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Der Einfluß von Absorbern im weißen SR-Strahl

Die SR durchläuft auf ihrem Weg vom Quellvolumen zu der zu analysierenden Probe verschiedene Absorberstrecken. Vakuumfenster aus Beryllium und Polyimidfolie (Kapton) sowie die Luftstrecken im experimentellen Aufbau sind fest eingebaute und eigentlich unerwünschte Absorber. Zur Anpassung des weißen Spektrums an die Probe im Hinblick auf ihre Belastbarkeit und die mit der Analyse verbundene Problemstellung , z.B. zum Erreichen maximaler Sensitivität oder kurzer Meßzeiten bei kleinem Strahldurchmesser, dienen Aluminiumabsorber unterschiedlicher Dicken. Die Berechnung der spektralen Verteilung nach Durchlaufen dieser Absorberstrecken erfolgt durch das Lambert-Beer'sche Absorptionsgesetz :

Die einfallende Intensität wird mit der von der Photonenenergie abhängenden Transmission der Absorber multipliziert. Hierbei setzt sich die gesamte Transmission aus den Einzeltransmissionen für die verschiedenen in den Absorbern vorhandenen Elemente zusammen. Als Argument der Exponentialfunktion findet sich das Produkt aus Absorptionsquerschnitt und der für die Absorption relevanten Flächenbelegung . Für reine Materialien entspricht die Flächenbelegung eines Absorbers dem Produkt aus der mechanischen Dicke und der Dichte des Stoffes. Für Absorber, die aus Gemischen oder Verbindungen mehrerer Elemente bestehen, muß über die zugehörigen Konzentrationsangaben der Absorber in elementare Schichten zerlegt und die Flächenbelegung jeder Einzelschicht angegeben werden.

Wegen der Energieabhängigkeit der Absorptionsquerschnitte wirkt sich ein Fehler in der Angabe der Flächenbelegung für ein Element nicht nur auf die absolute Intensität des einfallenden Spektrums aus, sondern verschiebt auch die spektrale Verteilung. Die zur Berechnung der Transmission verwendeten, aus Wirkungsquerschnitt-Tabellen stammenden Werte für sind ebenfalls mit einem Fehler behaftet. Dieser Fehler kann in nullter Näherung als energieunabhängig und wie ein zusätzlicher Fehler in der Flächenbelegung des Absorbers behandelt werden. Wegen des exponentiellen Zusammenhangs der Transmission mit und können die genannten Fehler in der Angabe dieser beiden Größen die anregende spektrale Verteilung stark verändern.

In Abb. 13a ist die relative Veränderung der spektralen Verteilung der SR durch dünne Schichten Aluminium gezeigt. Wegen der multiplikativen Berechnung der Transmission hintereinander angeordneter Absorber ist diese relative Veränderung des SR-Spektrums unabhängig von anderen Absorbern im SR-Strahl, z.B. einem zusätzlichen 1 mm dicken Aluminiumabsorber. Die Veränderung des SR-Spektrums durch 20 m ( 50 m ) Aluminium bewirkt in dem in Abb. 13b dargestellten, für eine Absorberdicke von 1mm Aluminium berechneten SR-Spektrum bei einem Dickenfehler von 2% (5%) eine deutliche Verschiebung der spektralen Verteilung, auch wenn die für die dickeren Absorber berechneten SR-Spektren auf den ersten Blick den Einruck eines generellen, energieunabhängigen Intensitätsverlustes vermitteln. Das nach der FPM für die dargestellte spektrale Verteilung berechnete Verhältnis der Fluoreszenzintensitäten von Cu-K zu Ag-K eines dünnen Kupfer/Silber-Targets verschiebt sich durch den 2% (5%) -dickeren Absorber um 4% ( 10%).

Durch die Verwendung von Absorbern zur Aufhärtung des SR-Spektrums wird die Abhängigkeit der anregenden spektralen Verteilung (im Bezug auf die Anregung von Fluoreszenzstrahlung) von der Elektronenstrahlqualität vermindert, da die niederenergetischen, stark divergenten Anteile der SR-Strahlung stärker absorbiert werden als die hochenergetischen. Hierdurch werden niederenergetische Beiträge aus den Randbereichen breiter eff. vert. Elektronenverteilungen unterdrückt. Abb. 14 zeigt diesen Zusammenhang am Beispiel einer FP-Rechnung für die Anregung von Fluoreszenzstrahlung in einem dünnen Kupfer/Silber-Target.

 
Abb. 13a (oben): relative Intensität von berechneten spektralen Verteilungen für verschiedene Dicken des Aluminiumabsorbers
Abb. 13b (unten): absolute Intensität von berechneten spektralen Verteilungen für verschiedene Dicken des Aluminiumabsorbers
berechnet für eine SR-Verteilung mit der Elektronenenergie E = 2.30 GeV, dem Krümmungsradius der Elektronenbahn R = 10.88m, dem Abstand von Quellvolumen zur Blende d = 16.3m, einer quadratischen Blende der Seitenlänge b = 0.25mm, einer Breite der eff. vert. Elektronenverteilung HWHM = 1.0mm ohne Offset

 
Abb. 14: Das normierte Verhältnis der nach der FP-Rechnung erwarteten Fluoreszenzintensitäten von Ag-K zu Cu-K einer dünnen Kupfer/Silber-Legierung ist oben gegen die HWHM einer gaußkurvenförmig angenommenen eff. vert. Elektronenverteilung ohne Offset dargestellt, unten in Abhängigkeit vom Offset für eine eff. vert. Elektronenverteilung der HWHM=1mm. Die Verhältnisse sind nach der Dicke des Aluminiumabsorbers im SR-Strahl parametrisiert und berechnet mit einer anregenden spektralen Verteilung mit der Elektronenenergie E = 2.30 GeV, dem Krümmungsradius der Elektronenbahn R = 10.88m, dem Abstand von Quellvolumen zur Blende d = 16.3m, einer Blende der vert. Breite b = 0.25mm



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