DE102007053076A1

DE102007053076A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Erzeugung von Röntgenstrahlung mittels polarisierbarer Kristalle

Info

Publication number: DE102007053076A1
Application number: DE200710053076
Authority: DE
Inventors: Dirk C. Meyer; Hartmut Stöcker
Original assignee: Technische Universitaet Dresden
Current assignee: Technische Universitaet Dresden
Priority date: 2007-11-02
Filing date: 2007-11-02
Publication date: 2009-05-14

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (30) zur Erzeugung von Röntgenstrahlen mittels polarisierbarer Kristalle (1), wobei sich in einem Gehäuse (8) mit einer Vakuumkammer (23) der Kristall (1) auf einer Einrichtung (9) zur Einstellung einer Polarisationstemperatur (TP) zur Ausbildung eines elektrischen Polarisationsfeldes bestimmter Feldstärke befindet und mit einem durch einen außerhalb des Kristalls (1) wirksamen Anteil des Polarisationsfeldes sich in einem vorhandenen Restgas (29) ausbildenden Oberflächenplasma (18) im Kontakt steht und sich im Gehäuse (8) zumindest ein vom Oberflächenplasma (18) bombardierbares Target (15) zur Erzeugung einer während eines Aktivierungsvorganges einer vorgegebenen Oberfläche (28) des Kristalls (1) oder des Restgases (29) entstehenden Röntgenstrahlung (17, 171, 172, 173) und ein Fenster (11) zur registrierbaren Durchstrahlung der vorhandenen Röntgenstrahlung (17, 171, 172, 173) befindet, wobei das Gehäuse (8) mit einer Unterdruckpumpe (13) in Verbindung steht. Die Aufgabe besteht darin, die Röntgenemissionsrate zu erhöhen. Die Lösung besteht darin, dass mindestens eine Teilchenquelle (26) mit mindestens einem gasförmigen Adsorbat (34) vorgesehen ist, die zur Einführung des Adsorbats (34) an die Vakuumkammer (23) angeschlossen ist und die über das vorhandene Oberflächenplasma (18) hinaus eine integrale stationäre Adsorbatschicht (19) gesteuert auf der Oberfläche (28) des Kristalls (1) auf- und abbaut, wodurch eine gesteuerte ...

