DE102015008975A1

DE102015008975A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Bestimmung und Korrektur der Intensitäten von Röntgenstrahlen für Röntgeneinrichtungen mittels ermittelten Umgebungsparametern

Info

Publication number: DE102015008975A1
Application number: DE102015008975.7A
Authority: DE
Inventors: Marco Herrmann; Tilmann Leisegang; Dirk C. Meyer; Manuel Rothenberger; Hartmut Stöcker; Tina Weigel; Matthias Zschornak
Original assignee: Technische Universitaet Bergakademie Freiberg
Current assignee: Technische Universitaet Bergakademie Freiberg
Priority date: 2015-07-06
Filing date: 2015-07-06
Publication date: 2017-01-12
Anticipated expiration: 2035-07-07
Also published as: DE102015008975B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (20) und ein Verfahren zur Bestimmung und Korrektur der Intensitäten I(t) von Röntgenstrahlen für Röntgeneinrichtungen (8) mittels ermittelten Umgebungsparametern, denen physikalische Größen zugeordnet sind, wobei die Vorrichtung (20) enthält zumindest eine Röntgeneinrichtung (8), die zumindest umfasst – eine Röntgenstrahlquelle (1), wobei die Röntgenstrahlquelle (1) aus einer Röntgenstrahlen generierenden Anordnung und einer Versorgungseinheit (9) zur Einstellung von Betriebsparametern besteht, – ein optisches Element (200) zur Einstellung der Röntgenstrahleigenschaften, – eine Positioniereinheit (201) zur Platzierung eines Objektes (21), wobei die Positioniereinheit (201) im Strahlengang (3) angeordnet ist, und – eine Sensor-Anordnung (5) zumindest mit einem Luftdruckmesser. Dabei ist zwischen dem optischen Element (200) zur Einstellung der Röntgenstrahleigenschaften und dem Detektor (4) oder der Positioniereinheit (201) zur Platzierung eines Objekts (4) die Sensor-Anordnung (5) von zumindest einem Sensor zur Erfassung von luftspezifischen Umgebungsparametern angeordnet, wobei die Sensor-Anordnung (5) mit einer Auswerteeinheit (6) in Verbindung steht, und eine Recheneinheit (7) vorhanden ist, die zumindest mit der Auswerteeinheit (6) in Verbindung steht, wobei die Auswerteeinheit (6) zumindest aufweist – eine Funktionseinheit (14) zur Speicherung der Werte von luftspezifischen Umgebungsparametern, mit einer begleitenden Zuordnung von physikalischen Größen, und wobei die Recheneinheit (7) zumindest enthält – mindestens eine Funktionseinheit (16) mit einem Algorithmus zur Bestimmung und/oder Korrektur der Röntgenstrahlintensitäten infolge der Absorption unter ...

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung und Korrektur der Intensitäten von Röntgenstrahlen für Röntgeneinrichtungen mittels ermittelten Umgebungsparametern, wobei die Vorrichtung zur Bestimmung und Korrektur der Intensitäten von Röntgenstrahlen für Röntgeneinrichtungen mittels ermittelten Umgebungsparametern, denen physikalische Größen zugeordnet werden, zumindest enthält
eine Röntgeneinrichtung, die zumindest umfasst

– eine Röntgenstrahlenquelle, wobei die Röntgenstrahlenquelle aus einer Röntgenstrahlen generierenden Anordnung und einer Versorgungseinheit zur Einstellung von Betriebsparametern besteht,
– ein optisches Element zur Einstellung der Röntgenstrahleigenschaften,
– eine Positioniereinheit zur Platzierung eines Objekts, wobei die Positioniereinheit im Strahlengang angeordnet ist, und
– eine Sensor-Anordnung zumindest mit einem Luftdruckmesser.

Im Wesentlichen werden eine Vorrichtung zur Vermessung und Weiterverarbeitung von Umgebungsparametern sowie ein Verfahren zur damit durchführbaren zeitabhängigen Bestimmung von Röntgenstrahlintensitäten zumindest mit einer Absorptionskorrektur angegeben.
Bisher wird der Einfluss von Änderungen der Umgebungsparameter bei Röntgenanalysen, z. B. der Diffraktometrie, der Spektroskopie oder der Tomographie, nicht bei der Datenaufbereitung berücksichtigt. Dadurch unterliegen die vermessenen Röntgenstrahlintensitäten systematischen Fehlern, die zu systematischen Fehlern daraus errechneter Parameter, Werte und Zusammenhänge führen.
Nach dem Stand der Technik sind verschiedene Verfahren der Röntgenanalytik und der Röntgendiagnostik bekannt. Je nach Verfahren legt der Röntgenstrahl bzw. das Röntgenstrahlenbündel eine bestimmte Weglänge x in einem durchstrahlten Medium bis zu einem Untersuchungsgegenstand und von diesem bis zu einem Detektor zurück. Währenddessen findet eine Abschwächung der Strahlung aufgrund von Absorptionen an Komponenten des Mediums statt. Die Abschwächung ist abhängig vom linearen Schwächungskoeffizienten μ des durchstrahlten Mediums und der Weglänge x innerhalb des Mediums. Der zugrunde liegende physikalische Zusammenhang der Transmission T kann wie folgt gemäß der Druckschrift Pirince, E. et al.: International Tables for Crystallography, vol. C. Chester and England: International Union of Crystallography, 2006, beschrieben werden: T = e^–μ(E)·x (I).
Der Anteil der Strahlung, welcher nicht transmittiert wird, wird im Medium absorbiert (A = 1 – T mit A als Absorption und T als Transmission). Der Schwächungskoeffizient μ(E), welcher die Stärke der Strahlungsschwächung in dem Medium angibt, ist abhängig von der Dichte ρ des Mediums und dem Massenschwächungskoeffizient μ_m, gemäß der Gleichung (II) in der Druckschrift Prince, E. et al.: International Tables for Crystallography, vol. C. Chester and England: International Union of Crystallography, 2006: μ(E) = μ_m(E)·ρ (II).
Die Schwächung von Röntgenstrahlung in dem Medium wird verursacht durch elastische bzw. inelastische Wechselwirkung der Röntgenstrahlung mit den Bestandteilen des Mediums (Atome, Moleküle). Die zugrunde liegenden maßgeblichen Prozesse werden Rayleighstreuung, Photoabsorptionen und Comptonstreuung genannt und sind von der Energie E der Röntgenstrahlung abhängig. Der ebenso dazu beitragende Paarbildungseffekt kann jedoch im Röntgenenergiebereich bis zu Energien in Höhe von ca. 1 MeV vernachlässigt werden. Kleinere Photonenenergien werden stärker absorbiert als größere Photonenenergien.
Herkömmliche röntgenanalytische Verfahren korrigieren lediglich Absorptionsverluste, die innerhalb eines untersuchten Objekts aufgrund der objektspezifischen Schwächungskoeffizienten entstehen, gemäß Gleichung (I). Im Falle der Röntgenbeugung betrifft dies die Schwächung der an den Netzebenen gebeugten bzw. an den Atomen gestreuten Intensitäten. Die Verfahren dafür beruhen auf einem nummerischen, semi-empirischen und empirischen Ansatz, der in der Druckschrift Massa, W.: Kristallstrukturbestimmung, Wiesbaden, Vieweg und Teubner Verlag, 7. Auflage, 2011, beschrieben ist. Unberücksichtigt bleiben jedoch bei Röntgenstrahlmessungen allgemein Absorptionseffekte an Luft als Medium. Die Absorptionseffekte werden bisher als konstant angenommen. Schwankungen der Absorption, hervorgerufen durch Dichteschwankungen der Luft in Abhängigkeit von Umgebungsdruck, Umgebungstemperatur und Umgebungszusammensetzung (u. a. Luftfeuchtigkeit oder CO₂-Gehalt) werden bisher weder simultan gemessen und aufgezeichnet noch für eine Datenaufbereitung herangezogen.
Bezüglich des Mediums Luft ist der Einfluss von Umgebungsbedingungen wie Luftdruck, Temperatur und Luftfeuchtigkeit auf die Röntgenstrahlintensität aus der Literatur bekannt, wie z. B. in den Druckschriften Baker, T. W., George, J. D., Bellamy, B. A. & Causer, R.: In Advances in X-ray Analysis, 1968, Seite: 359-375. Springer und Assiamah, M., Mavunda, D., Nam, T. & Keddy, R.: Radiation Physics and Chemistry, 68(5), 2003, S. 707–720, beschrieben ist.
Es ist auch bekannt, dass ein konstanter Umgebungsdruck zu geringen Intensitätsschwankungen gemäß der Beschreibung in der Druckschrift Baker, T. W., George, J. D., Bellamy, B. A. & Causer, R.: In Advances in X-ray Analysis, Springer, 1968, Seite: 359–375, führt. Jedoch wird weder eine entsprechende zeitabhängige Absorptionskorrektur noch ein Aufbau für eine simultane Vermessung der mediumspezifischen Umgebungsbedingungen, denen physikalische Größen zugeordnet werden können, beschrieben, wenn das Medium Luft ist. Somit wird die Absorption der Röntgenstrahlung an Luft weder bei der Materialanalytik (None Destructive Testing) oder der bildgebenden Röntgendiagnostik noch bei der Berechnung der Strahlendosis für die medizinische Behandlung bzw. Diagnostik (z. B. im Dentalbereich) betrachtet. Viele Geräte kontrollieren über die eingesetzte Steuersoftware bereits Kühlmediumtemperatur und Durchflussrate sowie die elektrische Stabilität der Röntgenstrahlquelle. Aber auch hierbei erfolgt weder eine simultane und für den Anwender nachvollziebare Aufzeichnung aller Parameter noch eine Einbeziehung der Parameterschwankungen für eine Korrektur der Röntgenstrahlintensitäten. Weiterhin ist bekannt, dass die Stärke der Absorption der Röntgenstrahlung in Luft abhängig von der eingestrahlten Photonenenergie ist, wie in der Druckschrift Prince, E. et al.: International Tables for Crystallography, vol. C. Chester and England: international Union of Crystallography, 2006, beschrieben ist, und zu kleineren Energien hin zunimmt. Dieser Effekt wird ebenfalls nicht beachtet.
Bei herkömmlichen röntgenanalytischen bzw. röntgendiagnostischen Messverfahren legen die Röntgenstrahlen von einer Röntgenstrahlquelle bis zum Detektor eine bestimmte Weglänge x durch die Luft zurück. Dabei wird ein signifikanter Anteil der Röntgenstrahlung in Luft absorbiert. Dies ist gemäß der Gleichung (I) abhängig von der Weglänge x in Luft und dem Schwächungskoeffizient μ von Luft, welcher von der Luftdichte ρ und der Energie E der Röntgenstrahlung abhängt. Da die Luftdichte ρ nicht konstant ist, sondern aufgrund von Temperatur-, Druck- und Zusammensetzungsänderungen zeitlich variiert, führt dies auch zu zeitlich variablen Absorptionen/Transmissionen der Röntgenstrahlung in Luft, was sich auf die gemessenen bzw. effektiv wirkenden Intensitäten der Röntgenstrahlung auswirkt. Dadurch kommt es zu einer signifikanten Zunahme oder Abnahme der Röntgenstrahlintensität, welche die Messungen/Bestrahlungen am zu untersuchenden/zu bestrahlenden Objekt verfälschen.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung und Korrektur der Intensitäten von Röntgenstrahlen für Röntgeneinrichtungen mittels ermittelten Umgebungsparametern anzugeben, die derart geeignet ausgebildet sind, dass dazu zumindest die mediumspezifischen Umgebungsbedingungen und zusätzlich die technischen Umgebungsbedingungen und deren Schwankungen erfasst und in die Auswertung einbezogen werden. Es soll eine geeignete Vorrichtung angegeben werden, mit der die zeitabhängige Aufzeichnung von Umgebungsparametern für Röntgeneinrichtungen möglich ist, zumindest des Luftdrucks, und/oder der Umgebungstemperatur und/oder der Luftfeuchtigkeit und/oder Luftzusammensetzung, sowie ein geeignetes Verfahren zur Bestimmung der Röntgenstrahlintensität mit einer zeitabhängigen Absorptionskorrektur auf Basis der erhobenen Daten. Es soll auch eine Erweiterung des der Korrektur der mediumspezifischen Umgebungsparameter zugrunde liegenden Algorithmus um die separate Einbeziehung weiterer Größen, die Schwankungen unterliegen, wie u. a. der Netzversorgung, elektronischer Komponenten der Versorgungseinheit der Röntgenstrahlquelle und Temperatur und Durchflussrate des Kühlmediums, auch zusammengefasst durch eine Überwachung der Intensität des Primärstrahls, berücksichtigt werden.
Die Aufgabe wird mittels der Merkmale der Patentansprüche 1 und 14 gelöst. Die Vorrichtung zur Bestimmung und Korrektur der Intensitäten von Röntgenstrahlen für Röntgeneinrichtungen mittels ermittelten Umgebungsparametern, denen physikalische Größen zugeordnet werden, enthält zumindest eine Röntgeneinrichtung, die zumindest umfasst

