Weiteres zur Röntgenphysik: Difference between revisions
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Revision as of 14:13, 23 August 2011
Zusammenfassung Röntgenphysik SS 11
Motivation
Größenordnungen
Folie II miniatur|hochkant=4|zentriert|Übersicht Wellenlängen wichtige Größenordnungen:
- 10 eV Extreme Ultraviloet
- 1 KeV Soft X-Rays (~1nm)
- 10 KeV Hard X-Rays
Anwendunen für Röntgenstrahlung
(Folie IV)
- Bilder von Gewebe und andern Materialien
- Atom und Molekülstruktur (Aufenthaltsort der Atome)
- Elektronische Struktur und Bindungen (Aufenthaltsort der Elektronen)
- Magnetische Eigenschften (Spin)
Wechselwirkung elektromanetischer Strahlung mit Materie
(Folie VI) Monochromatische Anreung
- Photoelektrische Absorption
- Photo-Elektronen
- Auger Elektronen
- Fluoreszens
- Streuung
- Inelastische Streuung
- Eleastische Streuung
Quellen für Röntgenstrahlung
Spektroskopische Methoden
Röntgenbeugungsmethoden
Röntgenphysik II
Block I
VLI Moderne Röntgenoptiken
Snellius{{#set:Fachbegriff=Snellius|Index=Snellius}} (2.52) siehe auch Abb 2.7
Monokapillarlinsen
- zylindrisch oder mit sich verengendem Querschnitt
- Formen:
- konisch
- elliptisch / parabolisch längst Kapillarachse
Röntgenlinsen i.A. Kap 3.3 ab S123
siehe auch Seite zu Röntgenoptiken
VLII Multilayer
Anforderungen:
- Thermische Stabilität (bei Ausleuchtung)
- geringe Rauhigkeit
- geringe Absorption
600px|thumb|zentriert|Abbildungen Att Reflexion optische Gitter im bereich bis 50eV natürliche Kristalle ab 5KeV dazwischen Lücke die durch Multilayer/Vielschichtspiegel geschlossen werden kann 600px|thumb|zentriert|Abb. 3.23 Schichtaufbau multilayer
VLIII Streuung Beugung Reflexion
Abb 2.1
(2.15) Streuung an freiem elektron (Thomsen)
Rutherfordstreuung mit (2.20) bei Reileigh --> Himmel blau,
1st order Born Plain Wave approximation (Beobachter weit weg) Abb2.4
Fernfeld Näherung (Frauenhofer) Spaltfunktion --> FT (Fourieroptik)
gegensatz Nachfeld Frenel Fresnelsche Zonenplatten
VLIV Brechungsindizes
- EUV
- Extreme Ultraviolett
- SXR
- Soft-X-Ray
VLV Röntgenfloureszesspektroskopie
LS-Kopplung{{#set:Fachbegriff=LS-Kopplung|Index=LS-Kopplung}} \Delta S, \Delta L =0, \pm 1
(leichte Atome z.B. Kohlenstoff)
Spin Bahjnk Kopplung für einzelne wird aufgehoben
jj-Kopplung{{#set:Fachbegriff=jj-Kopplung|Index=jj-Kopplung}} für sonst (z.B. schwerer Atome z.B. Pb (Blei))
(Kopplung für jedes einzelne )
Fundamentalparameter (RFA)
- Streuquerschnitt für
- atomarer Streuquerschnitt
- linearer Absorptionskoeffizient µ
- Massen Absorptionskoeffizient
- Streuquerschnitt für e^-
- Absorptionskanten
- Übergangsverhältnisse
- Fluoreszenzausbeute:Photoemissionen/Leerstellen (Rest --> Auger-Elektronen)
- Elektronenergieniveaus, Energien der Emissionslinien \vspace{-3mm}
- Übergangswahrscheinlichkeiten --> Fermis-Goldene Regel
- Anregungsspektren
Photoabsorption
Quantifizierung von XRF-> Umrechnung XRF-Spektren in Konzentrationen
