DE102018115113A1

DE102018115113A1 - X-ray detector

Info

Publication number: DE102018115113A1
Application number: DE102018115113.6A
Authority: DE
Inventors: Hanjo Ryll; Florin Radu
Original assignee: Helmholtz Zentrum Berlin fuer Materialien und Energie GmbH
Current assignee: Helmholtz Zentrum Berlin fuer Materialien und Energie GmbH
Priority date: 2018-06-22
Filing date: 2018-06-22
Publication date: 2019-12-24

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Röntgenstrahldetektor, der mindestens ein ein photosensitives Material aufweist, das von einem nichtleitenden Halter aus Nichtmetall gehalten wird. Der Halter weist eine erste Öffnung auf über die das photosensitive Material mindestens teilweise überlappend angeordnet ist. Ferner weist der Röntgenstrahldetektor eine Abschirmung gegen magnetische Felder auf, die den Halter umschließt. Die Abschirmung weist dabei mindestens zwei sich gegenüberliegende zweite und dritte Öffnungen auf, die kongruent mit der ersten Öffnung anordenbar sind. Der Durchmesser der zweiten und der dritten Öffnungen in Relation zu dem Durchmesser der Abschirmung in der durch die zweite und dritte Öffnung aufgespannten Richtung ist kleiner oder gleich 0,15. Der Durchmesser aller Öffnungen ist dabei größer als der eines durchzulassenden Röntgenstrahls.The invention relates to an X-ray detector which has at least one photosensitive material which is held by a non-conductive holder made of non-metal. The holder has a first opening through which the photosensitive material is arranged at least partially overlapping. Furthermore, the x-ray detector has a shield against magnetic fields, which surrounds the holder. The shield has at least two opposing second and third openings, which can be arranged congruently with the first opening. The diameter of the second and third openings in relation to the diameter of the shield in the direction spanned by the second and third openings is less than or equal to 0.15. The diameter of all openings is larger than that of an X-ray beam to be transmitted.

Description

Technisches GebietTechnical field

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Röntgenstrahldetektor wie er z.B. in Röntgenspektrometern zum Einsatz kommt und mit dem die Intensität eines Röntgenstrahls im Energiebereich von der Vakuumultraviolettstrahlung (~10 eV - 2000 eV) bis in den oberen Bereich der harten Röntgenstrahlung (~ 120 keV) bestimmbar ist.The present invention relates to an X-ray detector as e.g. is used in X-ray spectrometers and can be used to determine the intensity of an X-ray beam in the energy range from vacuum ultraviolet radiation (~ 10 eV - 2000 eV) to the upper range of hard X-ray radiation (~ 120 keV).

Stand der TechnikState of the art

Röntgenstrahldetektoren im Energiebereich von der Vakuumultraviolettstrahlung (~10 eV - 2000 eV) bis in den oberen Bereich der harten Röntgenstrahlung (~ 120 keV), im Folgenden im Ganzen als Röntgenstrahlung angesprochen, sind aus dem Stand der Technik bekannt. Hier seien insbesondere Photodioden, Mikrokanalplatten, CCD-Sensoren (CCD: Charge Coupled Device) und Gasabsorptionskammern genannt.X-ray detectors in the energy range from vacuum ultraviolet radiation (~ 10 eV - 2000 eV) to the upper range of hard X-rays (~ 120 keV), hereinafter referred to as X-rays, are known from the prior art. Photodiodes, microchannel plates, CCD sensors (CCD: Charge Coupled Device) and gas absorption chambers are particularly worth mentioning here.

Für viele spektroskopische Methoden ist es notwendig, die Intensität der Röntgenstrahlung vor dem Auftreffen auf eine Probe zu bestimmen und insbesondere in unmittelbarer Nähe zu dieser, um eine möglichst präzise Kenntnis von der Intensität am Probenort zu bekommen. Dabei ist es weiterhin für einige Methoden, wie z.B. in der Röntgen-Raman-Streuung, der Röntgendichroismus-Spektroskopie (zirkulär und linear) und allgemein bei Streuexperimenten sowie bei Hysterese in der Magnetisierung, notwendig, die Intensitätsbestimmung des auf die Probe einfallenden Röntgenstrahls durch den Detektor gleichzeitig mit der Bestrahlung -durch denselben Röntgenstrahl- der Probe durchzuführen. Detektoren, die eine verhältnismäßig hohe Absorption der Röntgenstrahlung -z.B. durch Intransparenz für diese- aufweisen, sind folglich ungeeignet, da sie unvorteilhaft die Intensität des Röntgenstrahls am Probenort verringern.For many spectroscopic methods, it is necessary to determine the intensity of the X-ray radiation before it hits a sample, and especially in the immediate vicinity of it, in order to get the most precise knowledge of the intensity at the sample location. It is still for some methods, such as in X-ray Raman scattering, X-ray dichroism spectroscopy (circular and linear) and generally in scattering experiments as well as hysteresis in magnetization, the intensity determination of the X-ray beam incident on the sample must be determined by the detector simultaneously with the irradiation - by the same X-ray beam - the sample. Detectors that have a relatively high absorption of X-rays, e.g. due to lack of transparency for them are consequently unsuitable since they disadvantageously reduce the intensity of the X-ray beam at the sample location.