– eine Röntgenstrahlenquelle, wobei die Röntgenstrahlenquelle aus einer Röntgenstrahlen generierenden Anordnung und einer Versorgungseinheit zur Einstellung von Betriebsparametern besteht,
– ein optisches Element zur Einstellung der Röntgenstrahleigenschaften,
– eine Positioniereinheit zur Platzierung eines Objekts, wobei die Positioniereinheit im Strahlengang angeordnet ist,
– eine Sensor-Anordnung zumindest mit einem Luftdruckmesser, wobei gemäß dem Kennzeichenteil des Patentanspruchs 1 zwischen dem optischen Element und der Positioniereinheit oder dem Detektor eine Sensor-Anordnung von zumindest einem Sensor zur Erfassung von luftspezifischen Umgebungsparametern angeordnet ist, wobei die Sensor-Anordnung mit einer Auswerteeinheit in Verbindung steht, und eine Recheneinheit vorhanden ist, die zumindest mit der Auswerteeinheit in Verbindung steht, wobei die Auswerteeinheit zumindest aufweist – eine Funktionseinheit zur Speicherung der Werte von luftspezifischen Umgebungsparametern, und wobei die Recheneinheit zumindest enthält – mindestens eine Funktionseinheit mit einem Algorithmus zur Bestimmung und/oder Korrektur der Röntgenstrahlintensitäten infolge der Absorption unter Berücksichtigung der von den luftspezifischen Umgebungsbedingungen zugeordneten physikalischen Größen nach folgenden Gleichungen (III), (IV), (V) und (VI):
wobei I₀(t) die von der Röntgenstrahlquelle emittierte Röntgenstrahlintensität zur Zeit t ist, die auf dem Weg zum Objekt oder zum Detektor durch Absorption an Luft eine Schwächung um einen Intensitätsbetrag ΔI_abs(t) erfährt, sodass am Objekt oder dem Detektor eine effektiv wirkende Röntgenstrahlintensität I(t) vorhanden ist, μ(E, t) der energieabhängige Schwächungskoeffizient von Luft und x die von der Röntgenstrahlung zurückgelegte Wegstrecke in Luft sind, wobei A und B konstante Parameter sind, und wobei die Korrektur der Röntgenstrahlintensität um den Intensitätsbetrag ΔI_abs(t) sofort oder erst nach der Bereitstellung der Messwerte erfolgt und danach die auf ein zu untersuchendes und zu bestrahlendes Objekt auftreffende Röntgenstrahlintensität I(t) bestimmt wird und wobei für Bestrahlungen mit einer Zieldosis der Röntgenstrahlintensität die Bestrahlungszeit durch die aufsummierte Intensität auf Grundlage der zeitabhängigen Absorptionsdaten stetig angepasst wird.

Die Sensor-Anordnung kann Sensoren zumindest zur Erfassung des Luftdrucks, und/oder der Lufttemperatur und/oder der relativen Luftfeuchtigkeit und/oder Gassensoren zur Detektion der Luftzusammensetzung enthalten.
Die Funktionseinheit zur Speicherung der Werte von luftspezifischen Umgebungsparametern kann als luftspezifische Umgebungsparameter Luftdruck, und/oder Lufttemperatur und/oder relative Feuchtigkeit der Luft einbeziehen.
Die Auswerteeinheit kann eine Funktionseinheit zur Speicherung der Werte von weiteren luftspezifischen Umgebungsparametern wie Luftzusammensetzung mit CO₂-Gehaltaufweisen.
In der Recheneinheit kann wahlweise zumindest eine weitere Funktionseinheit zur Speicherung der durch die Versorgungseinheit bereitgestellten Werte von technischen Umgebungsparametern zur Charakterisierung der Röntgenstrahlquelle enthalten sein, wobei die technischen Umgebungsparameter sich aus der Durchflussrate und/oder der Temperatur des Kühlmediums (z. B. Wasser, Luft oder Öl) und/oder der Überwachung der Netzspannung und/oder ausgewählter elektronischer Komponenten der Versorgungseinheit ergeben.
Die Versorgungseinheit kann elektrische Messgeräte und/oder einen Kühlmediumkreislauf und/oder einen Temperatursensor und/oder einen Durchflusszähler zur Messung von technischen Umgebungsparametern aufweisen.
In der Recheneinheit kann zumindest eine weitere Funktionseinheit zur Berechnung der Korrektur aus den zeitlich veränderten Werten von technischen Umgebungsparametern zur Charakterisierung der Röntgenstrahlquelle und der Versorgungseinheit enthalten sein,
wobei die technischen Umgebungsparameter sich aus der Durchflussrate und/oder der Temperatur des Kühlmediums und/oder der Überwachung der Netzspannung, und/oder ausgewählter elektronischer Komponenten der Versorgungseinheit ergeben.
In der Recheneinheit kann zumindest die Funktionseinheit zur Berechnung der Korrektur aus den zeitlich veränderten Werten von technischen Umgebungsparametern mit der Funktionseinheit für die Absorptionskorrektur über die Kombinations-Funktionseinheit in Verbindung stehen, wobei in der Kombinations-Funktionseinheit alle gemessenen Umgebungsparameter zur Korrektur kombiniert werden und in der Funktionseinheit zur finalen Bestimmung der Röntgenstrahlintensität unter Einbeziehung aller gemessenen Umgebungsparameter die Röntgenstrahlintensität I(t) bestimmt/korrigiert werden.
Das optische Element kann optional eine Anordnung zur Messung der Primärstrahlintensität, wahlweise eine Ionisationskammer, einen Streustrahlungsdetektor oder eine adaptive Röntgenoptik gemäß Druckschrift DE 10 2013 008 486 A1 enthalten.
Das optische Element zur Einstellung der Röntgenstrahleigenschaften kann mit der Recheneinheit verbunden sein, um damit die sich ändernden Umgebungsbedingungen und zugehörigen -parameter zu kompensieren.
Andererseits kann das optische Element derart ausgebildet sein, eine optische Blende zu steuern und dabei mechanisch zu öffnen oder zu schließen, oder verschiedene Strahlschwächer in Form von verschieden dicken Materialien mit unterschiedlichen Absorptionskoeffizienten, in den Strahlengang hineinzuschieben oder herauszuziehen.
Die Röntgeneinrichtung kann einen Detektor zur Messung der durch das Medium (Luft) transmittierten und ggf. durch ein Objekt gestreuten Röntgenstrahlintensität enthalten.
Das Verfahren zur Bestimmung und Korrektur der Intensitäten von Röntgenstrahlen für Röntgeneinrichtungen mittels ermittelten Umgebungsparametern, denen physikalische Größen zugeordnet werden, mit einer Röntgeneinrichtung unter Einsatz der vorgenannten Vorrichtung
weist als Kennzeichenteil des Patentanspruchs 14
zumindest folgende Schritte auf,

