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Aufweitung des Strahls durch Streuung

Im Hinblick auf eine möglichst punktgenaue Anregung des Targets ist es interessant, wie groß die Intensität der Strahlung ist, die in den unmittelbaren Nachbarbereich des Strahls gestreut wird. Zum einen gibt es dort Vorwärtsstreuung durch die Vakuumfenster, den Aluminiumabsorber und die Kaptonstreufolie. Zum anderen wird die Synchrotronstrahlung auf der gesamten Luftstrecke gestreut.
Bei der Vorwärtsstreuung ist nahezu ausschließlich kohärente Streustrahlung zu erwarten, da der Streufaktor S(q,Z) für kleine Streuwinkel und somit kleine Impulsüberträge gegen Null geht. Der kohärente Formfaktor f(q,Z) dagegen geht für kleine q gegen Z. Weiterhin ist zu beachten, daß bei kleinen Streuwinkeln die Polarisation der Strahlung nahezu keine Rolle mehr spielt.
Die Streuung an den Luftmolekülen ist aufgrund der geringeren Dichte des Streumediums nicht so intensiv. Da sie aber zum Teil in unmittelbarer Nähe des Targets geschieht, trägt sie wesentlich zur Aufweitung des Strahls bei. Zudem wird die Synchrotronstrahlung auf der gesamten Luftstrecke unter unterschiedlichen Winkeln gestreut, so daß für diesen Fall auch die inkohärente Streuung wieder betrachtet werden muß.

   figure355
Abbildung: Berechnung der Röntgenstreuung in der Targetebene - Die Streuung entlang einer Strecke von tex2html_wrap_inline3359 bis tex2html_wrap_inline3361 in einen Punkt tex2html_wrap_inline3363 in der Targetebene kann nach Gleichung gif berechnet werden

Führt man ein Koordinatensystem ein, bei dem z die Strahlrichtung ist und x und y die horizontale bzw. vertikale Richtung, so läßt sich für eine Position tex2html_wrap_inline3365 entlang des Strahls die Streuung in verschiedene Koordinatenpunkte auf der Ebene senkrecht zur Strahlrichtung berechnen:

  equation369

wobei die Winkel tex2html_wrap_inline3297 und tex2html_wrap_inline3325 gegeben sind durch:

equation376

Hierbei sind tex2html_wrap_inline3359 und tex2html_wrap_inline3361 die Begrenzungen des streuenden Mediums. In Abbildung gif ist das Ergebnis einer Berechnung der Untergrundstrahlung aufgrund der Streuung an einer Luftstrecke von 400 mm vor dem Target zu sehen. Hierbei wurde ein tex2html_wrap_inline3375 Quadrant in der Targetebene betrachtet. Die Gesamtintensität der Streustrahlung ist auf eine Fläche von jeweils tex2html_wrap_inline3377 und die Gesamtintensität der primären Synchrotronstrahlung tex2html_wrap_inline3273 normiert. Auf einer Fläche von tex2html_wrap_inline3381 , in deren Mitte sich der Anregungspunkt befindet, ergibt sich für die kohärente Streuung eine Gesamtintensität des Streuuntergrunds von tex2html_wrap_inline3383 und für die inkohärente Streuung tex2html_wrap_inline3385 . Während die inkohärente Streuung bevorzugt senkrecht zur Polarisationsrichtung gestreut wird, geht die Polarisation in die kohärente Streuung kaum noch ein, wenn die gesamte Luftstrecke betrachtet wird. Die Streuung an einem Aluminiumabsorber im Abstand von 600 mm auf die betrachtete Fläche liegt in ihrer Gesamtintensität etwa um einen Faktor 2 niedriger. Sie ist aber im Gegensatz zur Luftstreuung eher gleichmäßig über die Targetebene verteilt.

   figure392
Abbildung: Streustrahlung an einer Luftstrecke von 400 mm - Zu sehen ist links die Gesamtintensität der kohärenten Streuung und rechts die Gesamtintensität der inkohärenten Streuung. Die Bezugsebene ist die Targetebene in einem Quadranten von tex2html_wrap_inline3375 . Die Intensitäten sind auf Flächen von jeweils tex2html_wrap_inline3377 und die Gesamtintensität der primären Strahlung normiert. Man beachte, daß die Intensitätsskala rechts um einen Faktor 10 gestreckt ist. Die inkohärente Streuung ist etwa um einen Faktor 10 kleiner als die kohärente und hängt von der Polarisationsrichtung der einfallenden Strahlung ab.


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