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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Aussenden ionisierender
Strahlung.
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Bekannte
Vorrichtungen der eingangs genannten Art umfassen Teilchenbeschleuniger,
in denen Teilchen derart beschleunigt und/oder zur Kollision gebracht
werden, dass dabei α-, β-, γ- und/oder Röntgenstrahlung
erzeugt wird, die beispielsweise zu Therapie- oder Analysezwecken
aus dem Teilchenbeschleuniger ausgekoppelt werden kann. Als nachteilig
erweist sich bei diesen Vorrichtungen, dass nicht nur die Herstellung
bzw. Anschaffung, sondern auch der Betrieb eines Teilchenbeschleunigers
mit einem erheblichen wirtschaftlichen Aufwand verbunden ist, so
dass solche Vorrichtungen nur sehr beschränkt für Untersuchungen im Bereich
der Medizin, der Biologie und/oder in der Halbleitertechnologie
geeignet sind.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Aussenden
ionisierender Strahlung zu schaffen, die eine einfachere und kostengünstigere
Bestrahlung einer zu untersuchenden Probe ermöglicht.
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Zur
Lösung
der Aufgabe ist eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs
1 vorgesehen.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
zum Aussenden ionisierender Strahlung umfasst eine Strahlenquelle,
die ein α-, β-, γ- und/oder
Röntgen strahlung
aussendendes Material aufweist, und eine Vorrichtung zur Kollimation
der von der Strahlenquelle ausgesandten Strahlung.
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Dadurch,
dass die Strahlenquelle erfindungsgemäß ein α-, β-, γ- und/oder Röntgenstrahlung aussendendes
Material umfasst, handelt es sich bei der Strahlenquelle gewissermaßen um eine
natürliche
Strahlungsquelle, bei der die Aussendung der ionisierenden Strahlung
spontan erfolgt und somit keiner äußeren Anregung bedarf. Bei
dem die ionisierende Strahlung aussendenden Material kann es sich
beispielsweise um radioaktives Material handeln.
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Aufgrund
der Verwendung einer natürlichen Strahlenquelle
anstelle eines Teilchenbeschleunigers weist die erfindungsgemäße Vorrichtung
gegenüber einer
herkömmlichen
Vorrichtung zum Aussenden ionisierender Strahlung nicht nur eine
wesentlich einfachere Konstruktion, sondern auch eine wesentlich kleinere
Baugröße auf.
Dadurch sind die Kosten zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung erheblich
reduziert und die Betriebskosten im Vergleich zu einer einen Teilchenbeschleuniger
aufweisenden Vorrichtung im Wesentlichen vernachlässigbar.
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Die
Kollimationsvorrichtung ermöglicht
es, die von der Strahlenquelle ausgesandte Strahlung zumindest annähernd parallel
auszurichten, d.h. einen Strahl mit einer minimalen Aufweitung zu
erzeugen. Bei einer entsprechenden Ausbildung der Kollimationsvorrichtung
ist es somit möglich,
einen Strahldurchmesser von wenigen Mikrometern zu erreichen. Dies
ermöglicht
die Bestrahlung einer zu untersuchenden Probe mit einer besonders
hohen Ortsauflösung.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
eignet sich somit besonders gut für einen Einsatz in der Krebsforschung,
z.B. für
Zelltoduntersuchungen im Bereich der Strahlentherapie, zur Untersuchung
der Empfindlichkeit von Halbleiterbauelementen, wie z.B. Thyristoren
und Speicherchips, gegenüber
kosmischer Strahlung oder zur ortsaufgelösten Dickenmessung von Halbleitermaterialschichten,
z.B. Siliziumschichten, nach Art einer Ellipsometriemessung.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist die Strahlenquelle im Wesentlichen punktförmig ausgebildet. Der Begriff "punktförmig" ist dabei nicht
im geometrischen bzw. mathematischen Sinne, sondern vielmehr als Hinweis
darauf zu verstehen, dass die Strahlenquelle eine besonders kleine
Ausdehnung aufweist. Beispielsweise kann die Ausdehnung der Strahlenquelle im
Mikrometerbereich und insbesondere im Bereich von wenigen Mikrometern
bis einigen hundert Mikrometern liegen. Aufgrund ihrer geringen
Ausdehnung kann die Strahlenquelle besonders nahe an eine zu bestrahlende
Probe angenähert
werden, wodurch eine Bestrahlung mit einer besonders hohen Intensität möglich ist.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
weist die Kollimationsvorrichtung eine Blende und insbesondere eine
Lochblende auf, welche aus einem die Strahlung absorbierenden Material
gebildet ist. Eine derartige Kollimationsvorrichtung ermöglicht auf
besonders einfache und wirksame Weise eine Kollimation der von der
Strahlenquelle ausgesandten Strahlung, wobei sich die Strahlweite durch
eine entsprechende Einstellung des Durchmessers einer Blendenöffnung der
Blende einstellen lässt.