– Ermittlung der Luftdichte ρ(t) zur Zeit t anhand der gemessenen Daten von zumindest Luftdruck p(t) und/oder Lufttemperatur T(t) und/oder relativer Feuchtigkeit rH(t) gemäß Gleichung (III):
wobei R_L die spezifische Gaskonstante für Luft und ε(T(t)) der Sättigungsdruck sind,
– Bestimmung des Schwächungskoeffizienten μ(E, t) durch Multiplikation der berechneten Luftdichte ρ(t) mit der Summe des Massenbruchs g_i(t) der einzelnen Komponenten i der Luft und der dazugehörigen Massenschwächungskoeffizienten μ_m(E), nach Gleichung (IV) μ(E, t) = ρ(p, T, rH, t)·Σ N / i=1g_i(t)·μ_m,i(E). (IV), wobei die Massenbrüche der Luftkomponenten g_i(t) aus der Messung von Luftzusammensetzungen oder über Standardwerte folgen, wobei alle Messungen simultan zu einem Zeitpunkt t durchgeführt werden,
– Korrektur der durch den Detektor gemessenen und der für eine Bestrahlung einzustellenden und effektiv wirkenden Röntgenstrahlintensitäten I(t) um die Absorption um einen Intensitätsbetrag ΔI_abs(t) gemäß Gleichungen (V) und (VI), wobei durch die zu jedem Zeitpunkt t ermittelten Schwächungskoeffizienten μ(E, t) die Röntgenstrahlintensität I₀(t) zu jedem Zeitpunkt t um die Absorption in Luft korrigiert wird: I(t) = I₀(t) – ΔI_abs(t) = I₀(t) – I₀(t)·(1 – e^{–μ(E,t)·x}) (V), I(t) = I₀(t)·A·e^{–B·μ(E,t)·x} (VI), wobei I₀(t) die von der Röntgenstrahlquelle emittierte Röntgenstrahlintensität zur Zeit t ist, die auf dem Weg zum Objekt oder zum Detektor durch Absorption an Luft eine Schwächung um den Intensitätsbetrag ΔI_abs(t) erfährt, sodass am Objekt oder an dem Detektor eine effektiv wirkende Röntgenstrahlintensität I(t) vorhanden ist, μ(E, t) der Schwächungskoeffizient von Luft und x die von dem Röntgenstrahl zurückgelegte Wegstrecke in Luft sowie A und B konstante Parameter sind.

Die Stabilität der Röntgenstrahlquelle und der Versorgungseinheit kann durch zeitabhängige Vermessung der Primärstrahlintensität I₀(t) des Röntgenstrahls mit einer Anordnung in Form einer Ionisationskammer oder einer Luftstreuvorrichtung oder einer adaptiven Röntgenoptik anstelle der Bestimmung der einzelnen technischen Umgebungsparameter überprüft werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet zumindest den Luftdruck und/oder auch die Lufttemperatur und/oder die Luftfeuchtigkeit unmittelbar in oder an der Röntgeneinrichtung am Ort der Röntgenstrahlmessungen auf und berechnet in einer Recheneinheit über einen Algorithmus zu jedem gemessenen Intensitätswert den entsprechenden Transmissionswert, mit dem die experimentell ermittelten oder effektiv wirkenden Röntgenstrahlintensitäten dann um die Luftdichteschwankungen korrigiert und die Parameter der Röntgenstrahlquelle zeitabhängig für eine konstante Bestrahlung geändert oder die Bestrahlungsdauer angepasst werden können.
Die Anwendung des Algorithmus zur Korrektur und nachfolgenden Bestimmung der Röntgenstrahlintensitäten in der Recheneinheit setzt sich aus drei Teilschritten zusammen:

1. Zunächst wird anhand der simultan gemessenen mediumspezifischen Umgebungsparameter: Luftdruck p(t) und/oder Lufttemperatur T(t) und/oder Luftfeuchtigkeit rH(t) die Luftdichte ρ(p, T, rH, t), wie in der Druckschrift Etling, D.: Theoretische Meteorologie: Eine Einführung. Berlin, Springer, 3. Auflage, 2008, beschrieben ist, gemäß der Gleichung (III) ermittelt, wobei aufgrund vergleichsweise geringerer Auswirkungen die Lufttemperatur T(t) und die relative Luftfeuchte rH(t) auch abgeschätzt werden können:
Hierbei ist R_L die spezifische Gaskonstante für Luft und ε(T(t)) der Sättigungsdruck.
2. Mit der berechneten Luftdichte ρ(t) erfolgt im zweiten Schritt die Bestimmung des Schwächungskoeffizienten μ(E, t) durch Multiplikation der berechneten Luftdichte ρ(p, T, rH, t) mit der Summe des Massenbruchs g_i(t) der einzelnen Komponenten i der Luft und der dazugehörigen Massenschwächungskoeffizienten μ_m(E), nach dem Zusammenhang in der Druckschrift Prince, E. et al.: International Tables for Crystallography, vol. C. Chester and England: International Union of Crystallography, 2006 gemäß der Gleichung (IV): μ(E, t) = ρ(p, T, rH, t)·Σ N / i=1g_i(t)·μ_m,i(E). (IV)
Die Massenbrüche g_i(t) der Luftkomponenten i folgen aus der simultanen Messung der Luftzusammensetzungen zur Zeit t oder über Standardwerte. Der Massenschwächungskoeffizient μ_m(E) ist tabelliert für verschiedene Luftkomponenten und Photonenenergien, wie in der Druckschrift Prince, E. et al.: International Tables for Crystallography, vol. C. Chester and England: International Union of Crystallography, 2006, beschrieben ist.
3. Im letzten Schritt erfolgt die Korrektur um die Absorption gemäß der Gleichungen (V), (VI) zur Bestimmung der gemessenen/effektiv wirkenden Intensitäten I(t). Im Falle kurzer Messzeiten kann so eine Kalibrierung der Primärstrahlintensität hinsichtlich der Absorption bzw. eine Bestrahlungszeitanpassung unmittelbar vor der eigentlichen Messung bzw. Bestrahlung erfolgen. Für lange Messungen/Bestrahlungen kann durch die zeitliche Aufnahme der Umgebungsparameter und durch die zu jedem Zeitpunkt t ermittelten Schwächungskoeffizienten μ(E, t) die Intensität I(t) zu jedem Zeitpunkt t um die Absorption in Luft gemäß der Gleichungen (V), (VI) korrigiert werden: I(t) = I₀(t) – ΔI_abs(t) = I₀(t) – I₀(t)·(1 – e^{–μ(E,t)·x}) (V), I(t) = I₀(t)·A·e^{–B·μ(E,t)·x} (VI),