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erzeugung von Röntgenstrahlen mittels polarisierbarer Kristalle, wobei sich in einem Gehäuse mit einer Vakuumkammer der Kristall auf einer Einrichtung zur Einstellung einer Polarisationstemperatur zur Ausbildung eines elektrischen Polarisationsfeldes bestimmter Feldstärke befindet und ein vorhandenes Restgas in einem außerhalb des Kristalls wirksamen Anteil des Polarisationsfeldes ein Plasma ausbildet, wobei sich im Gehäuse zusätzlich ein vom Plasma bombardierbares Target zur Erzeugung einer während eines Aktivierungsvorganges der Oberfläche oder des Restgases entstehenden Röntgenstrahlung befinden kann und ein Fenster zur registrierbaren Durchstrahlung der Röntgenstrahlung vorgesehen ist, wobei das Gehäuse mit einer Unterdruckpumpe in Verbindung steht.
Eine Polarisationsänderung ΔP an polarisierbaren pyroelektrischen Kristallen wird mittels der Gleichung ΔP = p·ΔT erhalten, wobei p der pyroelektrische Koeffizient des Materials ist und ΔT die eingeleitete Temperaturänderung darstellt. Abhängig vom Material, d. h. vom Koeffizienten p, kann bei Temperaturänderungen von ca. 100 K und Kristallgrößen im Zentimeterbereich eine elektrische Spannung zwischen entgegengesetzten Kristalloberflächen des Kristalls in der Größe von 1 kV bis 1 MV erreicht werden.
Polarisierbare pyroelektrische Kristalle 1 bestehen, wie in 1 gezeigt ist, z. B., aus Lithiumniobat LiNbO₃, dessen Atomanordnung auf einer Kante parallel c der Elementarzelle für die Hochtemperaturphase, die in 1a gezeigt ist, und für die Tieftemperaturphase, die in den 1b und 1c gezeigt ist, unterschiedlich ist. Die großen Kreise 2 stellen Niob-Atome dar, die kleinen Kreise 3 Lithium-Atome. Die Ebenen 4, in denen Sauerstoffatome liegen, sind durch Striche angedeutet. Die senkrecht nach unten gerichteten Pfeile 5 und die senkrecht nach oben gerichteten Pfeile 6 geben qualitativ die Ausrichtung der Atome beim Erhitzen, wie in 1b gezeigt ist, bzw. Abkühlen, wie in 1c gezeigt ist, an. In der in 1a gezeigten Hochtemperaturphase ist oberhalb T_C = 1142°C keine spontane Polarisation P mehr vorhanden. Unterhalb dieser Temperatur T_C = 1142°C tritt spontane Polarisation P auf, die von der eingestellten Temperatur T_P < T_C abhängt, so dass durch Heizen T_PH gemäß 1b und Kühlen T_PK gemäß 1c die Polarisation P des Kristalls 1 verändert werden kann.
Ein Problem für eine technische Ausnutzung der elektrischen Felder besteht darin, dass die Abschirmung der Spannung durch geladene Teilchen aus der Umgebungsluft, die von der geladenen Oberfläche angezogen werden, nach wenigen Sekunden beendet ist. Allerdings führt ein Heizen/Kühlen des Kristalls mit geeignet hoher Rate im Vakuum zu einer vorübergehenden Wirkung der Felder bis zur ggf. langsameren vollständigen Abschirmung.
Eine Röntgenquelle ist in der Druckschrift Appl. Phys. Lett., 85, 2004, S. 1298 beschrieben, bei der ein Test mit verschiedenen Targets durchgeführt und unterschiedliche charakteristische Röntgenlinien registriert wurden.
Eine herkömmliche, in 2, 2a gezeigte Anordnung 7 zur Erzeugung eine Röntgenstrahlung besteht aus einem weitgehend quaderförmigen ausgebildeten Gehäuse 8, in dem sich der polarisierbare pyroelektrische LiNbO₃-Kristall 1 in einer Vakuumkammer 23 befindet, der mit einem darunter angeordneten Heizkörper 9 in Form eines Peltierelements mit untergelegtem Kühlkörper 10 kontaktiert. Das Gehäuse 8 weist im Wesentlichen zwei Öffnungen auf, ein Kapton-Fenster 11 zur nachweislichen Durchstrahlung der Röntgenstrahlen und einen Rohranschluss 12 für mindestens eine Unterdruckpumpe 13. Hinter dem Fenster 11 und außerhalb des Gehäuses 8 befindet sich der Detektor 14 zur Registrierung der Röntgenstrahlung. Zwischen dem Kapton-Fenster 11 und dem Kristall 1 befindet sich eine als Target fungierende Kupferfolie 15, von der das erzeugte Röntgenspektrum mit den für Kupfer charakteristischen Röntgenstrahlen ausgeht.
Dabei ändern sich in den polarisierbaren pyroelektrischen Kristallen 1 durch die Temperaturänderung ΔT die elektrischen Felder, zeitweise nicht abgeschirmte Anteile können zur Ionisation des minimalen Restgases in Form einer als Oberflächenplasma bezeichneten Schicht und zur Beschleunigung der dadurch entstandenen geladenen Teilchen – Elektronen oder auch Ionen – genutzt werden. Je nach Ausrichtung der polaren Achse des Kristalls 1 kann damit eine vom Kristall 1 weg gerichtete Beschleunigung von negativ geladenen Elektronen 16, entweder und ausschließlich beim Heizen oder Kühlen auftreten. Treffen dann die beschleunigten Teilchen 16 mit Energien bis zu 1 MeV auf das benachbarte, vorzugsweise metallische Folientarget 15, entstehen durch ihre dortige Abbremsung Röntgenstrahlen 17 mit den dem Targetmaterial entsprechenden charakteristischen Linien 171, 172, 173. Die zugehörige Temperatur-Zeit-Kurve 36 ist für den Stand der Technik in 4 mit schwarz gefüllten Kreisen dargestellt, wobei die der Temperatur-Zeit-Kurve 36 konforme Photonenrate-Zeit-Kurve 17 angegeben ist.
Bei einer anderen herkömmlichen Anordnung 20 zur Erzeugung von Röntgenstrahlung 17, wie in 2, 2b gezeigt ist, ist die Kupferfolie 15 in das ursprüngliche Fenster 11 integriert. Der pyroelektrische Kristall 1 befindet sich in der Vaku umkammer 23 auf einer steuerbaren Heizung 9 in Form einer Widerstandsheizung, deren Steuerung von einem Temperatursensor 21 unterstützt wird. Zwischen dem Kristall 1 und der Widerstandsheizung 9 befindet sich zur Wärmeübertragung ein Kupferträger 22.
Die Probleme der beiden Anordnungen bestehen darin, dass eine Überwindung der Ladungsabschirmung durch die Kompensationsladungen nur zeitweise mittels Heizen und Kühlen möglich ist, wobei sich kein kontinuierlicher Betrieb entwickeln kann und damit nur Teilchenpulse entstehen können. Das bei den Wärmeübertragungsprozessen auf den Kristall entstehende Oberflächenplasma entsteht willkürlich und unterliegt keiner steuerbaren Überwachung.
Des Weiteren sind Oberflächen mit einer schaltbaren Benetzbarkeit in der Druckschrift Adv. Mater., 18, 2006, S. 3063 beschrieben.
Eine Röntgenquelle, die durch Heizen eines pyroelektrischen Kristalls betrieben wird, ist in der Druckschrift US 3840748 und eine Erzeugung von Feldern durch Kühlen eines pyroelektrischen Kristalls ist in der Druckschrift US 5122699 beschrieben, deren Anordnungen weitgehend in die beiden vorher angegebenen Anordnungen eingeordnet werden können.
Eine Kalibrierungsquelle für Röntgendetektoren ist in der Druckschrift WO 03098265 beschrieben. Andere Kristallgeneratoren für hohe Energien sind in der Druckschrift WO 2006060030 beschrieben.
Bei den genannten Verfahren treten die Probleme auf, dass eine Überwindung der Ladungsabschirmung durch die Kompensationsladungen nur durch Heizen oder Kühlen möglich ist, wodurch kein kontinuierlicher Betrieb möglich ist und nur Teilchenpulse eingesetzt werden können.
Wesentlich für das elektrische Feld und das Emittieren von Teilchen ist die Abschirmung des sich durch die im Kristall vorhandenen Dipole ausbildenden Feldes nach außen durch die Oberflächenbedeckung. Durch Temperaturwechsel wird das Dipolmoment des Kristalls geändert und nach einer charakteristischen Zeit entsteht eine neue Adsorbatbedeckung. Nur bis zum Zeitpunkt vollständiger Kompensationsbedeckung ist ein Feld außerhalb des Kristalls wirksam.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erzeugung von Röntgenstrahlung mittels polarisierbarer Kristalle anzugeben, die derart geeignet ausgebildet sind, dass neben Teilchenstrahlen von Elektronen auch andere Teilchenstrahlen erzeugt werden können, die wiederum zur Erzeugung von zusätzlichen Röntgenstrahlen geeignet sind. Außerdem soll eine Abkehr von zwingenden Temperaturänderungen erreicht sowie die Röntgenemissionsrate erhöht werden.
Deshalb sind die Vorrichtung und das Verfahren auf das Adsorptions- und Desorptionsverhalten an der Kristalloberfläche und die gezielte Beeinflussung bzw. Steuerung dieses Verhaltens gerichtet. Die Aufgabe besteht des Weiteren darin:

a) mindestens eine Quellen in Bezug auf eine höhere Teilchenrate zu finden,
b) bei konstanter Temperatur zu arbeiten.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 6 gelöst.
In der Vorrichtung zur Erzeugung von Röntgenstrahlen mittels zumindest einem polarisierbaren Kristalls befindet sich in einem Gehäuse mit einer Vakuumkammer der Kristall auf einer Einrichtung zur Einstellung einer Polarisationstemperatur T_P zur Ausbildung eines elektrischen Polarisationsfeldes bestimmter Feldstärke, so dass ein vorhandenes Restgas in einem außerhalb des Kristalls wirksamen Anteil des Polarisationsfeldes ein Plasma ausbildet, wobei sich im Gehäuse zusätzlich ein vom Plasma bombardierbares Target zur Erzeugung einer während eines Aktivierungsvorganges der Oberfläche oder des Restgases entstehenden Röntgenstrahlung befindet und ein Fenster zur registrierbaren Durchstrahlung der vorhandenen Röntgenstrahlung vorgesehen ist, wobei das Gehäuse mit einer Unterdruckpumpe in Verbindung steht,
wobei gemäß Kennzeichenteil des Patentanspruchs 1
eine Teilchenquelle mit einem gasförmigen Adsorbat vorgesehen ist, die zur Einführung des Adsorbats an die Vakuumkammer angeschlossen ist und die über das vorhandene Oberflächenplasma hinaus eine integrable stationäre Adsorbat schicht gesteuert auf der Oberfläche des Kristalls auf- und abbaut, wodurch eine gesteuerte Adsorption und Desorption erreicht wird, die eine permanente zusätzliche Konzentration an Ladungsteilchen aus der Adsorbatschicht in das Restgas einbinden, wobei die zusätzlichen Ladungsteilchen durch das durch die Polarisierung vorhandene, ablenkende elektrische Feld bei Abbremsung auf das vorgesehene Target eine zur vorhandenen Röntgenstrahlung zusätzliche Röntgenstrahlung während des Aufheizvorgangs des Kristalls erzeugt.
Es ist zumindest eine Steuereinrichtung für die Parametereinstellung von Unterdruck p und Kristalltemperatur T_P vorgesehen, die eine Konzentrationsänderung der Adsorbatteilchen und die Parameter Unterdruck p und Temperatur T_P für die an der Oberfläche angelagerte Adsorbatschicht im Bereich ihres Phasensprungs von flüssig zu gasförmig einstellt.
Es kann eine Zwischenschicht auf die Oberfläche des Kristalls aufgebracht sein, die eine steuerbare Benetzbarkeit besitzt, wodurch die Adsorbatschicht besser ablösbar wird oder stärker an der Oberfläche haftet. Dazu kann auch eine gezielte Oberflächenstrukturierung der Kristalle vorgesehen sein, um zwischen adsorbatabweisendem und adsorbatanziehendem Verhalten, analog zu hydrophilem und hydrophobem Verhalten bei Wasserbedeckung, im Oberflächenbereich des Kristalls zu schalten.
Das Verfahren zur Erzeugung von Röntgenstrahlen mittels eines polarisierbaren Kristalls kann mittels der vorgenannten Vorrichtung durchgeführt werden, wobei gemäß dem Kennzeichenteil des Patentanspruchs 6 folgende Schritte durchgeführt werden:

– in der Vakuumkammer wird der polarisierbare Kristall auf konstanter Temperatur T_K gehalten oder ein zeitlich veränderlicher Temperaturverlauf T_K ± ΔT_K realisiert, wobei T_K die Temperatur ist, bei der der Verlauf der Temperatur-Zeit-Kurve einen plötzlich auftretenden, verlangsamten Temperaturanstieg – Temperatur-Knickpunkt – aufweist,
– das im Bereich an der Kristalloberfläche wirksame elektrische Feld dient der Ionisation des Restgases und Beschleunigung der geladenen Teilchen in Richtung des Targets,
– die auf das Target auftreffenden Elektronen und/oder Ionen werden abgebremst bzw. ionisieren die Atome des Targets, woraufhin Röntgenstrahlung ausgesandt wird, die vom Detektor gemessen wird,
– durch mindestens eine Teilchenquelle wird mindestens eine zusätzliche gasförmige Substanz eingebracht, die sich auf der Oberfläche des Kristalls anlagert (Adsorption) und/oder durch Desorptionsvorgänge von dieser Oberfläche zusätzliche Ladungen in das Restgas einbringt, die durch das wirksame elektrische Feld des Kristalls auf das Target zur Erzeugung zusätzlicher Röntgenstrahlung geleitet werden.

Die konstante Temperatur T_K oder T_K ± ΔT_K für einen Temperatur-Fixpunkt, bei dem die zusätzliche Röntgenstrahlung ausgelöst wird, kann ca. 100°C betragen. Die zusätzliche Röntgenstrahlung besteht ebenfalls aus Bremsstrahlung und charakteristischer Strahlung.
Die Parameter Druck p oder Temperatur P_P können zur Steuerung der Adsorption und der Desorption, d. h. Ablösen des Adsorbats bei niedrigem Druck und Abscheidung bei höherem Druck bzw. Ablösen bei erhöhter Temperatur T_P und Abscheidung bei erniedrigter Temperatur T_P verändert werden, wobei die zu adsorbierende Substanz nahe einem Phasenübergangspunkt gehalten wird, so dass sie bei Veränderung von Druck p oder Temperatur T_P an der Oberfläche kondensiert oder ein Verdampfen einsetzt, wobei durch das Wechselspiel zwischen Adsorption und Desorption Änderungen in den Ladungsträgerkonzentrationen im elektrischen Feld erzeugt werden und das wirksame elektrische Feld des Kristalls somit gesteuert werden kann.
Durch das Anlagern des Adsorbats an die Oberfläche des Kristalls kann die Emission der im Vergleich zu den Zyklen herkömmlicher Quellen zusätzlich emittierten Röntgenstrahlung verhindert bzw. verzögert werden, wodurch das Desor bieren des Adsorbats von der Oberfläche des Kristalls weg die Emission der Zusatzröntgenstrahlung fördert.
Das Verfahren weist des Weiteren folgende Detailschritte auf:

– das Heizen durch die Einrichtung erfolgt mit konstantem Strom und danach schließt sich das Kühlen in der Vakuumkammer an, die mit einer ölbetriebenen Drehschieberpumpe und einer Turbomolekularpumpe evakuiert wird,
– eine konzentrationsgesteuerte Bedeckung des Kristalls wird mit einer Öl-Adsorptionsschicht aus der Drehschieberpumpe durchgeführt,
– eine Phasenumwandlung vom flüssigen in den gasförmigen Zustand der Öl-Adsorptionsschicht kann erfolgen, d. h. ein Abdampfen von angelagerten Adsorbatteilchen, die im vorhandenen elektrischen Dipolfeld geladen werden, und
– ein Auslösen einer Emissionsphase tritt zusätzlich zu der regulären, im charakteristischen Röntgenbereich auftretenden Emission beim anschließenden Abkühlen auf und somit wird insgesamt eine erhöhte Röntgenstrahlenausbeute ausgebildet.