Die Intensitätsbestimmung eines auf eine Probe einfallenden Röntgenstrahls ist in dem Falle, dass die Probe in situ unter dem Einfluss eines Magnetfeldes untersucht werden soll, erschwert oder ganz verhindert. Die magnetischen Felder stören die Detektion der Röntgenstrahlung, wenn diese an photoelektrische Effekte bzw. ionisierende Effekte gebunden ist. Die entstehenden Sekundärelektronen werden beim Durchtritt durch ein magnetisches Feld durch die Lorentzkraft abgelenkt.The determination of the intensity of an X-ray beam incident on a sample is difficult or completely prevented in the event that the sample is to be examined in situ under the influence of a magnetic field. The magnetic fields interfere with the detection of the X-ray radiation when it is bound to photoelectric effects or ionizing effects. The resulting secondary electrons are deflected by the Lorentz force when they pass through a magnetic field.

Aufgabenstellungtask

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es einen Röntgenstrahldetektor anzugeben, der eine störungsfreie Detektion von Röntgenstrahlung aufgrund der Bildung von Sekundärelektronen im Bereich magnetischer Felder ermöglicht und dabei auch den Durchtritt des Röntgenstrahls durch den Detektor, um eine im Strahlengang dahinter liegende Probe mit demselben Röntgenstrahl zu bestrahlen.The object of the present invention is to provide an X-ray detector which enables interference-free detection of X-radiation due to the formation of secondary electrons in the area of magnetic fields and thereby also the passage of the X-ray beam through the detector in order to irradiate a sample lying in the beam path with the same X-ray beam ,

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs eins gelöst. Vorteilhafte Ausführungen sind Gegenstand der Unteransprüche.The object is solved by the features of claim one. Advantageous designs are the subject of the dependent claims.

Überraschend konnte am Helmholtz-Zentrum Berlin festgestellt werden, dass entgegen des fachüblichen Vorurteils, dass Lücken in der Abschirmung stark negative Effekte bezüglich der Effizienz der Abschirmung haben, eine ausreichende magnetische Abschirmung erzielbar ist, obwohl die Abschirmung partiell lückenhaft ist. Als Referenz für den negativen Einfluss von Lücken in der Abschirmungen auf deren Effizienz sei auf den viel zitierten Übersichtsartikel von A. J. Mager (Magnetic Shields, IEEE Transactions on Magnetics, Vol 6, 1970, S. 67-75 ) hingewiesen.At the Helmholtz-Zentrum Berlin, it was surprisingly found that, contrary to the common prejudice that gaps in the shielding have very negative effects on the efficiency of the shielding, adequate magnetic shielding can be achieved even though the shielding is partially incomplete. As a reference for the negative influence of gaps in the shielding on their efficiency, see the much cited review by AJ Mager (Magnetic Shields, IEEE Transactions on Magnetics, Vol 6, 1970, pp. 67-75 ) pointed out.

Der erfindungsgemäße Röntgenstrahldetektor weist mindestens ein photosensitives Material auf. Als photosensitives Material werden hier alle Materialien angesehen, welche bei Einfall von elektromagnetischer Strahlung Sekundärelektronen bilden. Dies betrifft feste Materialien, wie z. B. die Metalle Gold oder Tantal, Gase, wie z. B. die Edelgase Argon und Xenon und flüssige Materialien. Die Sekundärelektronen werden dabei durch den äußeren photoelektrischen Effekt gebildet, im Falle von Gasen und Flüssigkeiten durch Ionisation. Das photosensitive Material ist gegebenenfalls an die Energie des zu detektierenden Röntgenstrahls anzupassen.The X-ray detector according to the invention has at least one photosensitive material. All materials which form secondary electrons when electromagnetic radiation is incident are considered here as photosensitive material. This affects solid materials, such as. B. the metals gold or tantalum, gases such. B. the noble gases argon and xenon and liquid materials. The secondary electrons are formed by the external photoelectric effect, in the case of gases and liquids by ionization. The photosensitive material may have to be adapted to the energy of the X-ray beam to be detected.