In Gleichung (V) ist I₀(t) die von der Röntgenstrahlquelle emittierte Röntgenstrahlintensität zur Zeit t, die auf dem Weg zum Objekt oder zum Detektor durch Absorption an Luft eine Schwächung um den Intensitätsbetrag ΔI_abs(t) erfährt, sodass am Objekt oder dem Detektor eine effektiv wirkende Röntgenstrahlintensität I(t) vorhanden ist, μ(E, t) der Schwächungskoeffizient von Luft und x die von dem Röntgenstrahl zurückgelegte Wegstrecke in Luft. A und B sind Parameter, welche dem Algorithmus mit dem Korrekturmodell erlauben, flexibel gegenüber nicht gemessenen zeitabhängigen Effekten und Anteilen zu sein. Die Korrektur und Bestimmung der zeitabhängigen Röntgenstrahlintensität I(t) kann sofort nach Bereitstellung der gemessenen Werte oder erst nach Beendigung der Messung erfolgen. Für Bestrahlungen mit Zieldosis der Röntgenstrahlintensität kann die Bestrahlungszeit durch die aufsummierte Intensität auf Grundlage der zeitabhängigen Absorptionsdaten stetig angepasst werden.
Damit kann die effektiv auf das Objekt auftreffende Intensität des Röntgenstrahls bestimmt werden.
Weitere Einflüsse und Parameterschwankungen können ebenfalls in den in der Recheneinheit befindlichen Algorithmus integriert werden, wobei hier ursächlich andere Phänomene, insbesondere die technischen Umgebungsbedingungen und zugehörigen Umgebungsparameter, welche die Röntgenstrahlintensität I₀(t) beeinflussen:
Dies können Netzschwankungen oder Schwankungen der elektronischen Parameter von Komponenten der Versorgungseinheit der Röntgenstrahlquelle oder eines Nachweissystems sowie die Durchflussrate bzw. die Temperatur des Kühlmediums betreffen. Diese Größen können ebenso zeitlich (separat) aufgezeichnet und in den Korrekturalgorithmus integriert werden. Dabei können zusätzlich Sensoren, die die Parameter der Vorsorgungseinheit und des Kühlkreislaufs bereits über die Steuersoftware kontrollieren, verwendet werden. Dabei kann deren zeitlicher Verlauf während der Messung aufgezeichnet und an den Korrekturalgorithmus übermittelt werden. Somit ist der Einbau zusätzlicher Komponenten nicht immer erforderlich und eine Integration des Korrekturalgorithmus in die Röntgeneinrichtung der Vorrichtung ist wesentlich einfacher und/oder kostengünstiger.
Alternativ kann eine Primärstrahlkontrolle, also die Aufzeichnung der Primärstrahlintensität, alle diese Parameter zusammen in Form eines Parameters berücksichtigen. Mit diesem einzelnen Parameter ist es möglich, auf die genannten Schwankungen rückzuschließen. Demzufolge kann eine Primärstrahlkontrolle beispielsweise durch eine Ionisationskammer, einen Streustrahlungsdetektors oder eine adaptive Röntgenoptik gemäß der Druckschrift DE 10 2013 008 486 A1 erfolgen.
Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass durch eine simultane Aufzeichnung der zeitlich veränderlichen luftspezifischen Umgebungsparameter, die einen Teil der Umgebungsbedingungen charakterisieren, die gemessenen Röntgenstrahlintensitäten durch die berechneten Transmissionswerte von Luft zu jedem Messzeitpunkt t korrigiert werden können. Dadurch können Intensitätsverluste oder -gewinne aufgrund von Dichteschwankungen ausgeglichen bzw. in der Datenauswertung herausgerechnet werden, was zu einer signifikanten Verbesserung der Qualität der Messdaten einer Röntgenstrahlmessung führt und somit die Aussagekraft so gewonnener Parameter und Zusammenhänge verbessert. Ebenso lässt sich mit dem Verfahren bei z. B. medizinisch eingesetzten Vorrichtungen die Dosisgenauigkeit der effektiv wirkenden Röntgenstrahlintensität über Anpassung der Bestrahlungsdauer bzw. der Röntgenprimärintensität verbessern.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann somit auf Verfahren der Röntgenanalytik bzw. Röntgendiagnostik, wie beispielsweise der Röntgenbeugung, der Röntgenspektroskopie, der Röntgentomographie und -radiographie oder allgemein der Röntgenbildgebung u. a. in den Bereichen Forschung, Kristallographie, Werkstoffwissenschaften oder Medizin angewandt werden.
Aber auch im Bereich der Röntgenlithographie bzw. der Strahlentherapie ist die Berücksichtigung der zeitabhängigen Transmission von Vorteil, da hiermit die Belichtungs- bzw. Bestrahlungsdauer gezielt eingestellt werden kann. Ferner sind Transmissionsänderungen für länger werdende Strahlwege gemäß Gleichung (I) umso bedeutsamer. Das betrifft insbesondere mit Flächendetektoren aufgezeichnete Intensitätsdaten, wobei hier zu Randbereichen des Detektors hin von den Röntgenphotonen nach Wechselwirkung mit einem Untersuchungsgegenstand größere Wegstrecken zurückgelegt werden.
Ein besonderer Anwendungsbereich des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der Laborbereich (insbesondere in der Forschung und Entwicklung), in dem lange Messzeiten für hochqualitative Messergebnisse häufig notwendig sind.
Jedoch kann das Verfahren auch bei der Forschung mit Synchrotronstrahlung, bei der besonders große Wegstrecken durch die Röntgenphotonen zurückzulegen sind, eingesetzt werden, insbesondere für niederenergetische Röntgenstrahlung.
Auch bei der zerstörungsfreien Materialprüfung mit Röntgenstrahlung, die in verschiedenen Bereichen der Industrie angewendet wird, kann das erfindungsgemäße Verfahren Anwendung finden. Bei der Durchstrahlprüfung oder bei 2D-Computertomografien mit Röntgenstrahlung sind für hochqualitative Auflösungen lange Messzeiten notwendig. Hierbei können Änderungen der Transmission während der Messung zu signifikanten Fehlern der Auflösungsgüte und somit auch zu Fehlern bei der Qualitätsbestimmung des Materials führen.
Weiterhin werden bei der herkömmlichen industriellen 2D- und 3D-Computertomografie, die vor allem in der Prozesskontrolle, Qualitätskontrolle (CAD-unterstützter Soll-Ist-Vergleich) und im Reverse Engineering Anwendung findet, Intensitätsschwankungen die aufgrund von Änderungen der Umgebungsbedingungen auftreten, nicht betrachtet. Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung können weitere Fehler der Messdaten eliminiert werden, was besonders im Bereich von CAD-unterstütztem Soll-Ist-Vergleich und Reverse Engineering zu einer besseren Qualität der Daten führt. Ganz besonders kann das erfindungsgemäße Verfahren im Bereich der röntgenographischen Spannungsmessung Verwendung finden, in dem häufig eine niederenergetische Cr-Kα-Strahlung zum Einsatz kommt.
Die Erfindung wird mittels Ausführungsbeispielen anhand von Zeichnungen erläutert: Es zeigen:
1 einen schematischen Aufbau der Vorrichtung zur Bestimmung und Korrektur der Intensitäten von Röntgenstrahlen für Röntgeneinrichtungen mittels ermittelten luftspezifischen Umgebungsparametern mit einer Röntgeneinrichtung,
2 einen schematischen Aufbau der Vorrichtung zur Bestimmung und Korrektur der Intensitäten von Röntgenstrahlen für Röntgeneinrichtungen mittels ermittelten luftspezifischen Umgebungsparametern mit einer Röntgeneinrichtung nach 1, erweitert um die Erfassung und Aufzeichnung zusätzlicher technischer Umgebungsparameter in Form von elektrischen Parametern an der Versorgungseinheit der Röntgenstrahlquelle und der anliegenden Netzspannung an elektrischen Messgeräten mithilfe weiterer Sensoren, wobei
2a die Auswerteeinheit mit den Funktionseinheiten zur Speicherung von Werten der luftspezifischen Umgebungsparameter und
2b die Recheneinheit mit den wesentlichen Funktionseinheiten zur Durchführung der Korrektur und der Bestimmung der Röntgenstrahlintensität
zeigen,
3 Darstellungen der Messungen in einem Labor über einen Messzeitraum von achtundzwanzig Tagen mit den Variationen der Röntgenstrahlintensität, der in unmittelbarer Nähe der Röntgenstrahlenquelle gemessenen Labortemperatur, dem gemessenen Luftdruck, der außerhalb des Labors vorhandenen Außentemperatur, der gemessenen relativen Feuchtigkeit und der aus diesen Daten berechneten Luftdichte und Röntgenstrahltransmission, wobei
3a eine Außentemperatur-Zeit-Kurve,
3b eine Labortemperatur-Zeit-Kurve,
3c eine Luftdruck-Zeit-Kurve,
3d eine relative Luftfeuchtigkeits-Zeit-Kurve,
3e eine Luftdichte-Zeit-Kurve,
3f eine Transmissions-Zeit-Kuve,
3g eine Strahlungsintensität-Zeit-Kurve und
3h eine Strahlungsintensität-Zeit-Kurve kombiniert mit einer Kühlwassertemperatur-Zeit-Kuve
zeigen,
4 Darstellungen der Abhängigkeit der Transmission von der Photonenenergie verschiedener Materialien (Molybdän, Kupfer, Chrom) und der zurückgelegten Wegstrecke der Röntgenphotonen in Luft in Form von metallabhängigen Transmissions(T)/Weglänge(x)-Kurven und
5 Darstellungen der gemessenen Röntgenstrahlintensität sowie der mit der Vorrichtung und dem Verfahren korrigierten Röntgenstrahlintensitäten, normiert auf den Mittelwert.
Im Folgenden werden die 1 und 2, 2a und 2b gemeinsam betrachtet.
In 1 ist eine schematische Darstellung des Aufbaus der erfindungsgemäßen Vorrichtung 20 zur Bestimmung und der der Bestimmung vorangegangenen Korrektur der Röntgenstrahlintensitäten I(t) von Röntgenstrahlen für Röntgeneinrichtungen mittels ermittelten luftspezifischen Umgebungsparametern dargestellt. Die Vorrichtung 20 enthält
zumindest eine Röntgeneinrichtung 8, die zumindest umfasst

– eine Röntgenstrahlquelle 1, wobei die Röntgenstrahlquelle 1 aus einer Röntgenstrahlen generierenden Anordnung und einer Versorgungseinheit 9 zur Einstellung von Betriebsparametern besteht,
– ein optisches Element 200 zur Einstellung der Röntgenstrahleigenschaften,
– eine Positioniereinheit 201 zur Platzierung eines Objektes 21, wobei die Positioniereinheit 201 im Strahlengang des Röntgenstrahls 3 angeordnet ist, und
– eine Sensor-Anordnung 5 zumindest mit einem Luftdruckmesser.