Eine Einflussnahme auf das Oberflächenplasma wird durch die sich ausbildende Adsorbatschicht auf der Oberfläche des Kristalls durch Zugeben von Teilchen aus einer Teilchenquelle oder durch Absaugen von Teilchen der gasförmigen Substanz in eine Teilchensenke und dadurch Beeinflussung der Emission erreicht.
Die Desorption, das Ablösen der angelagerten Teilchen von der Oberfläche des Kristalls, kann durch mindestens einen der folgenden Teilverfahrensschritte durchgeführt werden:

– akustisch durch Ultraschall bei Ausnutzung von sonochemischer Kavitation, wobei die Schallquelle entweder extern angekoppelt wird oder das polarisierbare Medium, das dazu piezoelektrisch sein muss, selbst als Schallquelle benutzt wird,
– optisch durch Absorption von Photonen vorzugsweise aus einem Laser,
– ionenstimuliert durch Beschuss mit vorzugsweise schnellen Ionen,
– mechanisch mittels Bürsten, Schleifen, Vibrieren,
– elektrisch durch eine zusätzliche Spannung,
– durch Verdrängung des Oberflächenplasmas in Form eines Einsatzes eines leichter adsorbierbaren gasförmigen Stoffes.

Die zusätzliche Modifikation der Oberfläche des Kristalls kann durch eine Mikro- oder Nano-Strukturierung oder durch Aufbringen von funktionalen Deckschichten durchgeführt werden, so dass die modifizierte Oberfläche eine schaltbare Benetzbarkeit für eine bestimmte Flüssigkeit aufweist, wobei die Benetzbarkeit wahlweise durch Licht, elektrische Felder, Temperaturveränderung oder Lösungsmittelbehandlung einstellbar ist, so dass in Folge dessen die Bedeckung des Kristalls mit einer Adsorbatschicht gesteuert wird.
Folglich kann eine Überlagerung zusätzlicher Felder die Adsorption und Desorption des Adsorbats steuern. Das Entfernen der Adsorbatschicht – die Desorption – kann in einem zyklischen Betrieb sowie auch in einem stationären Gleichgewicht durchgeführt werden. Ein mechanisches Anregen zum Entfernen der Adsorbatschicht kann im Sekundenbereich oder darunter zu einem quasi-kontinuierlichen Betrieb benutzt werden.
Das Steuern der Prozesse an der Oberfläche ist praktisch durch alle bekannten Prozesse zur Entfernung von Adsorbaten möglich. Eingeschlossen ist die Überlegung, bestimmte adsorbierbare Komponenten im Restgas bereitzustellen. Dafür kann eine zusätzliche Teilchenquelle zur Bereitstellung von Adsorbatteilchen vorgesehen werden. Andererseits ist eine Senke für Adsorbatteilchen nötig, um an der Kristalloberfläche auch Desorption veranlassen zu können, d. h. Teilchen wieder abzulösen. Zur Regelung der Konzentration der adsorbierbaren Teilchen im Restgas kann eine Verbindung von Teilchenquelle und Vakuumpumpe vorgesehen sein.
Die Erfindung hat folgende Vorteile:

1. Eine gezielte Beeinflussung der Adsorbatschicht auf dem polarisierbaren Kristall, der pyroelektrisch, piezoelektrisch oder auch ferroelektrisch sein kann, kann damit zu eine Abkehr von der zwingenden Temperaturänderung führen, so dass auch eine Energieeinsparung erreicht werden kann.
2. Dadurch kann eine Erhöhung der Emissionsrate durch Emission beim Aufheizen und Abkühlen im Gegensatz zu den Verfahren nach dem Stand der Technik erreicht werden, die entweder nur beim Heizen oder Kühlen die Teilchen emittieren.
3. Dadurch kann auch eine kontinuierliche Emission mit Erhöhung der Ausbeute erreicht werden, da die periodische Abschirmung der Oberflächenladung nach dem Heiz- bzw. Kühlzyklus vermieden werden kann.

