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Brechungsindex und kritischer Winkel

  Der komplexe Brechungsindex tex2html_wrap_inline3431 entspricht dem Verhältnis der Phasengechwindigkeiten im Vakuum und im betrachteten Medium. Der Imaginärteil tex2html_wrap_inline3421 ergibt sich aus der Wellenlänge der Strahlung tex2html_wrap_inline3343 und dem entsprechenden linearen Absorptionskoeffizienten im Medium tex2html_wrap_inline3437 [Com35]:

equation472

Während tex2html_wrap_inline3421 die Absorption im Medium beschreibt, ergibt sich aus tex2html_wrap_inline3419 die reale Änderung der Phasengeschwindigkeit. Für Energien außerhalb des direkten Bereichs der Absorptionskanten gilt [Com35]:

equation477

Hierbei sind tex2html_wrap_inline3443 die Frequenzen, die den Absorptionskanten entsprechen, und tex2html_wrap_inline3445 die Elektronendichten für die jeweiligen Zustände. Liegt die betrachtete Energie der Strahlung viel höher als sämtliche Absorptionskanten, reduziert sich die Gleichung auf:

equation484

Betrachtet man einen Reflektor, der aus einem einzelnen Element besteht, und setzt entsprechend die Ordnungszahl Z, die Atommasse A und die Dichte tex2html_wrap_inline3327 ein, so ergibt sich:

  equation490

Da tex2html_wrap_inline3419 klein ist, läßt sich die Cosinusfunktion aus Gleichung gif entwickeln. Für den kritischen Winkel der Totalreflexion tex2html_wrap_inline3455 kann so näherungsweise folgende Beziehung aufgestellt werden:

equation498

Der kritische Winkel ist somit direkt proportinal zur Wellenlänge der einfallenden Strahlung bzw. umgekehrt proportional zu ihrer Energie. Außerdem wächst er mit den Ordnungszahlen der Elemente im Reflektormaterial und dessen Dichte. tex2html_wrap_inline3455 liegt für Röntgenstrahlung üblicherweise im Bereich einiger mrad. Für Quarz (Dichte: 2.20 tex2html_wrap_inline3461 ) als typisches Reflektormaterial ergibt sich z.B.:

equation505

Eine genauere Berechnung des Brechungsindex auch in den unmittelbaren Bereichen der Absorptionskanten kann anhand der Kramers-Kronig-Dispersionsbeziehungen erfolgen [Com35][Kop89]. Bei den dieser Arbeit zu Grunde liegenden Rechnungen wurden die Brechungsindizes tex2html_wrap_inline3419 und tex2html_wrap_inline3421 anhand tabellierter atomarer Streufaktoren berechnet [CXR96]. Mit Hilfe der Faktoren kann die Streuung im Gegensatz zu den Betrachtungen aus Kapitel gif als komplex betrachtet werden [Jam67][Hen93].


Anno Hein
Fri Apr 4 12:36:40 CEST 1997