Methoden: \alpha-Koeffouoent-Methode: empirische Kalibrierung Fundamentalparametermethode theoretische Beziehung zwischen Konzentration und netto Emission Monte Carlo Methode Simulation Vergleich von Simulation mit gemessenen spektren
Mikro RFA Polykapillarlinse im Anregungskanal 3D Mikro RFA Definiert durch Schnitt von Anregungs und Detektionskanal
VLVI Röntgen Beugung
- Kristalline Medeien haben periodische Struktur --> Gitterkonstante
- Gitterebenen durch sogenannte Millerindizes (ganzzahlige vielfachche von 1/k) beschrieben
- Beugung
- jedes periodische Element streut kohärent (Konstruktive Interferenz in bestimmtem Winkel)
Elektronen in einem Atom streuen kohärent (Wechselwirkung des elektrischen Feldes mit der Strahlung)
Atome in einem Kristall sind ein Array kohärenter Strahler
- Die Wellenlänge von Röntgenlichet liegt in vergleichbarer Größenordnung des Gitterabstands \lambda\approx d
Beugungsmuster enthält Informationen über die Gitterstruktur beziehungsweise den Kristall
Reflexion inkohärenter Streuung, Absorption, Brechung, Transmission bei Materie WW
Pulverdiffraktometrie
Annahme: stets eine statistiche Anzahl an Ebenen richtig (für konstruktive Interferenz) orientiert
Bragg ist eigentlich kohärente Streuung und nicht Reflektion (Nur Erklärung an Netzebenen
Bragg Modell
Spiegelnde Reflexion an parallel Netzebenen mit d=const im Kristall
Laue Modell
Kristall als Bravaisgitter (kleinste Einheitszelle) an Gitterpunkten sitzen Atime die kohärent Streuen;
Nur die Richtung kostruktiver Interferenz sieht man Reflexe
- Laue Bedingung
- Konstruktive Interferenz wenn \delta k beim Streuen reziproken Gittervektoren entspricht
Intensität gestreuter Elektronen
- Atomarer Streufaktor
- f=(Amplitude der an einem Atom gestreuten Welle)/(Amplitude der an einem Elektron gestreuten Welle)
- Strukturfaktor
- f=(Amplitude der an allen Atomen einer Einheitszelle gestreuten Welle)/(Amplitude der an einem Elektron gestreuten Welle)
- Reziprokes Gitter
- Das reziproke Gitter ist der "Kerhwert" der promitiven Einheitszelle
- Gitter SC-> Rez. Gitter SC
- Gitter BCC-Y Rez. Gitter FCC
Gewichtungsfaktor F²=4f²
- Ewald-Kugel
- Die reziproken Gitterpunkte sind die Werte des Impulsübertrags für die die Braggleichung erfüllt ist
Für Beugung muss Streuvektor gleich rez Gittervektor gelten
Geometrisceh Wenn der Ursprung des rez. Raums an der Spitze von k liegt, dann findet Beugung genau für die reziproken Gitterpunkte statt, die auf der Ewaldkugel liegen
Erkennung der Kristallstruktur
VLVII Compton Streuung
Block II: Erzeugung von Röntgenstrahlung
Überblick:
- Röntgenröhre
- Synchrotron
- FEL (langer Undulator)
Soft X-Ray 500-5KeV
Hard (bis 100KeV)
VL1
X-Ray durch Abbremsung + Absorption von e^- mit E_k>10keV
Zahnmedizin 80keV 10 mA --> 800 W
Knochen 170keV 50mA --> 8,5kW
PC-Monitore Ionisation charakteristische Strahlug
Bessy II [1]
VLII
Block II
Block III
Block IV
- ↑ Thomsen,C Gumlich, H.E.: Ein Jahr für die Physik. 3. Auflage Berlin: Wissenschaft und Technik Verliag, 2008, Gleichung {{{2}}} {{#set:PhIng={{{2}}}}}