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Zumindest
ein Abschnitt einer Blendenöffnung
der Blende kann sich in Ausbreitungsrichtung der Strahlung gesehen
verjüngen.
Bevorzugt ist die Blendenöffnung
zumindest abschnittsweise konisch ausgebildet.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
ist die Strahlenquelle in einer Trägerschicht ausgebildet. Eine
derartige Strahlenquelle lässt
sich z.B. durch eine Implantation von radioaktivem Material in der Trägerschicht
oder durch einen Beschuss der Trägerschicht
mit beschleunigten Teilchen erzeugen. Beispielsweise kann eine aus
Eisen 56 (56Fe) gebildete Trägerschicht
mit einem beschleunigten Protonenstrahl derart beaufschlagt werden,
dass eine lokale Umwandlung des Eisen 56 (56Fe)
in Eisen 57 (57Fe) erfolgt, welches β-Strahlung
aussendet.
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Vorzugsweise
ist die Trägerschicht
mit der Kollimationsvorrichtung verbunden. Im Falle einer als Blende
ausgebildeten Kollimationsvorrichtung kann die Trägerschicht
z.B. unmittelbar an der Blende angebracht sein.
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Gemäß einer
alternativen Ausführungsform ist
das die ionisierende Strahlung aussendende Material auf eine Oberfläche der
Kollimationsvorrichtung aufgebracht. Bei dieser Ausführungsform
ist die Strahlenquelle also nicht in eine Trägerschicht eingebettet, sondern
direkt auf der Kollimationsvorrichtung vorgesehen. Die Anbringung
der Strahlenquelle an der Kollimationsvorrichtung kann beispielsweise durch
Aufkonzentration des strahlenden Materials auf der Oberfläche der
Kollimationsvorrichtung erfolgen.
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Denkbar
ist auch die Verwendung zweier Strahlenquellen, von denen die eine
direkt auf die Oberfläche
der Kollimationsvorrichtung aufgebracht und die andere in eine mit
der Kollimationsvorrichtung verbundene Trägerschicht eingebettet ist.
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Vorteilhafterweise
ist die Strahlenquelle im Bereich einer Blendenöffnung und insbesondere in der
Blendenöffnung
angeordnet. Hierdurch ist ge währleistet,
dass eine maximale Menge der von der Strahlenquelle ausgesandten
Strahlung durch die Blende hindurch treten kann.
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Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsform
ist die Strahlenquelle in einem sich in Ausbreitungsrichtung der
Strahlung verjüngenden, insbesondere
konischen, Abschnitt der Blendenöffnung
angeordnet. Diese Anordnung der Strahlenquelle erleichtert zum einen
die Aufkonzentration des strahlenden Materials zu einer im Wesentlichen punktförmigen Strahlenquelle.
