man möglichst nah an die Realität herankommt. Hauke will Physik studieren, vielleicht auch im Ausland und kann sich eine Zukunft in der Forschung vorstellen: „Ich bin einfach neugierig, wie das alles wirklich funktioniert“, so der 17jährige. Für seinen Tischnachbarn Philipp kommt das nicht in Frage: „Das ist einfach nicht mein Ding, ich brauche das Greifbare und möchte Maschinenbau studieren.“

Gerade die Mischung aus Theorie und Praxis hat den Schülern an der Philips Exkursion gefallen: „Ich finde das Thema interessant und dass wir das jetzt praktisch umsetzen, ist noch interessanter“, sagt Alyona. Die junge Russin ist seit fünf Jahren in Hamburg. Zeit genug, die Bildungssysteme zu vergleichen: „In Russland hatte ich viel mehr Physik, Technik und Mathe in der Schule. Das hat mir hier schon geholfen.“ Das wird der Schülerin auch bei der Umwelttechnik helfen, die sie demnächst an der TU Hamburg-Harburg studieren möchte. Es dürfte auch allen zukünftigen Strahlenforschern helfen, die laut Kurze dreierlei für ihre Ausbildung benötigen: „Physik, Physik und noch mal Physik.“