Erfindungsgemäß ist zwischen dem optischen Element 200 und der Positioniereinheit 201 oder dem Detektor 4 eine Sensor-Anordnung 5 von zumindest einem Sensor zur Erfassung von luftspezifischen Umgebungsparameter angeordnet ist,
wobei die Sensor-Anordnung 5 mit einer Auswerteeinheit 6 in Verbindung steht, und eine Recheneinheit 7 vorhanden ist, die zumindest mit der Auswerteeinheit 6 und/oder dem Detektor 4 und/oder mit der Versorgungseinheit 9 in Verbindung steht,
wobei in der Auswerteeinheit 6 gemäß 2a zumindest

– eine Funktionseinheit 14 zur Speicherung der Werte von luftspezifischen Umgebungsparametern wie Luftdruck vorhanden ist, wobei die Recheneinheit 7 zumindest aufweist
– eine Funktionseinheit 16 mit einem Rechenalgorithmus zur Bestimmung und/oder Korrektur der Röntgenstrahlintensitäten infolge der Absorption unter Berücksichtigung der von den luftspezifischen Umgebungsparametern zugeordneten physikalischen Größen nach folgenden Gleichungen (III), (IV), (V) und (VI):
wobei I₀(t) die von der Röntgenstrahlquelle 1 emittierte Röntgenstrahlintensität zur Zeit t ist, die auf dem Weg zum Objekt 21 oder zum Detektor 4 durch Absorption an Luft eine Schwächung um einen Intensitätsbetrag ΔI_abs(t) erfährt, sodass am Objekt 21 oder dem Detektor 4 eine effektiv wirkende Röntgenstrahlintensität I(t) vorhanden ist, μ(E, t) der energieabhängige Schwächungskoeffizient von Luft und x die von der Röntgenstrahlung zurückgelegte Wegstrecke in Luft und T(t) die bestehende Lufttemperatur sind, wobei A und B konstante Parameter sind, und wobei die Korrektur der Röntgenstrahlintensität um den Intensitätsbetrag ΔI_abs(t) sofort oder erst nach der Bereitstellung der Messwerte erfolgt und danach die auf ein zu untersuchendes und zu bestrahlendes Objekt 21 auftreffende Röntgenstrahlintensität I(t) bestimmt wird und wobei für Bestrahlungen mit einer Zieldosis der Röntgenstrahlintensität die Bestrahlungszeit durch die aufsummierte Intensität auf Grundlage der zeitabhängigen Absorptionsdaten stetig angepasst wird.

Das Objekt 21 kann auch ein Lebewesen sein.
Die Sensor-Anordnung 5 kann Sensoren zur Erfassung des Luftdrucks, und/oder der Lufttemperatur und/oder der relativen Luftfeuchtigkeit und/oder Gassensoren zur Detektion der Luftzusammensetzung enthalten.
Die Funktionseinheit 14 zur Speicherung der Werte von luftspezifischen Umgebungsparametern kann neben dem Luftdruck auch als luftspezifische Umgebungsparameter Lufttemperatur und/oder relativer Feuchtigkeit der Luft einbeziehen.
Die mit der Recheneinheit 7 über Verbindungsleitungen 24 verbundene Auswerteeinheit 6 weist eine Funktionseinheit 15 zur Speicherung der Werte von weiteren luftspezifischen Umgebungsparametern wie z. B. Luftzusammensetzung mit CO₂-Gehalt auf.
Die Recheneinheit 7 kann gegebenenfalls mit dem Detektor 4 über Verbindungsleitungen 24 in Verbindung stehen. Die Recheneinheit 7 kann gegebenenfalls auch mit der Versorgungseinheit 9 verbunden sein.
In der Recheneinheit 7 kann wahlweise zumindest eine weitere Funktionseinheit 25 zur Speicherung der durch die Versorgungseinheit 9 bereitgestellten Werte von technischen Umgebungsparametern zur Charakterisierung der Röntgenstrahlquelle 1 enthalten sein, wobei die technischen Umgebungsparameter sich aus der Durchflussrate und/oder der Temperatur des Kühlmediums (z. B. Wasser, Luft oder Öl) und/oder der Überwachung der Netzspannung, und/oder ausgewählter elektronischer Komponenten der Versorgungseinheit 9 ergeben können, die auch zusammengefasst in Form der Primärstrahlintensität mit der Anordnung 2 charakterisierbar sind, wobei die Anordnung 2 zur Messung der Intensität des Primärstrahles mit einer Ionisationskammer oder einem Streustrahlungsdetektor oder einer adaptiven Röntgenoptik dient.
Die Versorgungseinheit 9 kann, wie in 2 gezeigt ist, elektrische Messgeräte 10 und/oder einen Kühlmediumkreislauf 11 und/oder einen Temperatursensor 12 und/oder einen Durchflusszähler 13 zur Messung von technischen Umgebungsparametern aufweisen.
In der Recheneinheit 7 kann gemäß 2b zumindest eine weitere Funktionseinheit 17 zur Berechnung der Korrektur aus den zeitlich veränderten Werten von technischen Umgebungsparametern zur Charakterisierung der Röntgenstrahlquelle 1 enthalten sein, wobei die technischen Umgebungsparameter sich aus der Durchflussrate und/oder der Temperatur des Kühlmediums und/oder der Überwachung der Netzspannung und/oder ausgewählter elektronischer Komponenten der Versorgungseinheit 9 ergeben.
In der Recheneinheit 7 gemäß 2b kann auch in einer Kombinations-Korrektur-Funktionseinheit 18 zumindest die Funktionseinheit 17 zur Berechnung der Korrektur aus den zeitlich veränderten Werten von technischen Umgebungsparametern mit der Funktionseinheit 16 für die Absorptionskorrektur über die Kombinations-Funktionseinheit 18 in Verbindung stehen und parallele Berechnungen durchführen. Mit der Kombinations-Korrektur-Funktionseinheit 18 ist die Funktionseinheit 26 zur finalen Bestimmung der Röntgenstrahlintensität verbunden, die über Steuerleitungen 19 mit der Versorgungseinheit 9 der Röntgenstrahlquelle 1 zur Steuerung der Intensität verbunden sein kann. Damit kann die Auswerteeinheit 6 ein Teil der Recheneinheit 7 und als Baugruppe in die Recheneinheit 7 integriert sein.
Das optische Element 200 kann optional eine Anordnung 2 zur Messung der Intensität des Primärstrahls 3, wahlweise eine Ionisationskammer, einen Streustrahlungsdetektor oder eine adaptive Röntgenoptik enthalten.
Das optische Element 200 zur Einstellung der Röntgenstrahleigenschaften kann ebenso mit der Recheneinheit 7 verbunden sein, um beispielsweise eine optische Blende mechanisch zu öffnen oder zu schließen oder verschiedene Strahlschwächer, z. B. verschieden dicke Materialien mit unterschiedlichen Absorptionskoeffizienten, hineinzuschieben oder herauszuziehen, also zu steuern, um damit die sich ändernden Umgebungsbedingungen und zugehörigen – parameter zu kompensieren. Eine geringe Transmission der Luft bedeutet eine Verringerung der das optische Element 200 verlassenden Intensität und umgekehrt.
Die Röntgeneinrichtung 8 kann einen Detektor 4 zur Messung der durch das Medium (z. B. Luft) transmittierten und durch ein Objekt gestreuten Röntgenstrahlintensität enthalten.
Das Verfahren zur Bestimmung und Korrektur der Intensitäten von Röntgenstrahlen für eine Röntgeneinrichtung 8 mittels ermittelten Umgebungsparametern, denen physikalische Größen zugeordnet sind und versehen mit der Röntgeneinrichtung 8, wird unter Einsatz der Vorrichtung 20 durchgeführt wobei sich erfindungsgemäß die folgenden Schritte zumindest auf die die Absorption betreffenden luftspezifischen Umgebungsparameter beziehen:

– Ermittlung der Luftdichte ρ(t) zur Zeit t anhand der gemessenen Daten von zumindest Luftdruck p(t) und/oder Lufttemperatur T(t) und/oder relativer Feuchtigkeit rH(t) gemäß Gleichung (III):
wobei R_L die spezifische Gaskonstante für Luft und ε(T(t)) der Sättigungsdruck sind,
– Bestimmung des Schwächungskoeffizienten μ(E, t) durch Multiplikation der berechneten Luftdichte ρ(p, T, rH, t) mit der Summe des Massenbruchs g_i(t) der einzelnen Komponenten i der Luft und der dazugehörigen Massenschwächungskoeffizienten μ_m(E), nach Gleichung (IV) μ(E, t) = ρ(p, T, rH, t)·Σ N / i=1g_i(t)·μ_m,i(E). (IV), wobei die Massenbrüche g_i(t) der Luftkomponenten i aus der Messung von Luftzusammensetzungen oder über Standardwerte folgen, wobei alle Messungen simultan zu einem Zeitpunkt t durchgeführt werden,
– Korrektur der durch den Detektor 4 gemessenen und für eine Bestrahlung einzustellenden und effektiv wirkenden Röntgenstrahlintensitäten I(t) um die Absorption mit dem Intensitätsbetrag ΔI_abs(t) gemäß Gleichungen (V), (VI), wobei durch die zu jedem Zeitpunkt t ermittelten Schwächungskoeffizienten μ(E, t) die Röntgenstrahlintensität I(t) zu jedem Zeitpunkt t um die Absorption in Luft korrigiert wird: I(t) = I₀(t) – ΔI_abs(t) = I₀(t) – I₀(t)·(1 – e^{–μ(E,t)·x}) (V) I(t) = I₀(t)·A·e^{–B·μ(E,t)·x} (VI), wobei I₀(t) die von der Röntgenstrahlquelle 1 emittierte Röntgenstrahlintensität zur Zeit t ist, die auf dem Weg zum Objekt 21 oder zum Detektor 4 durch Absorption an Luft eine Schwächung um den Intensitätsbetrag ΔI_abs(t) erfährt, sodass am Objekt 21 oder an dem Detektor 4 eine effektiv wirkende Röntgenstrahlintensität I(t) vorhanden ist, μ(E, t) der Schwächungskoeffizient von Luft und x die von dem Röntgenstrahl 3 zurückgelegte Wegstrecke in Luft sowie A und B konstante Parameter sind.