Zusätzlich kann eine Messung von äußeren Einflüssen auf die Adsorption und Desorption an der Oberfläche des Kristalls über das Emissionsverhalten selbst die Steuerung der erhöhten Emissionsrate unterstützen.
Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels mittels mehrerer Zeichnungen näher erläutert:
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung des Prinzips der Polarisationen in einem polarisierbaren pyroelektrischen Kristall nach dem Stand der Technik, wobei
1a einen Kristall in der Hochtemperaturphase ohne Polarisation,
1b einen Kristall in der Niedrigtemperaturphase mit einer ersten Änderung der Polarisationsrichtung und
1c einen Kristall in der Niedrigtemperaturphase mit einer zweiten Änderung der Polarisationsrichtung zeigen,
2 Anordnungen zur Erzeugung von Röntgenstrahlen mit einem Kristallkörper nach dem Stand der Technik, wobei
2a einen Aufbau mit einem Kapton-Fenster und
2b einen Aufbau mit einem Kupferfolienfenster zeigen,
3 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erzeugung von Röntgenstrahlen mittels eines polarisierbaren pyroelektrischen Kristalls,
4 Photonenemission/Temperatur-Zeit-Kurve für die erzeugten Röntgenstrahlungen und
5 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorgänge im Bereich der Kristalloberfläche.
Für Teile mit gleicher Funktion werden im Folgenden gleiche Bezugszeichen verwendet.
In 3 ist eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 30 zur Erzeugung von Röntgenstrahlen mittels eines polarisierbaren Kristalls 1 gezeigt, wobei in einem Gehäuse 8 mit einer Vakuumkammer 23 der Kristall 1 sich auf einer Einrichtung 9 zur Einstellung einer Polarisationstemperatur T_P zur Ausbildung eines elektrischen Feldes und eines sich durch vorhandenes Restgas 29 ausbildenden Oberflächenplasmas 18 im Kontakt befindet und sich im Gehäuse 8 zumindest ein vom Plasma 18 bombardierbares Target 15 zur Erzeugung einer oder während eines Heizvorgangs oder Abkühlvorgangs entstehenden Röntgenstrahlung 17, 171, 172, 173 und ein Fenster 11 zur registrierbaren Durchstrahlung der Röntgenstrahlung 17, 171, 172, 173 befindet, wobei das Gehäuse 8 mit einer Unterdruckpumpe 13 und einem vom Gehäuse 8 beabstandeten, die vorhandene Röntgenstrahlung 17, 171, 172, 173 registrierenden Detektor 14 in Verbindung steht.
Erfindungsgemäß ist mindestens eine Teilchenquelle 26 mit mindestens einem am Kristall 1 adsorbierbaren Gas 34 vorgesehen, die zur Einführung des Adsorbats 34 an die Vakuumkammer 23 angeschlossen ist und die über das vorhandene Oberflächenplasma 18 hinaus eine integrable stationäre Adsorbatschicht 19 gesteuert auf der Oberfläche 28 des Kristalls 1 auf- und abzubauen gestattet, wodurch eine gesteuerte Adsorption und Desorption erreicht wird, die eine permanente zusätzliche Konzentration an abschirmenden Ladungen 27 in das Restgas 29 einbinden oder die Anlagerung der Ladungen 27 beeinflussenden Adsorbatschicht 19 bewirken, wobei dadurch zusätzlich auf das ablenkende elektrische Feld, das die Abbremsung auf das vorgesehene Target 15 und so die Erzeugung der vorhandenen Röntgenstrahlung 17, 171, 172, 173, wie in 4 gezeigt ist, bedingt, eingewirkt wird, und eine zusätzliche Röntgenstrahlung 25 während des Aufheizvorgangs des Kristalls 1 bei Erreichen der Temperatur T_K erzeugt wird. Die zusätzliche Röntgenstrahlung 25 enthält sowohl Bremsstrahlung als auch charakteristische Strahlung.
Die konstante Temperatur T_K oder T_K ± ΔT_K zur Erreichung eines Temperatur-Fixpunktes, bei dem die zusätzliche Röntgenstrahlung 25 ausgelöst wird, kann dabei ca. 100°C betragen. In der Vakuumkammer 23 kann der polarisierbare Kristall 1 auf dieser konstanten Temperatur TK oder einer anderen davon unterschiedlichen Temperatur T_P mit T_K ± ΔT_K, bei der je nach Material des Adsorbats 34 auch die erfindungsgemäß zusätzliche Röntgenstrahlung ausgelöst wird, gehalten werden.
Die an der Kristalloberfläche 28 entstehende Ladung 16 dient gemäß dem Stand der Technik der Ionisation des Restgases 29 und Beschleunigung der geladenen Teilchen 16 in Richtung des Targets 15. Auf das Target 15 treffende Elektronen 16 und/oder Ionen werden abgebremst und senden dabei herkömmliche Röntgenstrahlung 17 aus, die vom Detektor 14 gemessen werden kann.
Erfindungsgemäß wird durch die Teilchenquelle 26 eine zusätzliche gasförmige Substanz 34 – das Adsorbatgas – eingebracht, die sich mit dem Restgas 29 vermischt und/oder sich auf der Oberfläche 23 des Kristalls 1 ablagert. Außerdem kann die Substanz 34 von einer Teilchensenke (nicht eingezeichnet) im gasförmigen Zustand wieder aufgenommen werden. Zur Regelung der Substanzmenge 34 im Restgas 29 kann auch eine Verbindung von Teilchenquelle 26 und Vakuumpumpe 23 vorgesehen sein.
Es kann eine Steuereinrichtung 35 für die Parametereinstellung zumindest von Unterdruck und Temperatur T_P, T_K vorgesehen sein, die eine Konzentrationsänderung der Adsorbatteilchen 27 und die Parameter Unterdruck und Temperatur für die an der Oberfläche 28 angelagerte Adsorbatschicht 19 im Bereich ihres Phasensprungs von flüssig zu gasförmig, der einen Spezialfall der Desorption darstellt, einstellt.
Die Steuereinrichtung 35 kann dabei mit der Unterdruckpumpe 23 (Vakuumpumpe), der Teilchenquelle 26, der Einrichtung 9 zur Temperatureinstellung von T_P und insbesondere von T_K, T_K ± ΔT_K sowie einem Temperatursensor 21 in Verbindung stehen.
Zur Regelung der Konzentration des Adsorbats 34 im Restgas 29 kann eine Verbindung von Teilchenquelle 26 und Unterdruckpumpe – Vakuumpumpe 23 – vorgesehen sein, wobei die Teilchenquelle 26 auch Teil der Vakuumpumpe 23 (Unterdruckpumpe) sein kann.
Die Adsorbatschicht 19 auf der Oberfläche 28 des Kristalls 1 wird, wie in 5 gezeigt ist, über im Restgas 29 gelöste Teilchen 32 gesteuert. Zusätzlich kann eine Zwischenschicht 31 eingefügt werden, die eine steuerbare Benetzbarkeit besitzt und dadurch die Adsorbatschicht 19 besser ablösbar wird oder stärker haftet. Es kann auch eine gezielte Oberflächenstrukturierung der Kristalle 1 vorgesehen sein, um zwischen adsorbatabweisendem und adsorbatanziehendem Verhalten im Oberflächenbereich 28 des Kristalls 1 zu wechseln.
Das eingefügte Adsorbat 34 kann auch die Anlagerung der weiteren vorhandenen Teilchen 16, 32 beeinflussen und ist nicht zwangsläufig Quelle für die Beschleunigung der Teilchen 16, 27 auf das Target 15. Grundlegend für das erfin dungsgemäße Verfahren ist das außerhalb des Kristalls 1 wirksame und vorhandene elektrische Feld, in dem die darin vorhandenen freien Ladungsträger 16, 27 in Richtung des Targets 15 und schließlich auf das Target 15 beschleunigt werden können.
Im Folgenden wird an mehreren Beispielen das mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 30 und in der Vorrichtung 30 durchgeführte Verfahren erläutert.
Ausführungsbeispiel 1:
Es erfolgt eine Einflussnahme auf den Druck p oder auf die Temperatur T zur Steuerung der Adsorption, d. h. Ablösen des Adsorbats 34 – Desorption – bei niedrigem Druck und Abscheidung bei höherem Druck bzw. Ablösen bei erhöhter Temperatur und Abscheidung bei erniedrigter Temperatur. Dazu wird die zu adsorbierende Substanz nahe einem Phasenübergangspunkt gehalten, so dass sie bei Veränderung von p oder T an der Oberfläche kondensiert oder ein Verdampfen einsetzt. Durch das Anlagern des Adsorbats 34 wird die Emission verhindert bzw. verzögert, durch das Desorbieren des Adsorbats 34 kann die Erhöhung des Anteils an freien, geladenen Teilchen die Röntgenemission auslösen. Die Einstellungen der Parameter kann durch die Steuereinrichtung 35 erfolgen, die mit der Unterdruckpumpe 13 sowie mit Temperatursensoren in der Vakuumkammer 23 zumindest in signaltechnischer Verbindung steht.
Ausführungsbeispiel 2:
Die Teilchenquelle 26 für das Einleiten des Adsorbats 34 ist in die ölbetriebene Unterdruckpumpe 13 verlegt. Das Heizen erfolgt mit konstantem Strom und danach schließt sich das Kühlen in der Kammer 23 an, die mit einer ölbetriebenen Drehschieberpumpe 13 und einer Turbomolekularpumpe evakuiert wird, weswegen eine Bedeckung des Kristalls 1 mit einer Öl-Adsorptionsschicht 19 aus dem Öldampf der Drehschieberpumpe 13 erreicht werden kann. Der Temperaturanstieg zeigt bei t = 6 min vorerst einen Temperatur-Fixpunkt 33 mit T_K ± ΔT_K, der in eine in der 4 mit leeren Kreisen ausgewiesene Temperatur-Zeit-Knickkurve 24 überführt wird, wobei eine Phasenumwandlung von flüssig nach gasförmig der Öl-Adsorptionsschicht 19, d. h. ein Abdampfen von Teilchen 27, die im vorhan denen elektrischen Dipolfeld des Kristalls 1 geladen werden, vorhanden ist, erfolgt. Dadurch wird, wie in 4 gezeigt ist, nachfolgend eine Röntgenemissionsphase ausgelöst, die sich zusätzlich zu der regulären, im vorhandenen Röntgenbereich 17 auftretenden Emission 171, 172 oder 173 ausbildet und somit eine erhöhte Röntgenstrahlenausbeute 17 + 25 ergibt.
Dabei erfolgt eine Einflussnahme auf das Oberflächenplasma 18 durch eine sich integrabel ausbildende Adsorbatschicht 19 auf der Oberfläche 28 des Kristalls 1 durch Zugeben von Teilchen 27 aus einer Teilchenquelle 26. Durch Absaugen von Teilchen aus der Adsorbatschicht 19 in eine Teilchensenke (nicht eingezeichnet) kann dadurch eine Beeinflussung der Emission wie bei Ausführungsbeispiel 1 erreicht werden.
Außerdem kann die Desorption – Ablösen der Teilchen 27 – von der Kristalloberfläche 28 durch eine oder mehrere der folgenden Teilverfahrensschritte durchgeführt werden:

– akustisch, d. h. durch Ultraschall bei Ausnutzung von sonochemischer Kavitation, wobei die Schallquelle entweder extern angekoppelt wird oder das polarisierbare Medium, das piezoelektrisch ist, selbst als Schallquelle benutzt wird,
– optisch, d. h. durch Absorption von Photonen, z. B. aus einem Laser,
– ionenstimuliert, d. h. durch Beschuss mit vorzugsweise schnellen Ionen,
– mechanisch, d. h. mittels Bürsten, Schleifen, Kratzen, Vibrieren od. dgl.,
– elektrisch durch eine zusätzliche Spannung,
– durch Verdrängung, d. h. Einsatz eines leichter adsorbierbaren Stoffes,
– die thermische Desorption durch Änderung der Temperatur ist aber bereits Gegenstand des Standes der Technik.

Ausführungsbeispiel 3:
Es erfolgt eine Modifikation der Oberfläche 28 des Kristalls 1, z. B. durch eine Mikro- oder Nano-Strukturierung oder durch Aufbringen von funktionalen Deckschichten, so dass dieser eine schaltbare Benetzbarkeit für eine bestimmte Flüssigkeit aufweist. Die Benetzbarkeit kann dabei durch Licht, elektrische Felder, Temperaturveränderung oder Lösungsmittelbehandlung eingestellt werden, so dass in Folge dessen die Bedeckung des Kristalls 1 mit einer Adsorbatschicht 19 durch eben diese Einflüsse gesteuert werden kann.
Die Erfindung ermöglicht es, dass durch die Steuerung der Verdampfungs-/Kondensations-Phase der Adsorbatschicht 19, die in allen drei obigen Varianten realisiert wird, die Teilchenausbeute 17 + 25 erhöht und der Zeitablauf der Emission gesteuert werden kann.
Es wird mit der Erfindung ermöglicht, dass gezielt auf die Oberfläche 28 des Kristalls 1 aufgebrachte Adsorbatfilme 19, die durch eine zusätzliche Nahordnung unter den Adsorbatteilchen 27 auftreten können, bei Einstellung gewisser Bedingungen bei vorgegebener Temperatur T_K ± ΔT_K, bei ca. 100°C, in den gasförmigen Zustand – Gasphase – überführt werden können. Bei konstanter Temperatur T_K, die mit dem Kurven-Knick-Teil 24 in der in 4 gezeigten Temperatur-Zeit-Kurve 36 in Verbindung steht, wird so eine zusätzliche Röntgenstrahlenemission 25 erreicht. Damit können im Gegensatz zum Stand der Technik mit Aufheizen oder Abkühlen in beiden Zyklen neben Bremsstrahlung charakteristische Röntgenstrahlen 17, 171, 172, 173 emittiert werden. Es ist auch ein kontinuierlicher Betrieb bei T_K = konst. möglich, wenn z. B. durch Pumpen bei der vorgegebenen Temperatur T_K ein stationärer Zustand erreicht wird. Das bedeutet, die gasförmigen Adsorbate 34, 27 werden von der Oberfläche 28 abgeführt und gleichzeitig wird für einen Nachschub gesorgt.
Das Entfernen der Adsorbate 34 von der Oberfläche 28 kann in einem zyklischen Betrieb sowie auch in einem stationären Gleichgewicht durchgeführt werden. Eine Überlagerung zusätzlicher Felder kann die Vorgänge von Adsorption und Desorption steuern.
Ein mechanisches Anregen zum Entfernen der Adsorbate 34 im Sekundenbereich oder darunter kann zu einem quasi-kontinuierlichen Betrieb benutzt werden.
Die zyklische Änderung der Temperatur nach dem Stand der Technik wird erfindungsgemäß durch einen zyklischen Übergang von Adsorption zur Desorption und wieder Adsorption bei weitgehend konstant eingestellter Polarisations-Temperatur T_K = T_P ersetzt.

