Röntgenoptiken

Röntgenkapillaroptiken dienen der Weiterleitung und Formung von Röntgenstrahlung.

Derartige Systeme sind entweder Monokapillaren, wie z. B. zylindrische, ellipsoidale oder paraboloidale Kapillaren oder Polykapillaren, die aus einem monolithischen System einer großen Anzahl von hohlen Kapillarkanälen bestehen. Ihre Wirkungsweise beruht auf dem Effekt der äußeren Totalreflektion von Röntgenstrahlung an den inneren glatten Oberflächen der Kapillarkanäle. Für Einfallswinkel unterhalb des Grenzwinkels der Totalreflektion erreicht der Reflexionskoeffizient Werte nahe 100 % und die Röntgenstrahlung wird mit geringen Verlusten durch die Optik geleitet. Der Grenzwinkel ist in hohem Maße vom reflektierenden Material und der Röntgenphotonenenergie abhängig. Als Grundmaterial zur Herstellung von Röntgenkapillaroptiken wird der Werkstoff Glas verwendet. Die geringe Rauheit der reflektierenden Glasoberfläche hält den Anteil der diffus gestreuten Strahlkomponente gering, so dass ein effektiver Transport der Röntgenstrahlung durch die Glaskapillaren erreicht wird. Aufgrund dieser Eigenschaften können Kapillaroptiken Röntgenstrahlen derart von der Quelle zur Probe leiten, so dass eine hohe Intensität in einem definierten Bereich der Probenoberfläche konzentriert wird.

Röntgenkapillaroptiken unterscheiden sich hinsichtlich der Anzahl der Reflektionen an den Innenoberflächen der Kapillaren. Es gibt Kapillarsysteme mit nur einer Reflektion und mit mehrfachen Reflektionen.


Röntgenkapillare mit einer Reflektion



Röntgenkapillare mit mehrfacher Reflektion

Ein monolithisches System aus mehreren gebogenen hohlen Kapillarkanälen wird als Röntgenpolykapillaroptik bezeichnet. Es handelt sich hierbei um ein System mit mehrfachen Reflektionen. Es ist in der Lage, die Strahlung einer Röntgenquelle zu einem Raumbereich in einem definierten Abstand von der Quelle mit geringen Intensitätsverlusten zu leiten. In diesem Bereich, der als Brennfleck einer solchen fokussierenden Optik bezeichnet wird, kann eine sehr hohe Intensität konzentriert werden.


Röntgenpolykapillaroptik

Röntgenkapillaroptiken lassen sich für eine große Zahl von Anwendungen wie Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA, µRFA, 3D-µRFA), Röntgendiffraktometrie (XRD, µXRD), zeitaufgelöste RFA und XRD, wellenlängendispersive Spektroskopie (WDS), Elektronenmikroskopie (REM) und Röntgenmikroskopie einsetzen. Wesentliche Angaben zur Spezifizierung der Geometrie der Optik sind die Eigenschaften der Röntgenquelle, die gewünschte Strahlformung, die angestrebte Brennfleckgröße und der Energiebereich der Photonen, die effektiv geleitet werden sollen. Die VDI/VDE Richtlinie 5575 beschreibt alle Arten von Röntgenoptiken einschließlich Kapillaroptiken und ihre Haupteigenschaften. Weitere Informationen zu den Optiktypen finden Sie auf den Unterseiten.

Röntgenlichtleiter

Die einfachste Ausführung einer Kapillaroptik ist der Röntgenlichtleiter, eine zylindrisch geformte Monokapillare. Sie kollimiert den Röntgenstrahl räumlich und begrenzt den Divergenzwinkel am Strahlausgang auf den Grenzwinkel (kritischen Winkel) der äußeren Totalreflektion.

Elliptische Monokapillare

Ellipsoidal geformte Röntgen-Monokapillaren gehören zu den abbildenden optischen Systemen mit einmaliger Totalreflexion. Daher wird die Größe des Brennflecks nicht nur durch die Herstellungsgenauigkeit der abbildenden Optik (z.B. Winkel-Tangenten-Fehler (Slope-Error), „Geradheit“ und weitere) bestimmt sondern auch durch die Form der Quelle selbst.

Parabolische Monokapillare

Eine Röntgenmonokapillare von parabolischer Form gestattet es, die von einer im Brennpunkt liegenden punktförmigen Quelle ausgehende Strahlung zu parallelisieren oder Parallelstrahlen in einen Brennpunkt zu fokussieren.

Fokussierende Polykapillare

Dieser Optiktyp ermöglicht die Fokussierung von Röntgenstrahlung. Je nach Anwendungsziel können einzelne Parameter der Optik optimiert werden. So ist es möglich, kleine Brennflecke auf der Probe zu erreichen oder hohe Intensitäten.

Kollimierende Polykapillare

Dieser Optiktyp gestattet es, divergente Strahlung zu parallelisieren und zu kollimieren. Der divergente Eingangsstrahl wird in einen quasiparallelen Ausgangsstrahl umgeformt.

Poly-CCC

Ein Poly-CCC (Poly-Capillary Conic Collimator) ist eine Röntgenpolykapillaroptik mit konischer Grundform. Divergierende Strahlen können kollimiert und weitergeleitet werden.

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