Die Masse an photosensitiven Material, das in den Röntgenstrahl zur Detektion eingebracht wird, ist dabei optimiert unter dem Aspekt einer zu minimierenden Absorption bei gleichzeitig genügender Ausbeute an Sekundärelektronen und immer materialabhängig sowie abhängig von der, im Röntgenstrahl zu detektierenden Energie. Im Falle von festen Materialien resultiert dies zumeist darin, dass das photosensitive Material in der Form von Folien, Plättchen oder Gittern vorliegt. Absorptionseigenschaften der photosensitiven Materialien können dabei vom Fachmann mit bekannten Methoden ermittelt werden.The mass of photosensitive material that is introduced into the X-ray beam for detection is optimized from the point of view of minimizing absorption with a sufficient yield of secondary electrons and always material-dependent and dependent on the energy to be detected in the X-ray beam. In the case of solid materials, this usually results in the photosensitive material being in the form of foils, platelets or grids. Absorption properties of the photosensitive materials can be determined by the person skilled in the art using known methods.

Das photosensitive Material ist zur Abfuhr der Sekundärelektronen verschaltet. Um Rauschen zu minimieren erfolgt die Verschaltung idealerweise ohne Erdung.The photosensitive material is connected to remove the secondary electrons. To minimize noise, the wiring is ideally done without grounding.

Der Röntgenstrahldetektor weist außerdem mindestens einen Halter für das photosensitive Material auf. Der Halter ist aus einem Nichtleiter gebildet, in vorteilhafter Weise aus einem Material mit einem Widerstand > 5 GΩ. Der Halter weist eine erste Öffnung auf, deren Querschnitt bzw. Durchmesser mindestens größer als ein im Verwendungsfall des Röntgenstrahldetektors durchzulassender Röntgenstrahl ist, so dass eine Absorption des Röntgenstrahls durch den Halter ausgeschlossen wird. Das gleiche gilt für alle weiteren Öffnungen, die zum Durchlass des Röntgenstrahls vorgesehen sind. The X-ray detector also has at least one holder for the photosensitive material. The holder is formed from a non-conductor, advantageously from a material with a resistance> 5 GΩ. The holder has a first opening, its cross section or diameter is at least larger than an x-ray beam to be passed through when the x-ray detector is used, so that absorption of the x-ray beam by the holder is excluded. The same applies to all further openings which are provided for the passage of the X-ray beam.

Das photosensitive Material ist mindestens teilweise überlappend mit der Öffnung angeordnet. Dies erfolgt unter dem Gesichtspunkt einer zu erzielenden Wechselwirkung (minimierte Absorption bei optimierter Generierung von Sekundärelektronen, siehe oben) des photosensitiven Materials mit dem Röntgenstrahl und erfolgt zumeist idealerweise in dem das Material die Öffnung ganz abdeckt. Der Halter ist am Ort der Öffnung entsprechend ausgeformt, um das photosensitive Material aufzunehmen. In Falle von gasförmigen oder flüssigen Materialien sind entsprechende Behälter mit entsprechender Verschaltung einzusetzen. Aufgrund zu erwartender erhöhter Absorption durch die Behälter, ist der Einsatz von flüssigen oder gasförmigen Materialien prädestiniert für den Einsatz bei hohen Energien im zu detektierenden Röntgenstrahl (> 2 keV).The photosensitive material is at least partially overlapping with the opening. This takes place from the point of view of an interaction to be achieved (minimized absorption with optimized generation of secondary electrons, see above) of the photosensitive material with the X-ray beam and usually takes place ideally in that the material completely covers the opening. The holder is shaped at the opening to accommodate the photosensitive material. In the case of gaseous or liquid materials, appropriate containers with appropriate wiring must be used. Due to the expected increased absorption by the containers, the use of liquid or gaseous materials is predestined for use at high energies in the X-ray beam to be detected (> 2 keV).

Der Halter weist für die Führung von Verschaltungen idealerweise eine Nut auf.The holder ideally has a groove for guiding circuits.