Zum anderen bedeutet diese Anordnung, dass sich die Strahlenquelle
zumindest teilweise in der Blende befindet, wodurch die Strahlenquelle
dichter an eine zu bestrahlende Probe angenähert und die Intensität der Bestrahlung
noch weiter erhöht
werden kann.
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Vorteilhafterweise
ist ein betätigbarer
Verschluss vorgesehen, durch den der Austritt der Strahlung aus
der Vorrichtung steuerbar ist. Durch den Verschluss kann die Vorrichtung
gewissermaßen
ein- oder ausgeschaltet werden, wodurch die Handhabung der Vorrichtung
erheblich vereinfacht ist.
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Der
Verschluss kann ein mechanischer Schutter sein, beispielsweise ein
Materialstück
aus einem die ionisierende Strahlung absorbierenden Material, welches
zum Ausschalten der Vorrichtung vor die Kollimationsvorrichtung
und insbesondere vor eine Blendenöffnung der Kollimationsvorrichtung
bewegbar ist. Bevorzugt ist der Verschluss auf einer der Strahlenquelle
abgewandten Seite der Kollimationsvorrichtung angeordnet. Der Verschluss
kann manuell oder elektrisch betätigbar
sein.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausführungsform
ist die Vorrichtung in ein mikroskopobjektivartiges Gehäuse integriert.
Dadurch ist zum einen die Handhabung der Vorrichtung noch weiter
vereinfacht, zum anderen ist die Vorrichtung in eine Vielzahl von
gängigen
Mikroskopen, insbesondere Lichtmikroskopen, einsetzbar. Bereits
vorhandene Mikroskope lassen sich somit auf besonders einfache Weise mit
einer Strahlenquelle ausrüsten,
wodurch eine Bestrahlung von mikroskopisch zu untersuchenden Proben
mit ionisierender Strahlung von hoher Intensität und mit einer hohen Ortsauflösung möglich ist.
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Vorzugsweise
ist die Vorrichtung in einem Bereich des Gehäuses angeordnet, der zu einer
zu bestrahlenden Probe weist. Dadurch wird ein minimaler Abstand
zwischen Probe und Strahlenquelle und somit letztlich eine maximale
Bestrahlungsintensität
erreicht.
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Um
eine die Vorrichtung handhabende, beispielsweise einen Bestrahlungsversuch
durchführende,
Person vor der ionisierenden Strahlung zu schützen, ist das Gehäuse bevorzugt
aus einem die Strahlung absorbierenden Material gebildet.
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Weiterer
Gegenstand der Erfindung ist ein Mikroskop mit mindestens einer
Vorrichtung zum Aussenden ionisierender Strahlung gemäß der voranstehend
beschriebenen Art. Mit einem derartigen Mikroskop lässt sich
auf besonders einfache und kostengünstige Weise eine Bestrahlung
einer zu untersuchenden Probe mit ionisierender Strahlung von hoher
Intensität
und mit einer hohen Ortsauflösung durchführen.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausbildung des erfindungsgemäßen Mikroskops ist eine, insbesondere
als Objektrevolver ausgebildete, Objektivhalterung des Mikroskops
mit wenigstens einem optischen Objektiv und mindestens einer Vorrichtung zum
Aussenden ionisierender Strahlung bestückt. Eine derartige Ausbildung
des Mikroskops ermöglicht sowohl eine
optische Untersuchung als auch eine Bestrahlung der zu untersuchenden
Probe mit ionisierender Strahlung.