Die Bestimmung der durch den Detektor 4 gemessenen und für eine Bestrahlung einzustellenden und effektiv wirkenden Röntgenstrahlintensitäten I(t) wird in Abhängigkeit der Absorption im Bereich des Luftweges x des Röntgenstrahls 3 zum Detektor 4 oder zum zu bestrahlenden Objekt 21 unter Nutzung der luftspezifischen Umgebungsparameter mit einem ersten Algorithmus zur Korrektur der Röntgenstrahlintensität in der Recheneinheit 7 durchgeführt.
Eine ergänzende Bestimmung der Röntgenstrahlintensität I(t) kann in einem zweiten, der Funktionseinheit 17 zugeordneten Algorithmus unter Nutzung der technischen Umgebungsparameter zur Korrektur der Röntgenstrahlintensität infolge von Schwankungen technischer Größen von zur Röntgeneinrichtung 8 gehörenden technischen Baugruppen zumindest in Form einer Röntgenstrahlquelle 1 und einer Versorgungseinheit 9 in der Recheneinheit 7 durchgeführt werden.
Dabei kann die Stabilität der Röntgenstrahlquelle 1 mit der Versorgungseinheit 9 durch zeitabhängige Vermessung der Primärstrahlintensität I₀ des Röntgenstrahls 3 mit der Anordnung 2 in Form einer Ionisationskammer oder einer Luftstreuvorrichtung oder einer adaptiven Röntgenoptik anstelle der Bestimmung der einzelnen technischen Umgebungsparameter überprüft werden.
Zur Bearbeitung der Vorgangsfolge zum zweiten Algorithmus können zur ergänzenden Bestimmung und Korrektur der Röntgenstrahlintensität I(t) folgende Schritte absolviert werden:

– zeitabhängige Vermessung der vorgegebenen technischen Umgebungsparameter der Versorgungseinheit 9,
– Umwandlung der gemessenen Umgebungsparameter in physikalische Rechengrößen,
– Ausführung des zweiten Algorithmus zur Bestimmung der Röntgenstrahlintensität I₀(t) der Röntgenstrahlquelle 1 und finale Bestimmung der Röntgenintensität I(t) der Röntgeneinrichtung 8 und somit der gesamten Vorrichtung 20,

3h

1

9

Im Folgenden wird die Funktionsweise der Vorrichtung 20 anhand der Figuren 1, 2, 2a, 2b näher erläutert:
In der Röntgeneinrichtung 8 sind in 1 und 2 in der Nähe des von der Röntgenstrahlquelle 1 emittierten Strahlengangs des Röntgenstrahls 3 und des Detektors 4 die Sensor-Anordnung 5 mit Sensoren für die zeitabhängige Aufzeichnung von Luftdruck und/oder Lufttemperatur und/oder relative Feuchtigkeit und/oder zumindest einen Gassensor für die Luftzusammensetzung positioniert. Die Messdaten der luftspezifischen Umgebungsparameter werden an die Auswerteeinheit 6 weitergeleitet, dort aufbereitet und die zugeordneten physikalischen Größen an die Recheneinheit 7 über elektrische Steuerverbindungsleitungen 24 übermittelt, in der anschließend der erste Rechenalgorithmus zur Absorptionskorrektur in der Funktionseinheit 16 auf die gemessenen Röntgenstrahlintensitätsdaten angewendet wird. Optional können die erfassten Absorptionsdaten genutzt werden, um die Parameter der Röntgenstrahlquelle 1 kurz vor oder stetig während der Messung und Bestrahlung anzupassen, um die intendierte zu erreichende Röntgenstrahlintensität I(t) zu gewährleisten. Optional kann direkt an der Röntgenstrahlquelle (Röhre) 1 im Röntgenstrahlengang 3 in der Anordnung 2 die Primärstrahlintensität I₀ aufgezeichnet werden, um die Schwankungen aufgrund sich ändernder technischer Umgebungsparameter der Röntgenstrahlquelle 1 zeitlich insgesamt zu erfassen. Der erste Rechenalgorithmus zur Absorptionskorrektur in der Funktionseinheit 16 ist mit dem Algorithmus zur Bestimmung der auf ein Objekt 21 auftreffenden Röntgenstrahlintensität über eine Kombinations-Funktionseinheit 18 und Funktionseinheit 26 verbunden. Das zu untersuchende und zu bestrahlende Objekt 21 wird derart angeordnet, dass das Niveau seiner Auftrefffläche 22 dem Niveau der Auftrefffläche 23 des Detektors 4 entspricht, wie in 1 gezeigt ist.
In 2 ist der Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung 20 gemäß 1, zumindest erweitert um elektrische Messgeräte 10 für die Erfassung der an der Versorgungseinheit 9 der Röntgenstrahlquelle 1 und Komponenten anliegenden Netzspannung dargestellt. Weiterhin wird vom Kühlkreislauf 11 der Röntgeneinrichtung 8 Temperatur und Durchflussrate mithilfe des Temperatursensors 12 und des Durchflusszählers 13 ermittelt. Anschließend werden die Informationen des Temperatursensors 12 und des Durchflusszählers 13 an die Recheineinheit 7 in die Funktionseinheit 25 zur Speicherung und in die Funktionseinheit 17 für den zweiten Korrekturalgorithmus der technischen Umgebungsparameter übergeben und in die Funktionseinheit 18 zur Kombination mit dem ersten Korrekturalgorithmus der luftspezifischen Umgebungsparameter zur finalen Bestimmung des Röntgenintensität weitergeleitet. Wahlweise kann auch die Anordnung 2 zur Vermessung der Primärstrahlintensität in den Strahlengang 3 gebracht werden, die alle röntgenstrahlquelleseitigen Schwankungen zusammengefasst, im Parameter „Primärstrahlintensität”, aufzeichnet und an die Recheneinheit 7 übergibt.
Die 2a zeigt die Auswerteeinheit 6 mit den Funktionseinheiten 14, 15 zur Speicherung von Werten der luftspezifischen Umgebungsparameter und die 2b zeigt die Recheneinheit 7 mit den Funktionseinheiten 16, 17 und 18, 25 und 26 zur Durchführung der Korrektur und der finalen Bestimmung der Röntgenstrahlintensität I(t).
In 3 sind über einen Messzeitraum von achtundzwanzig Tagen innerhalb eines Labors die Variationen der Röntgenstrahlintensität, die in unmittelbarer Nähe der Röntgenröhre/Röntgenstrahlenquelle 1 gemessene Zeitkurven der Labortemperatur 33 in 3b, des Luftdrucks 27 in 3c, der außerhalb des Labors bestehende Außentemperatur 28 in 3a, der relativen Feuchtigkeit 29 in 3d und die aus diesen Daten berechnete Luftdichte 30 in 3e und der Röntgenstrahltransmission 31 in 3f dargestellt. Zu besserer Visualisierung und Eliminierung des zufälligen Fehlers und Kurzzeiteffekten wird in 3g die Intensität geglättet dargestellt. Die geglättete Intensität 32 (schwarze Kurve) entspricht der auf das Objekt 21 oder einen Detektor 4 auftreffenden und bestimmten Röntgenstrahlintensität I(t). Während des Messzeitraums treten Schwankungen der Intensität 32 von ΔI/I (7,0 ± 0,3)% und für die geglätteten Intensitätswerte von ΔI/I = (1,1 ± 0,1)% auf. Die Labortemperatur 33 schwankt im Bereich von ΔT_L = (1,6 ± 0,3)°C, die Außentemperatur 28 von ΔT_O = (22,1 ± 0,3)°C, der Luftdruck 27 von Δp/p = (2,8 ± 0,1)% und die relative Feuchtigkeit 29 von ΔrH = (64,3 ± 0,3)%. Dies führt zu Schwankungen der Dichte 30 von Δρ/ρ = (3,7 ± 0,2)% und zu Änderungen der Transmission 31 von ΔT_X-ray = (1,1 ± 0,1)%. Insgesamt können im vorliegenden Beispiel mit den aufgezeichneten Parametern ca. 44.1% der Intensitätsschwankungen korrigiert werden (anteilhaft: p 37%, T_L 0,8%, rH 0,8%, Tag/Nacht 0,5%, Arbeitstag/Nicht-Arbeitstag 5%). Statistische Analysen zum Einfluss der luftspezifischen Umgebungsbedingungen und der zugehörigen Umgebungsparameter auf Schwankungen der Röntgenstrahlintensität haben ergeben, dass Änderungen des Luftdrucks 27 den Haupteinfluss auf Intensitätsvariationen haben. Änderungen des Luftdrucks 27 von 28,6 hPa führen zu Intensitätszunahmen oder -abnahmen in Höhe von ca. 119 s^–1 bei Durchschnittszählraten von 20808,44 s^–1. Eine Abschätzung weiterer Einflussgrößen ergibt, dass durch die Änderung der Luftzusammensetzung infolge der Atmung von zwei im selben Labor arbeitenden Personen Änderungen der Transmission 31 von ungefähr 0,26% möglich werden. Weiterhin haben Tages- und Wochenzyklen einen Einfluss auf die Intensitäten. Somit verursacht der Wechsel von Wochentagen auf Wochenendtagen Intensitätsänderungen von ca. 21s^–1. Änderungen der Messbedingungen aufgrund von Tageszyklen führen in einem klimatisierten Labor zu kleineren Intensitätsvariationen von ca. 6 s^–1. Weiterhin ist der Einfluss von Schwankungen der Kühlwassertemperatur T_W auf die Röntgenstrahlintensität I₀(t) in 3h dargestellt. Für eine bessere Visualisierung erfolgt wieder eine Glättung der Intensität 32. Weiterhin ist auch der extrapolierte Verlauf der Intensität ohne Erhöhung der Kühlwassertemperatur T_W dargestellt. Kühlwassertemperaturänderungen von ΔT_W = (24,1 ± 0,3)% führen zu Intensitätsänderungen von ΔI/I = (0,5 ± 0,1)%.
In 4 ist die Abhängigkeit der Transmission T von der Photonenenergie E verschiedener Materialien (Molybdän, Kupfer, Chrom) und der zurückgelegten Wegstrecke x der Röntgenphotonen in Luft(Transmissions(T)-Weglängen(x)-Kurven) dargestellt. Die Transmission T nimmt gemäß Gleichung (I) mit größeren Wegstrecken x signifikant ab. Außerdem ist der Einfluss der Absorption für kleinere Photorienenergien E (z. B. Cr-Kα-Strahlung) stärker als für höhere Energien E (z. B. Mo-Kα-Strahlung).
In 5 ist die gemessene Intensität (punktiert) sowie die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 20 und dem Verfahren korrigierten Intensitäten, normiert auf den Mittelwert (strichartig dargestellt), für eine bessere grafische Darstellung, angegeben. Dabei werden die Intensitätsschwankungen um einen signifikanten Anteil verringert. Als Maß für die Verringerung der Intensitätsschwankungen dient die Standardabweichung σ, welche um ca. 25% von σ = 1,861 10^–3 (nicht korrigierte Intensität) auf σ = 1,487·10^–3 (korrigierte Intensität) gesenkt wird.
Durch die simultane Vermessung von Parametern zur Charakterisierung der luftspezifischen Umgebungsbedingungen, wie z. B. Luftdruck, Luftfeuchtigkeit, Luftzusammensetzung und Umgebungstemperatur, können Änderungen der Transmission der Röntgenstrahlung in Luft aufgrund von Dichteschwankungen selbiger ermittelt und die gemessenen Intensitätswerte um diese Schwankungen korrigiert werden. Die Messung der luftspezifischen Umgebungsparameter findet dabei unmittelbar in der Röntgeneinrichtung 8 oder in der Nähe von Röntgenstrahlquelle 1 oder Detektor 4 oder Objekt 21 statt. Der erste Rechenalgorithmus zur zeitabhängigen Absorptionskorrektur verwendet diese Daten und korrigiert anschließend rechnerisch die Röntgenintensitäten. Werden zusätzlich das Kühlmedium (Temperatur und Durchflussrate) sowie die elektronischen Schwankungen überwacht, können diese gleichfalls zur Korrektur der Röntgenintensitäten in den ersten Rechenalgorithmus zur zeitabhängigen Absorptionskorrektur der Recheneinheit 7 eingebettet werden und somit einen kombinierten Algorithmus für alle Umgebungsparameter der erfindungsgemäßen Vorrichtung 20 schaffen und die Qualität der Korrektur weiter verbessern. Die Korrektur der Absorption und die Korrektur der Schwankungen der technischen Parameter können sowohl während der Vermessung der Röntgenstrahlintensitäten als auch nachträglich angewendet werden, bzw. auch zuvor zur Kalibrierung der Röntgenstrahlquelle 1.
Bezugszeichenliste