Der erfindungsgemäße Röntgenstrahldetektor weist weiterhin eine Abschirmung gegen magnetische Felder auf, welche den Halter umschließt. Die Abschirmung weist zwei sich gegenüberliegende zweite und dritte Öffnungen auf, die kongruent mit der ersten Öffnung anordenbar sind. Für den Fall, dass die Abschirmung aus mehreren Schichten gebildet ist, bedeute dies Folgen von zweiten und dritten Öffnungen die sich gegenüberliegen. Der Durchmesser der ersten und zweiten Öffnungen ist dabei bestimmt durch den Außendurchmesser der Abschirmung, der auch gegeben ist durch die Strecke zwischen den zweiten und dritten Öffnungen, was hier auch als x-Richtung bezeichnet wird. Das Verhältnis zwischen dem Durchmesser der Öffnungen, Ø_Ö, und dem Außendurchmesser der Abschirmung, Ø_A, Ø_Ö: Ø_A sollte dabei weniger als oder genau 0,15 (≤ 0,15) betragen. Dies bewirkt eine Abschwächung der Schirmdämpfung der Abschirmung von maximal einer Größenordnung in Richtung des Magnetfeldes (x-y) bzw. auf ungefähr 10 %. Dieser Wert ist für die meisten Experimente/Untersuchungen, wie z.B. der Röntgen-Raman-Streuung, der Röntgendichroismus-Spektroskopie (zirkulär und linear) und allgemein bei Streuexperimenten sowie bei Hysterese in der Magnetisierung hinnehmbar. Neben der experimentellen Validierung ist dieser Wert auch durch Simulationen gestützt. Die Simulationen wurden mit der Software COMSOL Multiphysics^® 4.2 am Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH durchgeführt. Neben der noch zu vertretenen Abschwächung der Schirmdämpfung, ist die Größe der zweiten und dritten Öffnung auch durch einen Durchmesser eines Röntgenstrahls gegeben, wobei der Durchmesser der Öffnungen größer als der des Röntgenstrahls ist. Im Anwendungsfall ist der Außendurchmesser der Abschirmung und der Durchmesser der Öffnungen auf den mindestens zu erreichenden Wert der Schirmdämpfung (welche auch durch eingesetzte Materialien, siehe unten mitbestimmt ist) anzupassen, was Näherungsweise durch die Relation: $S {(Ø_{Ö} : Ø_{A})}_{x} = E S_{0} \cdot {\begin{matrix} 1, & (Ø_{Ö} : Ø_{A}) \leq 0,1 \\ (12 \cdot {(Ø_{Ö} : Ø_{A}))}^{- 5}, & (Ø_{Ö} : Ø_{A}) > 0,1 \end{matrix}$

mit S(Ø_Ö : Ø_A)_x = Schirmdämpfung in der Mitte der Abschirmung in der Richtung eines Einfallenden Röntgenstrahls (x-Richtung) als Funktion des Verhältnisses der Durchmesser der Öffnungen zum Durchmesser der Abschirmung und ES₀ = normierte Schirmdämpfung der Abschirmung ohne Öffnungen in x-Richtung,
zu bestimmen ist. Idealerweise weist die Abschirmung einen runden Querschnitt auf und die Öffnungen ebenfalls, da dadurch die größtmögliche Schirmung gewährleistet ist.The X-ray detector according to the invention also has a shield against magnetic fields, which surrounds the holder. The shield has two opposing second and third openings, which can be arranged congruently with the first opening. In the event that the shield is formed from several layers, this means sequences of second and third openings which are opposite one another. The diameter of the first and second openings is determined by the outer diameter of the shield, which is also given by the distance between the second and third openings, which is also referred to here as the x direction. The ratio between the diameter of the openings, Ø _Ö , and the outer diameter of the shield, Ø _A , Ø _Ö : Ø _A should be less than or exactly 0.15 (≤ 0.15). This causes the shielding attenuation of the shield to weaken by a maximum of one order of magnitude in the direction of the magnetic field (xy) or to approximately 10%. This value is acceptable for most experiments / investigations, such as X-ray Raman scattering, X-ray dichroism spectroscopy (circular and linear) and generally for scattering experiments and hysteresis in magnetization. In addition to experimental validation, this value is also supported by simulations. The simulations were carried out with the COMSOL Multiphysics ^® 4.2 software at the Helmholtz Center Berlin for Materials and Energy GmbH. In addition to the attenuation of the shielding attenuation still to be represented, the size of the second and third openings is also given by a diameter of an X-ray beam, the diameter of the openings being larger than that of the X-ray beam. In the application, the outer diameter of the shield and the diameter of the openings must be adjusted to the minimum shielding attenuation value (which is also determined by the materials used, see below), which is approximated by the relation:

S {(O_{Ö} : O_{A})}_{x} = e S_{0} \cdot {\begin{matrix} 1, & (O_{Ö} : O_{A}) \leq 0.1 \\ (12 \cdot {(O_{Ö} : O_{A}))}^{- 5} . & (O_{Ö} : O_{A}) > 0.1 \end{matrix}

with S (Ø _Ö : Ø _A ) _x = shielding attenuation in the middle of the shielding in the direction of an incident X-ray beam (x-direction) as a function of the ratio of the diameter of the openings to the diameter of the shielding and ES ₀ = standardized shielding attenuation of the shielding without openings in X direction,
is to be determined. Ideally, the shielding has a round cross section and the openings also, since this ensures the greatest possible shielding.