1: Polarisierbarer Kristall
2: Niob-Atome
3: Lithium-Atome
4: Sauerstoff-Ebenen
5: Richtung der Polarisationsänderung durch Heizen
6: Richtung der Polarisationsänderung durch Kühlen
7: erste Anordnung
8: Gehäuse
9: Einrichtung zur Temperatureinstellung
10: Kühlkörper
11: Fenster
12: Rohranschluss
13: Unterdruckpumpe
14: Detektor
15: Target
16: geladene Teilchen
17: Röntgenstrahlung
171: erste Photonenrate
172: zweite Photonenrate
173: dritte Photonenrate
18: Oberflächenplasma
19: Adsorbatschicht
20: zweite Anordnung
21: Temperatursensor
22: Kupferträger
23: Vakuumkammer
24: Temperatur-Zeit-Kurvenknick
25: zusätzliche Röntgenstrahlung
26: Teilchenquelle und -senke zur Regelung der adsorbierbaren Teilchen im Restgas
27: zusätzliche adsorbierbare Teilchen
28: Kristalloberfläche
29: Restgas
30: erfindungsgemäße Vorrichtung
31: Zwischenschicht mit steuerbarer Benetzbarkeit
32: Restgasteilchen
33: Temperatur-Haltepunkt
34: Adsorbatgas
35: Steuereinrichtung
36: Temperatur-Zeit-Kurve nach dem Stand der Technik

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 3840748 [0011]
- US 5122699 [0011]
- WO 03098265 [0012]
- WO 2006060030 [0012]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- Appl. Phys. Lett., 85, 2004, S. 1298 [0005]
- Adv. Mater., 18, 2006, S. 3063 [0010]