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Die
Untersuchung ist dabei auf besonders einfache Weise durchführbar, indem
die zu untersuchende Probe zunächst
durch Betrachtung durch das optische Objektiv exakt positioniert,
dann durch eine entsprechende Verdrehung der Objektivhalterung bestrahlt
und anschließend
nach erneuter Verdrehung der Objektivhalterung optisch untersucht
werden kann, beispielsweise um die Auswirkung der Bestrahlung auf
die Probe festzustellen.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausbildung des Mikroskops sind mehrere Vorrichtungen zum
Aussenden ionisierender Strahlung vorgesehen, wobei die Vorrichtungen
jeweils unterschiedliche Strahlenquellen aufweisen. Dies ermöglicht auf
besonders einfache Weise die Bestrahlung einer zu untersuchenden
Probe mit unterschiedlichen Arten von Strahlungen. So kann eine
der Vorrichtungen beispielsweise eine Strahlenquelle aufweisen,
die α-Strahlung
aussendet, wohingegen eine andere Vorrichtung eine Strahlenquelle
für β-Strahlung, γ-Strahlung
oder Röntgenstrahlung
umfasst. Durch eine einfache Verstellung der Objektivhalterung ist
es möglich,
von einer Strahlungsquelle auf eine andere umzuschalten.
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Das
Mikroskop kann außerdem
einen Teilchenzähler
und/oder einen Szintillationszähler
umfassen, um die ionisierende Strahlung nach dem Auftreffen auf
eine zu bestrahlende Probe zu analysieren. Auf diese Weise lässt sich
z.B. eine Information über
eine mögliche
Absorption der jeweils verwendeten ionisierenden Strahlung durch
die zu untersuchende Probe gewinnen.
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Nachfolgend
wird die Erfindung rein beispielhaft anhand einer vorteilhaften
Ausführungsform
unter Bezugnahme auf die beigefügte
Zeichnung beschrieben. Es zeigen:
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1 ein
Mikroskop mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Aussenden
ionisierender Strahlung;
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2 eine
Strahlenquelle und eine Kollimationsvorrichtung der Vorrichtung
zum Aussenden ionisierender Strahlung von 1; und
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3 eine
alternative Ausführungsform
der Strahlenquelle und Kollimationsvorrichtung von 2.
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In 1 ist
ein Mikroskop 10 dargestellt, welches den an sich bekannten
Aufbau eines Lichtmikroskops aufweist. Das Mikroskop 10 umfasst
ein Okular 12 und einen in den drei Raumrichtungen verstellbaren
Objektträger 14,
auf dem eine mikroskopisch zu untersuchende Probe 16 platziert
ist. Des Weiteren weist das Mikroskop 10 eine als Objektivrevolver
ausgebildete Objektivhalterung 18 auf, in der mindestens
ein optisches Objektiv 20 auswechselbar gehalten ist. Beispielsweise
kann die Objektivhalterung 18 mit mehreren Schraubgewindefassungen
versehen sein, in die jeweils ein Objektiv 20 eingeschraubt
werden kann.
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Wie 1 zeigt,
ist in der Objektivhalterung 18 nicht nur ein optisches
Objektiv 20, sondern auch eine Vorrichtung 22 zum
Aussenden ionisierender Strahlung gehalten. In dem dargestellten
Ausführungsbeispiel
handelt es sich bei der ionisierenden Strahlung um einen kollimierten
Strahl 28 von α-Teilchen.
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Die
Vorrichtung 22 ist entsprechend dem optischen Objektiv 20 an
der Objektivhalterung 18 befestigt, beispielsweise in diese
eingeschraubt, und umfasst ein Gehäuse 24, dessen äußere Form
an die des optischen Objektivs 20 angepasst ist.
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In
der Objektivfassung 24 sind eine Strahlenquelle 26 zum
Aussenden von ionisierender Strahlung 28, im dargestellten
Ausführungsbeispiel
von α-Strahlung, und eine
Vorrichtung 30 zum Kollimieren der ausgesandten Strahlung 28 untergebracht.
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Wie
in 2 dargestellt ist, handelt es sich bei der Kollimationsvorrichtung 30 um
eine Lochblende, die aus einem Material gebildet ist, welches die von
der Strahlenquelle 26 ausgesandte Strahlung 28 absorbiert.