Als Materialien eigenen sich alle für eine Abschirmung gegen magnetische Felder geeigneten Materialien. Die konkrete Ausformung der Abschirmung in ihren Dimensionen und Stärken sowie die gegebenenfalls angebrachte Verwendung mehrerer Materialien in Schichten, wie es einer Ausführungsform entspricht, und deren Stärke (Schichtdicke) erfolgt unter Berücksichtigung der zu erzielenden Schirmdämpfung in Hinblick auf die zu schirmenden Magnetfelder. Klassische Materialien zur Schirmung von Magnetfeldern sind das sogenannte Mumetall (µ-Metall, eine Nickel-Eisen-Legierung), Reineisen und Supraleiter bei den entsprechenden Temperaturen. In der Ausführungsform ist die Abschirmung aus drei Schichten gebildet, zwei inneren aus Mumetall und eine äußeren aus Reineisen.All materials suitable for shielding against magnetic fields are suitable as materials. The specific shape of the shielding in terms of its dimensions and strengths and the use of several materials in layers, as appropriate, as is the case in one embodiment, and their thickness (layer thickness) takes into account the shielding attenuation to be achieved with regard to the magnetic fields to be shielded. Classic materials for shielding magnetic fields are the so-called mumetal (µ-metal, a nickel-iron alloy), pure iron and superconductor at the appropriate temperatures. In the embodiment, the shield is formed from three layers, two inner ones made of Mumetall and one outer one made of pure iron.

Die geometrische Ausformung der Abschirmung erfolgt ebenfalls unter Aspekten der Optimierung der Schirmdämpfung. Kugel- oder zylinderförmige Ausformungen sind dabei unter dem Aspekt hoher zu erzielender Schirmdämpfung vorteilhaft. Wobei der Zylinder aus Gründen der einfachen Herstellung in vorteilhafterweise zum Einsatz kommt, wie es auch einer Ausführungsform entspricht. Die Längsachse des Zylinders ist dabei senkrecht zu der des Durchtritts eines zu detektierenden Röntgenstrahls, wobei die Strecke des Durchtritts vorbestimmt ist durch die Öffnungen im Halter und der Abschirmung, orientiert und senkrecht zur Feldrichtung. Die Enden des Zylinders sind in vorteilhafter Weise ebenfalls mit zur Abschirmung magnetischer Felder geeigneten Materialien verschlossen, um die Schirmdämpfungen in allen Richtungen zu maximieren. Ebenfalls in vorteilhafter Weise ist eine Seite des Zylinders ausgeformt, um den Röntgendetektor an einen Halter bzw. an einer Befestigung anzuordnen.The shield is also geometrically shaped with aspects of optimizing the shielding attenuation. Spherical or cylindrical shapes are advantageous from the point of view of high shielding attenuation to be achieved. The cylinder is advantageously used for reasons of simple manufacture, as also corresponds to an embodiment. The longitudinal axis of the cylinder is perpendicular to that of the passage of an X-ray beam to be detected, the distance of the passage being predetermined by the openings in the holder and the shield, oriented and perpendicular to the field direction. The ends of the cylinder are also advantageously closed with materials suitable for shielding magnetic fields in order to shield the shielding in all Maximize directions. One side of the cylinder is also advantageously formed in order to arrange the X-ray detector on a holder or on a fastening.

In einer weiteren Ausführungsform, ist eine Elektrode zur Ableitung von Elektronen, aus dem photoelektrischen Material, an dem Halter, am Ort des photoelektrischen Materials, mit Abstand zu demselben angeordnet. Die Elektrode weist eine vierte Öffnung auf, die kongruent mit der ersten Öffnung angeordnet ist und deren Durchmesser mindestens den gleichen Durchmesser wie die zweite und die dritte Öffnung aufweist. Die Elektrode ermöglicht eine verbesserte Ableitung von generierten Photoelektronen.In a further embodiment, an electrode for deriving electrons from the photoelectric material is arranged on the holder at the location of the photoelectric material at a distance from the same. The electrode has a fourth opening, which is arranged congruently with the first opening and whose diameter has at least the same diameter as the second and third openings. The electrode enables an improved derivation of generated photoelectrons.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Röntgenstrahldetektors liegt in der Breitstellung eines magnetisch geschirmten Detektors, wobei ein Röntgenstrahl detektierbar ist, welcher gleichzeitig auch zur Bestrahlung einer Probe unter Einfluss eines Magnetfeldes nutzbar ist. Der Röntgenstrahldetektor ist dabei einfach in der Herstellung.The advantage of the X-ray detector according to the invention lies in the provision of a magnetically shielded detector, an X-ray beam being detectable which can also be used to irradiate a sample under the influence of a magnetic field. The X-ray detector is easy to manufacture.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung soll in einem Ausführungsbeispiel und anhand von Figuren näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail in an exemplary embodiment and with reference to figures.