Claims

Vorrichtung (30) zur Erzeugung von Röntgenstrahlen mittels polarisierbarer Kristalle (1), wobei sich in einem Gehäuse (8) mit einer Vakuumkammer (23) der Kristall (1) auf einer Einrichtung (9) zur Einstellung einer Polarisationstemperatur (T_P) zur Ausbildung eines elektrischen Polarisationsfeldes bestimmter Feldstärke befindet und mit einem durch einen außerhalb des Kristalls (1) wirksamen Anteil des Polarisationsfeldes sich in einem vorhandenen Restgas (29) ausbildenden Oberflächenplasma (18) im Kontakt steht und sich im Gehäuse (8) zumindest ein vom Oberflächenplasma (18) bombardierbares Target (15) zur Erzeugung einer während eines Aktivierungsvorganges einer vorgegebenen Oberfläche (28) des Kristalls (1) oder des Restgases (29) entstehenden Röntgenstrahlung (17, 171, 172, 173) und ein Fenster (11) zur registrierbaren Durchstrahlung der vorhandenen Röntgenstrahlung 17, 171, 172, 173) befindet, wobei das Gehäuse (8) mit einer Unterdruckpumpe (13) in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Teilchenquelle (26) mit mindestens einem gasförmigen Adsorbat (34) vorgesehen ist, die zur Einführung des Adsorbats (34) an die Vakuumkammer (23) angeschlossen ist und die über das vorhandene Oberflächenplasma (18) hinaus eine integrable stationäre Adsorbatschicht (19) gesteuert auf der Oberfläche (28) des Kristalls (1) auf- und abbaut, wodurch eine gesteuerte Adsorption und Desorption erreicht wird, die eine permanente zusätzliche Konzentration an abschirmenden Ladungsteilchen (27) in das Restgas (29) einbinden oder die Anlagerung der beeinflussenden Adsorbatschicht (19) bewirken, wobei dadurch zusätzlich das ablenkende elektrische Feld, das die Abbremsung auf das vorgesehene Target (15) und so die Erzeugung der vorhandenen Röntgenstrahlung (17, 171, 172, 173) bedingt, verändert wird, und eine zusätzliche Röntgenstrahlung (25) während des Aktivierungsvorganges des Kristalls (1) erzeugt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinrichtung (35) für die Parametereinstellung zumindest von Unterdruck und Temperatur (T_P, T_K) vorgesehen ist, die eine Konzentrationsänderung der Adsorbatteilchen (34, 27) und die Parameter Unterdruck und Temperatur für die an der Oberfläche (28) angelagerte Adsorbatschicht (19), im Falle hinreichend hoher Adsorbatkonzentrationen im Bereich ihres Phasensprungs von flüssig zu gasförmig, einstellt.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verbindung von Teilchenquelle (26) und Vakuumpumpe (23) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zwischenschicht (31) auf die Oberfläche (28) des Kristalls (1) aufgebracht ist und eine steuerbare Benetzbarkeit besitzt und dadurch die Adsorbatschicht (19) besser ablösbar wird oder stärker an der Oberfläche (28) haftet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Oberflächenstrukturierung der Kristalle (1) für einen steuerbaren Wechsel zwischen anziehenden und abstoßendem Verhalten im Oberflächenbereich (28) des Kristalls (1) vorgesehen ist.
Verfahren zur Erzeugung von Röntgenstrahlen mittels eines polarisierbaren Kristalls (1) mittels einer Vorrichtung (30) nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass folgende Schritte durchgeführt werden: – in der Vakuumkammer (23) wird der polarisierbare Kristall (1) auf konstanter Temperatur (T_K) oder veränderlicher Temperatur (T_K ± ΔT_K) gehalten, wobei T_K die Temperatur ist, bei der der Verlauf der Temperatur-Zeit-Kurve (36) einen auftretenden, verlangsamten Temperaturanstieg (24) an einem Temperatur-Knickpunkt (33) aufweist, – das im Bereich an der Kristalloberfläche (28) außerhalb des Kristalls (1) wirksame elektrische Feld dient der Ionisation des Restgases (29) und Beschleunigung der geladenen Teilchen (16) in Richtung des Targets (15), – die auf das Target (15) auftreffenden Elektronen (16) oder Ionen werden abgebremst und senden dabei Röntgenstrahlung (17; 171, 172, 173) aus, die vom Detektor (14) gemessen wird, – durch mindestens eine Teilchenquelle (26) wird mindestens eine zusätzliche gasförmige Substanz (34) – Adsorbat – eingebracht, die sich mit dem Restgas (29) vermischt und/oder sich auf der Oberfläche (28) des Kristalls (1) anlagert und/oder durch Adsorptions- und Desorptionsvorgänge zusätzliche Ladungen (27) in das Restgas (29) einbringt oder die Anlagerung der Ladungen (27) beeinflusst, die dann durch das elektrische Dipolfeld des Kristalls (1) auf das Target (15) zur Erzeugung zusätzlicher Röntgenstrahlung (25) bei einer vorgegebenen konstant gehaltenen Temperatur (T_K, T_K ± ΔT_K) geleitet werden.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die konstante Temperatur (T_K, T_K ± ΔT_K) zur Erreichung eines Temperatur-Fixpunktes (33), der die zusätzliche Röntgenstrahlung (25) auslöst, ca. 100°C beträgt.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die gasförmige Substanz (34) in mindestens einer Teilchensenke wieder aufgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die angelagerte Adsorbatschicht (19) auf der Oberfläche (28) des Kristalls (1) über im Restgas (29) eingebundene Teilchen (32) gesteuert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Parameter Druck (p) oder Temperatur (T_P) zur Steuerung der Adsorption und der Desorption, d. h. Ablösen des Adsorbats bei niedrigem Druck und Abscheidung bei höherem Druck bzw. Ablösen bei erhöhter Temperatur (T_P) und Abscheidung bei erniedrigter Temperatur (T_P), wobei die zu adsorbierende Substanz (34) nahe einem Phasenübergangspunkt gehalten wird, verwendet werden, so dass die Substanz (34) bei Veränderung von Druck (p) und Temperatur (T_P) an der Oberfläche kondensiert oder ein Verdampfen einsetzt, wobei durch das Wechselspiel zwischen Adsorption und Desorption Änderungen in den Ladungsträgerkonzentrationen (16, 27) im elektrischen Feld des Kristalls (1) erzeugt werden und damit die nach außen wirksame elektrischen Feldstärke verändert, wobei die freien Ladungsträger (16, 27) auf das Target (15) beschleunigt auftreffen und somit die Erzeugung zusätzlicher Röntgenstrahlung (25) erzielt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Anlagern des Adsorbats (34) an die Oberfläche (28) des Kristalls (1) die Emission der Zusatzröntgenstrahlung (25) verhindert bzw. verzögert wird und das Desorbieren des Adsorbats (34) von der Oberfläche (28) des Kristalls (1) weg die Emission der Zusatzröntgenstrahlung (25) fördert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass – das Heizen durch die Einrichtung (9) mit konstantem Strom erfolgt und danach sich das Kühlen in der Vakuumkammer (23) anschließt, die mit einer ölbetriebenen Drehschieberpumpe (13) und einer Turbomolekularpumpe evakuiert wird, – eine konzentrationsgesteuerte Bedeckung des Kristalls (1) mit einer Öl-Adsorptionsschicht (19) aus der Drehschieberpumpe (13) durchgeführt wird, – ein Übergang der Öl-Adsorptionsschicht (19) in den gasförmigen Zustand, d. h. ein Abdampfen von angelagerten Adsorbatteilchen (27) auch unter Mitnahme von anderen Kompensationsladungen erreicht wird, und das – Auslösen einer Emissionsphase einer Röntgenstrahlung (25), die zusätzlich zu der regulären, beim anschließenden Abkühlen im Röntgenbereich (17) auftretenden Emission (171, 172, 173) auftritt, und somit insgesamt eine erhöhte Röntgenstrahlenausbeute (17, 25) ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einflussnahme auf das Oberflächenplasma (18) durch die sich ausbildende Adsorbatschicht (19) auf der Oberfläche (28) des Kristalls (1) durch Zugeben von Teilchen (34) – Adsorbat – aus einer Teilchenquelle (26) bzw. durch Absaugen von Teilchen in eine Teilchensenke und dadurch Beeinflussung der Emission erreicht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Desorption, das Ablösen der angelagerten Teilchen von der Oberfläche (28) des Kristalls (1), durch mindestens einen der folgenden Teilverfahrensschritte durchgeführt wird: – akustisch durch Ultraschall bei Ausnutzung von sonochemischer Kavitation, wobei die Schallquelle entweder extern angekoppelt wird oder das polarisierbare Medium, das dazu piezoelektrisch sein muss, selbst als Schallquelle benutzt wird, – optisch durch Absorption von Photonen vorzugsweise aus einem Laser, – ionenstimuliert durch Beschuss mit vorzugsweise schnellen Ionen, – mechanisch mittels Bürsten, Schleifen, Kratzen, Vibrieren, – elektrisch durch eine zusätzliche Spannung, – durch Verdrängung des Oberflächenplasmas (18) in Form eines Einsatzes eines leichter adsorbierbaren gasförmigen Stoffes (34).
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Modifikation der Oberfläche (28) des Kristalls (1) durch eine Mikro- oder Nano-Strukturierung oder durch Aufbringen von funktionalen Deckschichten durchgeführt wird, so dass die modifizierte Oberfläche (28) eine schaltbare Benetzbarkeit für eine bestimmte Flüssigkeit aufweist, wobei die Benetzbarkeit wahlweise durch Licht, elektrische Felder, Temperaturveränderung oder Lösungsmittelbehandlung einstellbar ist, so dass in Folge dessen die Bedeckung des Kristalls (1) mit einer Adsorbatschicht (19) gesteuert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Anlagern des Adsorbats (34) – Adsorption – und das Entfernen der Adsorbatschicht (19) – Desorption – von der Oberfläche (28) des Kristalls (1) in einem zyklischen Betrieb oder in einem stationären Gleichgewicht durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine Überlagerung zusätzlicher Felder die Adsorption und Desorption des Adsorbats (34) steuern.
Verfahren nach Anspruch 6 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein mechanisches Anregen zum Entfernen der Adsorbatschicht (19) im Sekundenbereich oder darunter zu einem quasi-kontinuierlichen Betrieb benutzt wird.