1: Röntgenstrahlquelle
2: Anordnung zur Messung der Intensität des Primärstrahles mit Ionisationskammer oder Streustrahlungsdetektor oder einer adaptiven Röntgenoptik
3: Röntgenstrahlengang
4: Detektor
5: Sensor-Anordnung mit zumindest einem Sensor für Luftdruck, Temperatur und relativer Feuchtigkeit sowie mit Gassensoren zur Detektion der Luftzusammensetzung
6: Auswerteeinheit
7: Recheneinheit
8: Röntgeneinrichtung
9: Versorgungseinheit
10: Elektrische Messgeräte
11: Kühlmediumkreislauf
12: Temperatursensor
13: Durchflusszähler
14: Funktionseinheit zur Speicherung der Werte von luftspezifischen Umgebungsparametern
15: Funktionseinheit zur Speicherung der Werte der Luftzusammensetzung
16: Funktionseinheit mit Rechenalgorithmus zur Korrektur der luftspezifischen Umgebungsparameter
17: Funktionseinheit mit Rechenalgorithmus zur Korrektur von technischen Umgebungsparametern
18: Kombinations-Funktionseinheit zur Korrektur aller gemessenen Umgebungsparameter
19: Steuerleitungen
20: Vorrichtung
21: zu untersuchendes und bestrahltes Objekt/Lebewesen
22: Auftrefffläche des Objekts/Lebewesens
23: Auftrefffläche des Detektors
24: Verbindungsleitungen
25: Funktionseinheit zur Speicherung der Werte von technischen Umgebungsparametern
26: Funktionseinheit zur finalen Bestimmung der Röntgenstrahlintensität
27: Luftdruck
28: Außentemperatur
29: Relative Luftfeuchtigkeit
30: Luftdichte
31: Transmission
32: geglättete Röntgenstrahlintensität I(t)
33: Labortemperatur
200: optisches Element
201: Positioniereinheit für Objekt

Literaturquellen:

[1] Prince, E. et al.: International Tables for Crystallography, vol. C. Chester and England: International Union of Crystallography, 2006.
[2] Massa, W.: Kristallstrukturbestimmung, Wiesbaden, Vieweg und Teubner Verlag, 7. Auflage, 2011.
[3] Baker, T. W., George, J. D., Bellamy, B. A. & Causer, R.: In Advances in X-ray Analysis, Springer, 1968, Seite: 359–375.
[4] Assiamah, M., Mavunda, D., Nam, T. & Keddy, R.: Radiation Physics and Chemistry, 68(5), 2003, S. 707–720.
[5] Etling, D.: Theoretische Meteorologie: Eine Einführung. Berlin, Springer, 3. Auflage, 2008.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013008486 A1 [0020, 0031]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Pirince, E. et al.: International Tables for Crystallography, vol. C. Chester and England: International Union of Crystallography, 2006 [0004]
Prince, E. et al.: International Tables for Crystallography, vol. C. Chester and England: International Union of Crystallography, 2006 [0005]
Massa, W.: Kristallstrukturbestimmung, Wiesbaden, Vieweg und Teubner Verlag, 7. Auflage, 2011 [0007]
Baker, T. W., George, J. D., Bellamy, B. A. & Causer, R.: In Advances in X-ray Analysis, 1968, Seite: 359-375 [0008]
Springer und Assiamah, M., Mavunda, D., Nam, T. & Keddy, R.: Radiation Physics and Chemistry, 68(5), 2003, S. 707–720, beschrieben ist [0008]
Baker, T. W., George, J. D., Bellamy, B. A. & Causer, R.: In Advances in X-ray Analysis, Springer, 1968, Seite: 359–375 [0009]
Prince, E. et al.: International Tables for Crystallography, vol. C. Chester and England: international Union of Crystallography, 2006 [0009]
Etling, D.: Theoretische Meteorologie: Eine Einführung. Berlin, Springer, 3. Auflage, 2008 [0027]
Prince, E. et al.: International Tables for Crystallography, vol. C. Chester and England: International Union of Crystallography, 2006 [0027]
Prince, E. et al.: International Tables for Crystallography, vol. C. Chester and England: International Union of Crystallography, 2006 [0027]