Die Figuren zeigen:

1: Schematische Zeichnung eines erfindungsgemäßen Röntgenstrahldetektor im Querschnitt, nicht maßstabsgetreu.
2: Auftragung der, mit einem Röntgenstrahldetektor ohne Abschirmung gemessenen Intensität eines Röntgenstrahls gegenüber der Stärke eines einwirkenden Magnetfelds (■) und Auftragung der, mit einem erfindungsgemäßen Röntgenstrahldetektor mit Abschirmung gemessenen Intensität eines Röntgenstrahls gegenüber der Stärke eines einwirkenden Magnetfelds (▲).
3: Längs der Zylinderachse eines erfindungsgemäßen Röntgenstrahldetektors vorliegende magnetische Felder im Inneren des Detektors (Simulation).
4: Abhängigkeit der effektiven Schirmdämpfung S, in Richtung der drei Zylinderachsen des erfindungsgemäßen Röntgenstrahldetektors, von dem Verhältnis des Durchmessers der Öffnungen in der Abschirmung zum Durchmesser der Abschirmung (Ø_Ö : Ø_A) (Simulation).

The figures show:

1 : Schematic drawing of an X-ray detector according to the invention in cross section, not to scale.
2 : Plotting the intensity of an X-ray measured with an X-ray detector without shielding compared to the strength of an acting magnetic field (■) and plotting the intensity of an X-ray measured with a X-ray detector with shielding according to the strength of an acting magnetic field (▲).
3 Magnetic fields present along the cylinder axis of an X-ray detector according to the invention inside the detector (simulation).
4 : Dependence of the effective shielding attenuation S, in the direction of the three cylinder axes of the X-ray detector according to the invention, on the ratio of the diameter of the openings in the shield to the diameter of the shield (Ø _Ö : Ø _A ) (simulation).

