Der SYXRF-Meßplatz an BN1

  Die in dieser Arbeit vorgestellten Messungen wurden in dem Synchrotronstrahlungslabor am Bonner Elektronenspeicherring ELSA durchgeführt. Seit 1989 wird dort die Röntgenfluoreszenzanalyse mit Synchrotronstrahlung untersucht [Pan92]. Der derzeitige Meßplatz am Strahlrohr BN1 existiert seit 1992 [Hei95][Mom96b]. Dort können mittlerweile routinemäßig SYXRF Messungen durchgeführt werden.
Der Speicherring ELSA wurde für eine maximale Elektronenenergie von 3.5 GeV geplant, wobei das Hauptaugenmerk auf der Erzeugung eines Elektronenstrahls für Mittelenergieexperimente liegt. Im Synchrotronstrahlungsbetrieb sind bisher Energien bis 3.0 GeV erreicht worden. Standardmäßig wird der Speicherring zur Zeit allerdings bei 2.3 GeV bzw. 2.7 GeV betrieben. Die Elektronenströme liegen hierbei in einem Bereich von 15 bis 75 mA.
Synchrotronstrahlung entsteht überall dort, wo der Elektronenstrahl abgelenkt wird. Das Strahlrohr BN1 führt tangential zur Elektronenbahn von einem Strahlführungsmagneten aus zum SYXRF Meßplatz. Das Dipolfeld des Magneten entspricht einem Bahnradius von 10.88 m. In 12 m Abstand vom Quellpunkt liegt eine Eintrittsblende von 1 mm Breite und 10 mm Höhe. Der Meßaufbau beginnt 4.3 m hinter dieser Blende. Dort kann der Synchrotronstrahl mit Hilfe eines Blendensystem auf eine frei wählbare Breite und Höhe eingestellt werden [Dit93]. Außerdem besteht die Möglichkeit mit unterschiedlich dicken Aluminiumabsorbern den niederenergetischen Anteil der Synchrotronstrahlung abzuschwächen und somit das anregende Spektrum aufzuhärten. Der Abstand vom Blendensystem zur Targetposition beträgt 1.6 m (target: engl. für anzuregende Probe).

  
Abbildung: Schematischer Aufbau des SYXRF Experiments

Gleichzeitig mit der Fluoreszenzmessung wird eine Streumessung an einem dünnen Streutarget durchgeführt, das sich zwischen Blendensystem und Probe befindet. Hierdurch kann die spektrale Verteilung und Intensität der anregenden Strahlung während der Messung überwacht werden.
Der Fluoreszenzdetektor steht in der Beschleunigerebene und senkrecht zum Strahl, da dort die Streustrahlung minimal ist. Die Fluoreszenzmessungen erfolgen im Regelfall an Luft. Dies hat zum einen den Vorteil, daß es bei der Größe des zu untersuchenden Objekts keine Beschränkung gibt. Zum anderen könnten empfindliche Proben im Vakuum beschädigt werden. Die Nachteile sind unter anderem die Streuung der anregenden Strahlung an der Luft und die Absorption niederenergetischer Fluoreszenzstrahlung auf der Strecke von der Probe zum Detektor. Dies hat zur Folge, daß nur Elemente ab der Ordnungszahl 14 untersucht werden können.
Der eigentliche Meßplatz befindet sich aufgrund des Strahlenschutzes in einer Kammer, die während der Bestrahlung nicht betreten werden kann. Der Probentisch kann aber mit von außen ansteuerbaren Schrittmotoren auch bei offenem Strahl justiert werden. Die Justage kann über eine Videokamera überwacht werden. Zur Durchführung der Experimente mit Totalreflexion wurden einige Modifikationen am Meßaufbau vorgenommen, die im Kapitel 4 näher vorgestellt werden.