Claims

Vorrichtung (20) zur Bestimmung und Korrektur der Intensitäten von Röntgenstrahlen für Röntgeneinrichtungen (8) mittels ermittelten Umgebungsparametern, denen physikalische Größen zugeordnet sind, enthaltend zumindest eine Röntgeneinrichtung (8), die zumindest umfasst – eine Röntgenstrahlquelle (1), wobei die Röntgenstrahlquelle (1) aus einer Röntgenstrahlen generierenden Anordnung und einer Versorgungseinheit (9) zur Einstellung von Betriebsparametern besteht, – ein optisches Element (200) zur Einstellung der Röntgenstrahleigenschaften, – eine Positioniereinheit (201) zur Platzierung eines Objektes (21), wobei die Positioniereinheit (201) im Strahlengang des Röntgenstrahls (3) angeordnet ist, – eine Sensor-Anordnung (5) mit Luftdruckmesser, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem optischen Element (200) und der Positioniereinheit (201) oder dem Detektor (4) die Sensor-Anordnung (5) von zumindest einem Sensor zur Erfassung von luftspezifischen Umgebungsparametern angeordnet ist, wobei die Sensor-Anordnung (5) mit einer Auswerteeinheit (6) in Verbindung steht, und eine Recheneinheit (7) vorhanden ist, die zumindest mit der Auswerteeinheit (6) in Verbindung steht, wobei die Auswerteeinheit (6) zumindest aufweist – eine Funktionseinheit (14) zur Speicherung der Werte von luftspezifischen Umgebungsparametern, mit einer begleitenden Zuordnung von physikalischen Größen, und wobei die Recheneinheit (7) zumindest enthält – mindestens eine Funktionseinheit (16) mit einem Algorithmus zur Bestimmung und/oder Korrektur der Röntgenstrahlintensitäten infolge der Absorption unter Berücksichtigung der von den luftspezifischen Umgebungsparametern zugeordneten physikalischen Größen nach folgenden Gleichungen (III), (IV), (V) und (VI):
wobei I₀(t) die von der Röntgenstrahlquelle (1) emittierte Röntgenstrahlintensität zur Zeit t ist, die auf dem Weg zum Objekt (21) oder zum Detektor (4) durch Absorption an Luft eine Schwächung um einen Intensitätsbetrag ΔI_abs(t) erfährt, sodass am Objekt (21) oder dem Detektor (4) eine effektiv wirkende Röntgenstrahlintensität I(t) vorhanden ist, μ(E, t) der energieabhängige Schwächungskoeffizient von Luft und x die von der Röntgenstrahlung zurückgelegte Wegstrecke in Luft und T(t) die Lufttemperatur sind, wobei A und B konstante Parameter sind, und wobei die Korrektur der Röntgenstrahlintensität um den Intensitätsbetrag ΔI_abs(t) sofort oder erst nach der Bereitstellung der Messwerte erfolgt und danach die auf das zu untersuchende und bestrahlende Objekt (21) auftreffende Röntgenstrahlintensität I(t) bestimmt wird und wobei für Bestrahlungen mit einer Zieldosis der Röntgenstrahlintensität die Bestrahlungszeit durch die aufsummierte Intensität auf Grundlage der zeitabhängigen Absorptionsdaten stetig angepasst wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensor-Anordnung (5) Sensoren zur Erfassung des Luftdrucks und/oder der Lufttemperatur und/oder der relativen Luftfeuchtigkeit und/oder Gassensoren zur Detektion der Luftzusammensetzung enthält.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Auswerteeinheit (6) befindliche Funktionseinheit (14) zur Speicherung der Werte von luftspezifischen Umgebungsparametern als luftspezifische Umgebungsparameter den Luftdruck und/oder die Temperatur und/oder die relative Feuchtigkeit der Luft einbezieht.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (6) eine Funktionseinheit (15) zur Speicherung der Werte von weiteren luftspezifischen Umgebungsparametern wie Luftzusammensetzung mit CO₂-Gehalt aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Recheneinheit (7) wahlweise zumindest eine weitere Funktionseinheit (25) zur Speicherung der durch die Versorgungseinheit (9) bereitgestellten Werte von technischen Umgebungsparametern zur Charakterisierung der Röntgenstrahlquelle (1) enthalten ist, wobei die technischen Umgebungsparameter sich aus der Durchflussrate und/oder der Temperatur des Kühlmediums und/oder der Überwachung der Netzspannung und/oder ausgewählter elektronischer Komponenten der Versorgungseinheit (9) ergeben, die auch zusammengefasst in Form der Primärstrahlintensität mit der Anordnung (2) charakterisierbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungseinheit (9) elektrische Messgeräte (10) und/oder einen Kühlmediumkreislauf (11) und/oder einen Temperatursensor (12) und/oder einen Durchflusszähler (13) zur Messung von technischen Umgebungsparametern aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der Recheneinheit (7) zumindest eine weitere Funktionseinheit (17) zur Berechnung der Korrektur aus den zeitlich veränderten Werten der technischen Umgebungsparameter zur Charakterisierung der Röntgenstrahlquelle (1) enthalten ist, wobei die technischen Umgebungsparameter sich aus der Durchflussrate und/oder der Temperatur des Kühlmediums und/oder der Überwachung der Netzspannung und/oder ausgewählter elektronischer Komponenten der Versorgungseinheit (9) ergeben.
Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der Recheneinheit (7) zumindest die Funktionseinheit (17) zur Berechnung der Korrektur aus den zeitlich veränderten Werten der gemessenen technischen Umgebungsparameter mit der Funktionseinheit (16) für die die Absorption einbeziehende Korrektur über eine Kombinations-Funktionseinheit (18) in Verbindung steht und in der Kombinations-Funktionseinheit (18) alle gemessenen Umgebungsparameter zur Korrektur kombiniert werden und in der Funktionseinheit (26) die finale Bestimmung der Röntgenstrahlintensität I(t) unter Einbeziehung aller gemessenen Umgebungsparameter erfolgt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (200) optional die Anordnung (2) zur Messung der Intensität des Primärstrahls (3) enthält, wahlweise eine Ionisationskammer oder einen Streustrahlungsdetektor oder eine adaptive Röntgenoptik.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (200) zur Einstellung der Röntgenstrahleigenschaften mit der Recheneinheit (7) verbunden ist, um damit die sich ändernden Umgebungsbedingungen und zugehörigen -parameter zu kompensieren.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (200) derart ausgebildet ist, eine optische Blende zu steuern, mechanisch zu öffnen oder zu schließen oder verschiedene Strahlschwächer in Form von verschieden dicken Materialien mit unterschiedlichen Absorptionskoeffizienten in den Strahlengang des Röntgenstrahls (3) hineinzuschieben oder herauszuziehen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (6) Teil der Recheneinheit (7) ist und als Baugruppe in die Recheneinheit (7) integriert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Röntgeneinrichtung (8) einen Detektor (4) zur Messung der durch das Medium in Form von Luft transmittierten und durch ein Objekt (21) gestreuten Röntgenstrahlintensität enthält.
Verfahren zur Bestimmung und Korrektur der Intensitäten von Röntgenstrahlen für Röntgeneinrichtungen (8) mittels ermittelten Umgebungsparametern, denen physikalische Größen zugeordnet sind, mit einer Röntgeneinrichtung (8) unter Einsatz der Vorrichtung (20) nach den Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass sich die folgenden Schritte zumindest auf die die Absorption betreffenden luftspezifischen Umgebungsparameter beziehen: – Ermittlung der Luftdichte ρ(t) zur Zeit t anhand der gemessenen Daten von zumindest Luftdruck p(t), und/oder Lufttemperatur T(t) und/oder relativer Feuchtigkeit rH(t) gemäß Gleichung (III):
wobei R_L die spezifische Gaskonstante für Luft und ε(T(t)) der Sättigungsdruck sind, – Bestimmung des Schwächungskoeffizienten μ(E, t) durch Multiplikation der berechneten Luftdichte ρ(p, T, rH, t) mit der Summe des Massenbruchs g_i(t) der einzelnen Komponenten i der Luft und der dazugehörigen Massenschwächungskoeffizienten μ_m(E), nach Gleichung (IV) μ(E, t) = ρ(p, T, rH, t)·Σ N / i=1g_i(t)·μ_m,i(E). (IV), wobei die Massenbrüche g_i(t) der Luftkomponenten i aus der Messung von Luftzusammensetzungen oder über Standardwerte folgen, wobei alle Messungen simultan zu einem Zeitpunkt t durchgeführt werden, – Korrektur der durch den Detektor gemessenen und für eine Bestrahlung einzustellenden und effektiv wirkenden Röntgenstrahlintensitäten I(t) um die Absorption mit einem Intensitätsbetrag ΔI_abs(t) gemäß Gleichungen (V), (VI), wobei durch die zu jedem Zeitpunkt t ermittelten Schwächungskoeffizienten μ(E, t) die Röntgenstrahlintensität zu jedem Zeitpunkt t um die Absorption in Luft korrigiert wird: I(t) = I₀(t) – ΔI_abs(t) = I₀(t) – I₀(t)·(1 – e^{–μ(E,t)·x}) (V), I(t) = I₀(t)·A·e^{–B·μ(E,t)·x} (VI), wobei I₀(t) die von der Röntgenstrahlquelle (1) emittierte Röntgenstrahlintensität zur Zeit t ist, die auf dem Weg zum Objekt (21) oder zum Detektor (4) durch Absorption an Luft eine Schwächung um den Intensitätsbetrag ΔI_abs(t) erfährt, sodass am Objekt (21) oder am Detektor (4) eine effektiv wirkende Röntgenstrahlintensität I(t) vorhanden ist, μ(E, t) der Schwächungskoeffizient von Luft bei einer emittierten Energie E der Röntgenstrahlquelle (1) und x die von dem Röntgenstrahl (3) zurückgelegte Wegstrecke in Luft sowie A und B konstante Parameter sind.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung der durch den Detektor (4) gemessenen und für eine Bestrahlung einzustellenden und effektiv wirkenden Röntgenstrahlintensitäten I(t) in Abhängigkeit der Absorption im Bereich des Luftweges x des Röntgenstrahls (3) zum Detektor (4) und/oder zum zu bestrahlenden Objekt (21) unter Nutzung der luftspezifischen Umgebungsparameter mit einem Algorithmus zur Korrektur der Röntgenstrahlintensität in einer Recheneinheit (7) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die erfassten Absorptionsdaten genutzt werden, um die Parameter der Röntgenstrahlquelle (1) kurz vor oder stetig während der Messung und Bestrahlung anzupassen, um eine intendierte, zu erreichende Röntgenstrahlintensität I(t) zu gewährleisten.
Verfahren nach den Ansprüchen 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine ergänzende Bestimmung der Röntgenstrahlintensität I(t) in einem zweiten Algorithmus unter Nutzung mindestens eines technischen Umgebungsparameters zur Korrektur der Röntgenstrahlintensität infolge von Schwankungen technischer Größen von zur Röntgeneinrichtung (8) gehörenden technischen Baugruppen zumindest in Form einer Röntgenstrahlquelle (1) und einer Versorgungseinheit (9) in der Recheneinheit (7) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Stabilität der Röntgenstrahlquelle (1) sowie der Versorgungseinheit (9) durch zeitabhängige Vermessung der Primärstrahlintensität I₀ des Röntgenstrahls (3) mit der Anordnung (2) in Form einer Ionisationskammer oder einer Luftstreuvorrichtung oder einer adaptiven Röntgenoptik anstelle der Bestimmung der einzelnen technischen Umgebungsparameter überprüft wird.
Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bearbeitung des zweiten Algorithmus zur ergänzenden Bestimmung und Korrektur der Röntgenstrahlintensität I(t) folgende Schritte absolviert werden: – zeitabhängige Vermessung der vorgegebenen technischen Umgebungsparameter der Versorgungseinheit (9), – Umwandlung der technischen Umgebungsparameter in physikalische Rechengrößen, – Ausführung des zweiten Algorithmus zur Bestimmung der Röntgenstrahlintensität I₀(t) der Röntgenstrahlquelle (1) und finale Bestimmung der Röntgenintensität I(t) der Röntgeneinrichtung (8) und der gesamten Vorrichtung (20), wobei der zweite Algorithmus auf empirisch erhobene Daten und/oder Normkurven der jeweiligen Röntgenstrahlquelle (1) einschließlich der Versorgungseinheit (9) zurückgreift.