Die 1 zeigt einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Röntgenstrahldetektor 1, nicht maßstabsgetreu. Der Röntgenstrahldetektor 1 weist einen Halter 2 mit einer Nut (nicht gezeigt) und eine erste Öffnung 4 auf. Über der ersten Öffnung 4 ist ein Netzt aus einer Eisen/Nickel-Legierung mit einem Drahtdurchmesser von 0,1 mm, welches mit einer 150 nm dicken Tantalschicht beschichtet ist 5 gespannt. Die Tantalbeschichtung schirmt die Eisen/Nickel-Legierung ab, es ist nicht magnetisch. Das Netz aus der Eisen/Nickel-Legierung sorgt für die benötigte Steifigkeit des Netzes und bedeckt ca. 20 % der Fläche der Öffnung. Die Öffnung 4 hat einen Durchmesser von 6 mm. Zur Abführungen der Sekundärelektronen ist das mit Tantal beschichtete Netz 5 kontaktiert, die abführenden Kabel (nicht gezeigt) laufen in der Nut (nicht gezeigt) des Halters 2. Der Halter 2 ist von einer Abschirmung umgeben. Die Abschirmung ist zylindrisch ausgeformt und gebildet aus einer äußeren Schicht Reineisen 6 und zwei inneren Schichten aus Mumetall 7, 8. Die Schichtdicken sind 2 mm für das Reineisen, und 0,8 mm, 7, und 1,5 mm 8 für die Mumetallschichten und die Durchmesser sind 34 mm für das Reineisen, 27 mm für die mittlere Schicht aus Mumetall 7 und 22 mm für die innere Schicht aus Mumetall 8. Die Abschirmung weist zwei gegenüberliegende Folgen von zweiten und dritten Öffnungen 9, 9', 9", 10, 10', 10" auf, die kongruent zu der ersten Öffnung 4 angeordnet sind. Die Strecke die durch die Öffnungen 4, 9 und 10 definiert ist, gibt den Durchtritt für einen zu messenden Röntgenstrahl 11 vor, die x-Richtung. Der Durchmesser der zweiten und dritten Öffnungen 9, 9', 9", 10, 10' und 10" beträgt 5 mm. Das Verhältnis des Durchmessers der zweiten und dritten Öffnungen zu dem Durchmesser der Abschirmung (Durchmesser äußere Schicht) beträgt somit 0,15. Die Schirmdämpfung S(∅_Ö/∅_A)_x beträgt 10.000 was 10 % der Schirmdämpfung ES₀ ohne Öffnungen in der x-Richtung beträgt. Eine Elektrode 11, zur Ableitung von Elektronen aus dem photoelektrischen Material, mit einer Öffnung 12, die ebenfalls kongruent zu der ersten Öffnung 4 angeordnet ist, ist oberhalb von dem Netz 5 angeordnet.The 1 shows a cross section through an X-ray detector according to the invention 1 , not to scale. The X-ray detector 1 has a holder 2 with a groove (not shown) and a first opening 4 on. Above the first opening 4 is a mesh made of an iron / nickel alloy with a wire diameter of 0.1 mm, which is coated with a 150 nm thick tantalum layer. The tantalum coating shields the iron / nickel alloy, it is not magnetic. The iron / nickel alloy mesh ensures the required rigidity of the mesh and covers approximately 20% of the area of the opening. The opening 4 has a diameter of 6 mm. The network coated with tantalum is used to remove the secondary electrons 5 contacted, the discharging cables (not shown) run in the groove (not shown) of the holder 2 , The keeper 2 is surrounded by a shield. The shield is cylindrical and formed from an outer layer of pure iron 6 and two inner layers of mum metal 7 . 8th , The layer thicknesses are 2 mm for the pure iron, and 0.8 mm, 7, and 1.5 mm 8 for the mumetal layers and the diameters are 34 mm for the pure iron, 27 mm for the middle layer of mumetal 7 and 22 mm for the inner layer of mumetal 8th , The shield has two opposite sequences of second and third openings 9 . 9 ' . 9 " . 10 . 10 ' . 10 " on that congruent to the first opening 4 are arranged. The route through the openings 4 . 9 and 10 defines the passage for an x-ray to be measured 11 before, the x direction. The diameter of the second and third openings 9 . 9 ' . 9 " . 10 . 10 ' and 10 " is 5 mm. The ratio of the diameter of the second and third openings to the diameter of the shield (outer layer diameter) is thus 0.15. The shielding attenuation S (∅ _Ö / ∅ _A ) _x is 10,000 which is 10% of the shielding attenuation ES ₀ without openings in the x direction. An electrode 11 , for deriving electrons from the photoelectric material, with an opening 12 that are also congruent to the first opening 4 is located above the network 5 arranged.

In der 2 ist in zum einen die mit einem Röntgenstrahldetektor ohne Abschirmung gemessene Intensität eines Röntgenstrahls gegenüber der Stärke eines einwirkenden Magnetfelds aufgetragen (■) (auf 1 normiert). Die starke, nicht lineare Abhängigkeit, die sich zudem noch im Einsatz ändert (erkenntlich an den Pfeilen für auf → und ab ← fahren der Stärken der Magnetfelder), ist deutlich erkennbar. Eine Normalisierung der Messdaten ist in diesem Fall nicht möglich. Im Vergleich dazu, ist die mit einem erfindungsgemäßen Röntgenstrahldetektor mit Abschirmung gemessenen Intensität eines Röntgenstrahls gegenüber der Stärke eines einwirkenden Magnetfelds aufgetragen (▲) (auf 1 normiert). Eine Abhängigkeit der gemessenen Intensität des Röntgenstrahls von dem Magnetfeld ist nicht erkennbar. Eine Normalisierung ist somit ohne weiteres möglich.In the 2 on the one hand, the intensity of an X-ray beam measured with an X-ray detector without shielding is plotted against the strength of an acting magnetic field (■) (standardized to 1). The strong, non-linear dependency, which also changes in use (recognizable by the arrows for moving the strengths of the magnetic fields → up and down ←), is clearly recognizable. In this case, normalization of the measurement data is not possible. In comparison, the intensity of an X-ray beam measured with an X-ray detector with shielding according to the invention is plotted against the strength of an acting magnetic field (▲) (standardized to 1). A dependence of the measured intensity of the X-ray beam on the magnetic field cannot be seen. Normalization is therefore easily possible.

Längs der Zylinderachse eines erfindungsgemäßen Röntgenstrahldetektors erfasste magnetische Felder im Inneren des Detektors sind in der 3 gezeigt als Projektion gegenüber der Zylinderachse, z, mit den Werten für die y-Achse (—) und die x-Achse (···), welche gleich der x-Richtung ist und auch für die z-Achse selbst (---). Die Auswirkungen am Ort der Öffnungen bei z = 0 für die Werte in x-Richtung ist zu erkennen. Der Bereich der Abschirmung des Röntgenstrahldetektors reicht von ~ z = -200 mm bis z = 100 mm.Magnetic fields inside the detector along the cylinder axis of an X-ray detector according to the invention are shown in FIG 3 shown as a projection against the cylinder axis, z, with the values for the y-axis (-) and the x-axis (···), which is the same as the x-direction and also for the z-axis itself (--- ). The effects at the location of the openings at z = 0 for the values in the x direction can be seen. The shielding range of the X-ray detector ranges from ~ z = -200 mm to z = 100 mm.