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In
der Lochblende 30 ist eine kreisförmige Blendenöffnung 32 vorgesehen,
deren Durchmesser sich in Ausbreitungsrichtung der zu kollimierenden Strahlung 28 verkleinert.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel
ist die Blendenöffnung 32 konisch
ausgebildet.
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Der
Durchmesser der Blendenöffnung 32 an der
zur Strahlenquelle 26 weisenden Seite der Blende 30 kann
im Bereich von mehreren 10 μm
bis einigen 100 μm
liegen und beispielsweise etwa 100 μm betragen. Der Durchmesser
der Blendenöffnung 32 an
der zur Probe 16 weisenden Seite der Blende 30 definiert
hingegen die Weite des von der Vorrichtung 22 ausgesandten
Strahls 28 und kann beispielsweise im Bereich von 5 bis
10 μm liegen.
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Die
in 2 gezeigte Strahlenquelle 26 ist durch
eine Anhäufung
von ionisierende Strahlung 28 aussendendem Material 34 gebildet,
welches in der Blendenöffnung 32 angeordnet
ist. Die Strahlenquelle 26 kann bei spielsweise ein radioaktives
Material 34 umfassen, welches in der Blendenöffnung 32 aufkonzentriert
wird.
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Aufgrund
der geringen Ausdehnung der Strahlenquelle 26, die bevorzugt
im Bereich von einigen Mikrometern bis wenigen 100 μm liegt,
kann die Strahlenquelle 26 auch als punktförmig bezeichnet werden.
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3 zeigt
eine alternative Ausführungsform
einer Strahlenquelle 26, bei der das die ionisierende Strahlung
aussendende Material 34 in eine Trägerschicht 36 eingebettet
ist. Diese Form der Strahlenquelle 26 kann durch Implantation
von radioaktivem Material 34 in die Trägerschicht 36 oder durch
Beschuss der Trägerschicht 36 mit
einem Strahl beschleunigter Teilchen erzeugt werden. Beispielsweise
ist es möglich,
eine Trägerschicht 36, welche
Eisen 56 (56Fe) aufweist, mit einem
Protonenstrahl so zu beschießen,
dass das Eisen 56 (56Fe) lokal
in Eisen 57 (57Fe) umgewandelt
wird, welches β-Strahlung
aussendet.
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Wie 3 ferner
zeigt, ist die Trägerschicht 36 auf
eine Blende 30 aus einem die ionisierende Strahlung absorbierenden
Material aufgebracht, wobei gegebenenfalls eine Zwischenschicht
zwischen der Trägerschicht 36 und
der Blende 30 vorgesehen sein kann. Im Unterschied zu der
in 2 dargestellten Ausführungsform weist die Blendenöffnung 32 einen
im Wesentlichen konstanten Durchmesser auf, der in Abhängigkeit
von der gewünschten
Weite des ionisierenden Strahls 28 gewählt ist und zum Beispiel im
Bereich von einigen Mikrometern bis einigen 10 μm liegen kann.
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Wie
bereits erwähnt,
weist die in den Figuren gezeigte Strahlenquelle 26 ein
Material 34 auf, welches ausschließlich α-Strahlung aussendet. Bei der Strahlenquelle 26 handelt
es sich mit anderen Worten um einen reinen α-Strahler.
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Es
ist jedoch auch möglich,
eine Strahlenquelle 26 vorzusehen, welche mehr als einen
Typ von ionisierender Strahlung aussendet. Zu diesem Zweck könnte die
Strahlenquelle ein Material 34 umfassen, welches von Natur
aus mehrere Arten von Strahlungen aussendet, welches also beispielsweise
einen α- und γ-Strahler
oder einen β-
und γ-Strahler
bildet. Alternativ oder zusätzlich
wäre es
möglich,
die Strahlenquelle 26 aus mehreren strahlenden Materialien 34 zusammenzusetzen,
die jeweils unterschiedliche Arten von Strahlungen aussenden.
