Empfänger für weiche Röntgenstrahlung mit hoher zweidimensionaler Auflösung

von

Andreas Tusche

Diplomarbeit in Physik

vorgelegt der

Mathematisch - Naturwissenschaftlichen Fakultät der

Rheinisch - Westfälischen Technischen Hochschule

Aachen

im Oktober 1993

angefertigt im

Fraunhofer Institut für Lasertechnik

Lehrstuhl für Lasertechnik

für Susanne

Zusammenfassung

Als Detektor weicher Röntgenstrahlung im Wellenlängenbereich zwischen 2,2 nm und 4,4 nm wurde ein CCD konzipiert und experimentell charakterisiert. Zur Strahlungshärtung wurde der verwendete CCD (Thomson TH 7883) mit einer ca. 6 µm dicken Schicht eines pulverförmigen Röntgenleuchtstoffs (Gd₂O₂S:Tb) überzogen. Die nach dem Abtasttheorem prinzipiell erzielbare räumliche Auflösung des CCD (Pixelgröße: (23×23) µm²) von 46 µm wird durch den isotropen Konversionsprozeß nur geringfügig (20%) beeinträchtigt. Das Detektorsystem wurde am BESSY bei verschiedenen Photonenenergien kalibriert. Der beschichtete CCD ist empfindlicher als Röntgenfilm. Der Quantenertrag bei E_g=500 eV beträgt (19,2±3,3) ehp/photon. Wegen des linearen Verhaltens über mehr als drei Größenordnungen und des über die Detektorfläche geringen räumlichen Rauschens (<4%) erscheint das Detektorsystem für quantitative Untersuchungen geeignet. Der Detektor wurde an Lochgitterspektrographen und Zonenplattenspektrometern eingesetzt. Das Konzept der Leuchtstoffbeschichtung ist auf andere Spektralbereiche übertragbar.

Diese Arbeit hat die Voraussetzungen für systematische Absolutmessungen an Röntgenquellen geschaffen. Insbesondere ermöglicht die Langzeitstabilität des Detektors Messungen mit einer ausreichenden Sicherheit, um Verbesserungsfaktoren beispielsweise der zeitintegrierten Brillanz deutlich kleiner als 2 signifikant nachzuweisen, was mit zuvor benutztem Röntgenfilm nicht möglich war. Vergleichende Messungen von laserproduzierten Plasmen und Pinchplasmen wurden ebenfalls durch die Verfügbarkeit des Detektors ermöglicht.

Danksagung

Herrn Prof. Dr.-Ing. G. Herziger gilt mein besonderer Dank für die Überlassung der Arbeit. Herrn Prof. Dr. rer. nat. Grosse danke ich für die Übernahme des Zweitgutachtens.

Herrn Dipl. phys. D. Rothweiler danke ich für die Betreuung, die Anregungen und die Organisation der gemeinsamen Experimente am BESSY. Den Herren Dr. W. Neff und Dr. R. Lebert danke ich für die Anregungen und das Interesse am Fortgang dieser Arbeit.

Den Mitgliedern der Physikalisch Technischen Bundesanstalt am BESSY, insbesondere den Herren Dr. M. Krumrey und Dr. F. Scholze, sowie dem Laborleiter Herrn Dr. Ulm gilt besonderer Dank für die Möglichkeit, Experimente an monochromatisierter Synchrotronstrahlung vornehmen zu können.

Der Forschungseinrichtung Röntgenphysik der Georg-August-Universität Göttingen, danke ich für die Herstellung und Überlassung eines Transmissionsgitters.

Für die Unterstützung bei der Durchführung der Experimente im ILT danke ich allen Mitgliedern der Plasmafokusgruppe, vor allem unserer Laborantin U. Strang.

Ohne Namensnennung danke ich allen anderen Beteiligten des ILT für ihren persönlichen Beitrag zur erfolgreichen Durchführung dieser Arbeit.

Nicht zuletzt möchte ich mich auch ganz herzlich bei Susanne Siemers für ihre Geduld in den letzten Monaten bedanken, sowie bei meinen Eltern, die mir ein von jeglichen finanziellen Nöten freies Studium ermöglicht haben.

Vorwort der online Version

Die vorliegende online Version der Diplomarbeit unterscheidet sich in wenigen Punkten von dem gedruckten Original. Zunächst fehlen alle Formatierungen, die in HTML nicht darstellbar sind, wie beispielsweise die Seiteneinteilung und Fußnoten. Je nach verwendeten Browser können sich aber auch die Schriftarten, Schriftgrößen und die Ausrichtung der Absätze unterscheiden. Besondere Probleme bereiten hier die griechischen Formelzeichen, die hier in der Schriftart "Symbol" gesetzt wurden. Dies hier sollte ein lambda sein:l und dies hier ein Omega: W. Wahrscheinlich werden diese Zeichen nur im MS Internet Explorer 4.0 unter Windows95 sicher richtig angezeigt.

Alle mathematischen Formeln, die nicht mit HTML darstellbar sind, wurden in gif-Bilder umgewandelt, die Numerierung der Formeln wurde entfernt. Ein Teil der Abbildungen lag nicht in computerverwertbarer Form vor, sie wurden für diese online Version nachträglich eingescannt. Die Größe und Qualität der Abbildungen unterscheidet sich daher sicher vom Original. Eigennamen von Personen waren ursprünglich mit Kapitälchen hervorgehoben. Die Reihenfolge der Kapitel auf dieser Seite ist ebenfalls geändert, das Sachwortregister habe ich entfernt.

Neu hinzugekommen sind jedoch einige Hyperlinks im Inhaltsverzeichnis und bei einigen Querverweisen. Vorschläge zu weiteren Verbesserungen nehme ich gerne entgegen.

Die Rechtschreibung entspricht noch den vor 1997 gültigen Regeln, wobei auf die Ersetzung von "ph" durch "f" verzichtet wurde. Es finden sich neben dem üblichen "Photon" also auch noch "Photos" und "Graphen".

Weinheim, April 1998

Inhalt