Die Abhängigkeit der effektiven Schirmdämpfung S, in Richtung der drei Zylinderachsen (x = ■, y = •, z = ▲) des erfindungsgemäßen Röntgenstrahldetektors, von dem Verhältnis des Durchmessers der Öffnungen in der Abschirmung zum Durchmesser der Abschirmung (Ø_Ö : Ø_A) ist in der 4 gezeigt. Die Abhängigkeit lässt sich annähernd beschreiben mit der Funktion (I) (siehe oben).The dependence of the effective shielding attenuation S, in the direction of the three cylinder axes (x = ■, y = •, z = ▲) of the X-ray detector according to the invention, on the ratio of the diameter of the openings in the shield to the diameter of the shield (Ø _Ö : Ø _A ) is in the 4 shown. The dependency can be roughly described with the function (I) (see above).

Bei einem Wert von 0,15 für das Verhältnis der Strahlöffnung gegenüber dem Durchmesser der Abschirmung ist die Abschirmung auf einen Wert von ca. 10 % der ursprünglichen Abschirmung abgeschwächt, was als noch hinnehmbar anzunehmen ist und somit als Grenzwert definierbar. Andere Grenzwerte sind je nach Anwendungen und Erfordernissen an die Schirmung möglich.With a value of 0.15 for the ratio of the beam opening to the diameter of the shielding, the shielding has weakened to a value of approx. 10% of the original shielding, which is still acceptable and can therefore be defined as a limit value. Other limit values are possible depending on the applications and shielding requirements.

Der erfindungsgemäße Röntgenstrahldetektor gewährleistet eine störungsfreie Detektion von Röntgenstrahlung aufgrund der Bildung von Sekundärelektronen im Bereich magnetischer Felder und dabei auch den Durchtritt des Röntgenstrahls durch den Detektor, um eine im Strahlengang dahinter liegende Probe mit demselben Röntgenstrahl zu bestrahlen.The X-ray detector according to the invention ensures interference-free detection of X-rays due to the formation of secondary electrons in the area of magnetic fields and thereby also the passage of the X-rays through the detector in order to irradiate a sample lying in the beam path with the same X-ray beam.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte Nicht-PatentliteraturNon-patent literature cited

A. J. Mager (Magnetic Shields, IEEE Transactions on Magnetics, Vol 6, 1970, pp. 67-75 [0007]

Claims

X-ray detector (1) at least having - a photosensitive material (5), - A holder (2) for the photosensitive material (5), the holder (2) being formed from a non-conductor and having a first opening (4) and the photosensitive material (5) at least partially overlapping with the first opening (4 ) is arranged, - A shield (6, 7, 8) against magnetic fields, which surrounds the holder (2), the shield (6, 7, 8) opposing second and third openings (9, 9 ', 9 ", 10, 10 ', 10 "), which can be arranged congruently with the first opening (4) and wherein - The diameter of the second and third openings (9, 9 ', 9 ", 10, 10', 10") in relation to the diameter of the shield (6) in the through the second and third openings (9, 9 ', 9 ", 10, 10 ', 10") spanned direction ≤ 0.15 and the diameter of all openings (4, 9, 9', 9 ", 10, 10 ', 10", 12) larger than that of a passage to be let through X-ray is.

X-ray detector (1) after Claim 1 , characterized in that the photosensitive material (5) is in the form of a network.

X-ray detector (1) after Claim 1 , characterized in that the photosensitive material (5) is in the form of a membrane.

X-ray detector (1) after Claim 2 , characterized in that the photosensitive material (5) is tantalum.

X-ray detector (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the shield (6, 7, 8) is cylindrical.

X-ray detector (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the shielding is formed from three layers (6, 7, 8), the inner two layers (7, 8) being made of mumetal and the outer one (6) pure iron.

X-ray detector (1) according to one of the preceding claims, characterized in that an electrode (11) for deriving electrons from the photoelectric material (5) on the holder (2), at the location of the photoelectric material (5), at a distance from the same and the electrode (11) has a fourth opening (12) which is arranged congruently with the first opening (4) and whose diameter is at least the same diameter as the second and third openings (9, 9 ', 9 " , 10, 10 ', 10 ").