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Wie
in 1 dargestellt ist, umfasst die Vorrichtung 22 zum
Aussenden ionisierender Strahlung ferner einen Verschluss 38,
durch welchen der Austritt der ionisierenden Strahlung 28 aus
der Vorrichtung 22 gesteuert werden kann. Der Verschluss 38 weist
ein die ionisierende Strahlung 28 absorbierendes Material
auf und ist zwischen der Blende 30 und einer Austrittsöffnung 40 des
Vorrichtungsgehäuses 24 angeordnet.
Durch eine entsprechende manuelle oder elektrische Betätigung des
Verschlusses 38 kann der Strahl 28 unterbrochen
werden. Auf diese Weise lässt
sich die Vorrichtung 22 gewissermaßen ausschalten, beispielsweise
wenn die Objektivhalterung 18 verdreht wird, um die Probe 16 durch
das optische Objektiv 20 hindurch zu betrachten.
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Die
Vorrichtung 22 dient der Bestrahlung der auf dem Objektträger 14 angeordneten
Probe 16. Zur korrekten Positionierung der Probe 16 bezüglich des α-Strahls 28 wird
die Objektivhalterung 18 zunächst so verdreht, dass die
Probe 16 durch das Okular 12 und das optische
Objektiv 20 betrachtet werden kann.
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Mittels
einer entsprechenden Bewegung des Objektträgers 14 lässt sich
nicht nur ein zu untersuchender Ausschnitt der Probe 16 in
den optischen Strahlengang des Mikroskops bringen, sondern auch die
Abbildung der Probe 16 scharf stellen. Durch das Scharfstellen
der Probe 16 wird ein definierter Abstand zwischen der
Probe 16 und dem Objektiv 20 festgelegt.
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Nach
erfolgter Positionierung der Probe 16 wird die Objektivhalterung 18 verdreht
und die Vorrichtung 22 über
der Probe 16 in Position gebracht. Die Vorrichtung 22 wird
also gewissermaßen
anstelle des optischen Objektivs 20 in den Strahlengang
des Mikroskops 10 geschaltet.
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Durch
den zuvor festgelegten Abstand zwischen der Probe 16 und
dem Objektiv 20 weist auch die Strahlenquelle 26 der
Vorrichtung 22 einen definierten Abstand zu der Probe 16 auf,
so dass diese mit einer definierten Strahlungsintensität bestrahlt werden
kann.
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Nach
erfolgter Bestrahlung wird das optische Objektiv 20 durch
eine entsprechende Verdrehung der Objektivhalterung 18 wieder
anstelle der Vorrichtung 22 in den Strahlengang des Mikroskops 10 gebracht,
so dass die Probe 16 durch das Okular 12 betrachtet
und die Auswirkung der Bestrahlung auf die Probe 16 untersucht
werden kann.
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Alternativ
oder zusätzlich
kann ein weiterer Ausschnitt der Probe 16 für eine Bestrahlung
ausgewählt
und positioniert werden. Durch das Scharfstellen der Abbildung der
Probe 16 wird sichergestellt, dass die Probe 16 den
gleichen Abstand zum Objektiv 20 aufweist wie zuvor, so
dass nach Verdrehung der Objektivhalterung 18 auch die
Strahlenquelle 26 der Vorrichtung 22 den gleichen
Abstand zur Probe 16 aufweist wie bei der vorherigen Bestrahlung.
Somit ist eine gleich bleibende Bestrahlungsintensität gewährleistet.
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- 10
- Mikroskop
- 12
- Okular
- 14
- Objektträger
- 16
- Probe
- 18
- Objektivhalterung
- 20
- Objektiv
- 22
- Vorrichtung
- 24
- Gehäuse
- 26
- Strahlenquelle
- 28
- Strahlung
- 30
- Blende
- 32
- Blendenöffnung
- 34
- Material
- 36
- Trägerschicht
- 38
- Verschluss
- 40
- Austrittsöffnung