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Fokussierendes Röntgen-Linearspektrometer Ein fokussierendes Röntgen-Linearspektrometer
besteht im wesentlichen aus den Elementen Eintrittsspalt, kurz ESP genannt-, Kristall
mit dem Nittelpunkt K und einem Krümmungsradius 2R und Austrittsspalt, kurz ASPw
Die Röntgenstrahlung tritt durch den Eintrittsspalt in das Spektrometer ein, trifft
unter einem Winkel 9 auf den Kristall und wird unter dem gleichen Winkel 9, gemessen
gegen die Kristalltangente, in den Austrittsspalt reflektiert. Der Kristall kann
bei einem Linearspektrometer vermöge einer Führung auf einer vom Eintrittsspalt
ausgehenden Schiene oder dergleichen geradlinig bewegt werden.
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Zur Einhaltung der Fokussierungsbedingungen müssen sich Eintrittsspalt
ESP, Kristallmittelpunkt K und Austrittsspalt ASP derart relativ zueinander bewegen,
daß 1. die Entfernungen ESP K und K ASP stets gleich sind, 2. die Normale auf die
Kristalloberfläche in K stets die Winkelhalbierende des zwischen Eintrittsspalt,
Kristalimittelpunkt und Austrittsspalt aufgespannten Winkels ist, 3. die Beziehung
für die Entfernung ESP K = b = 2R sin gilt.
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Die obenstehenden drei Bedingungen sind gleichbedeutend mit den Forderungen,
daß Eintrittsspalt, Kristallmittelpunkt und Austrittsspalt auf einem gewöhnlich
Rowland-Kreis genannten Kreis mit dem Radius R liegen, Eintrittsspalt und Austrittsspalt
vom Kristallmittelpunkt den gleichen Abstand b aufweisen und die Normale auf die
Kristalloberfläche im Punkte K stets durch den Mittelpunkt des Rowland-Kreises geht.
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Es ist eine Reihe von Lösungen zur Einhaltung der Bedin gungen 1.
bis 3. bekannt. Eine dieser Lösungen ist in der US-Patentschrift 2 898 469 beschrieben.
Es handelt sich dabei um ein fokussierendes Röntgen-Linearspektrometer mit einem
Eintrittsspalt für Röntgenstrahlen und einem Analysatorkristall für die nach dem
Bragg'schen Gesetz gebeugten und auf einen Austrittsspalt vor einem Detektor fokussierten
Strahlen sowie mit drei Lenkern, die mit je einem ihrer Enden gelenkig miteinander
verbunden sind und deren erster mit seinem anderen Ende in der Verlängerung der
Längsachse des Eintrittsspaltes auf einer Grundplatte angelenkt ist, deren zweiter
an seinem anderen, auf einer vom Eintrittsspalt ausgehenden Schiene verschiehlich
und drehbar gelagerten Ende den mit seiner Oberflächennormalen in Lenkerrichtung
angeordneten Analysatorkristall trägt, und das andere Ende des dritten Lenkers durch
seinen Schnittpunkt mit der Längsachse des Austrittsspaltes bestimmt ist.
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Es sind beim Bekannten also sowohl beim Kristallmittelpunkt K als
auch beim Eintrittsspalt drehbar befestigte Lenker vorgesehen, die in einfacher
Weise die Bewegung des Mittelpunktes des Rowland-Kreises auf einer Kreisbahn um
den Eintrittsspalt gestatten. Mit einem dritten Lenker, der ebenfalls an die miteinander
verbundenen Enden der beiden anderen angelenkt ist, kann die Bedingung erfüllt wer-.
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den, daß auch der Austrittsspalt auf dem Rowland-Kreis liegt.
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Die Ubereinstimmung der Abstande des Eintrittsspaltes vom Kristallmittelpunkt
und des Kristallmittelpunktes vom Austrittsspalt wird beim Bekannten durch eine
Führungsschiene erreicht, die vom Austrittsspalt ausgeht und zum Kristallmittelpunkt
führt. Der Kristallmittelpunkt ist dabei durch einen Stift materialisiert, der in
einem Schlitz in der Führungsschiene gleitet. Ein weiterer Stift, der in der Längsachse
des Austrittsspaltes angeordnet ist, gleitet bei der bekannten Einrichtung
in
einer Kurvenbahn, die die Form einer Lemniskate hat. Derartige Gleitführungen gestatten
nur mit großen Toleranzen eine einigermaßen leichtgängige Führung der Äpparateteile.
Solche Toleranzen sind jedoch für exakte Messungen nicht tragbar.
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Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine von der bekannten Drei-Lenker-Anordnung
ausgehende Lösung zu schaffen, bei der Gleitführungen für den den Austrittsspalt
tragenden Lenker vermieden sind. Gemäß der Erfindung ist ein oben beschriebenes
fokussierendes Röntgen-Linearspektrometer dadurch gekennzeichnet, daß am freien
Ende des dritten Lenkers koaxial mit der Längsachse des Austrittsspaltes ein Kreissegment
befestigt ist, von dem ein Zugelement ausgeht, das über eine lose, mit der Verlängerung
ihrer Drehachse in der Analysatorkristalloberfläche senkrecht zur Flächennormalen
liegenden Rolle und über eine zweite, zu einer Verlängerung der Schiene um den Rollendurchmesser
seitlich versetzt gelagerte lose Rolle zu einem zweiten, mit dem an der Grundplatte
angelenkten Ende des ersten Lenkers fest verbundenen Kreissegment führt und dort
befestigt ist.
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Zweckmäßig beträgt der Radius des zweiten Kreissegmentes das Dreifache
der einander gleichen Radien der Rollen und des ersten Kreissegmentes.
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Bei einer Weiterbildung der Erfindung bestehen Eintritts-und Austrittsspalt
aus je zwei Backen, die mit den sie tragenden Lenkern fest verbunden sind.
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Der gegenseitige Abstand der Mittelpunkte des zweiten Segmentes und
der zweiten Rolle beträgt in Schienenrichtung ungefähr zwei Lenkerlängen.
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Das Zugelement ist an den Segmenten derart angebracht, daß es in allen
vorkommenden Spektrometerstellungen tan gential an den Kreissegmenten anliegt.
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Die Erfindung wird anhand einer Figur, die ein Ausführungsbeispiel
in schematischer Darstellung zeigt, erläutert. In der Figur sind im Punkte M, der
den betçeglichen Mittelpunkt des sogenannten Rowland-Kreises darstellt, drei Lenker
F1, F2 und F3 gelenkig miteinander verbunden. Der Lenker F1 trägt an seinem anderen,
an einer Grundplatte des Spektrometers angelenkten Ende einen Eintrittsspalt ESP
für von einer Probe Pr ausgehende Röntgenstrahlen. Weiter ist an diesem Ende des
Lenkers F1 koaxial mit der Längsachse des Eintrittsspaltes ESP ein Kreissegment
R1 befestigt.
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Der Lenker F2 trägt an seinem nicht mit den anderen Lenkern verbundenen
Ende einen Analysatorkristall mit dem Mittelpunkt K. Am gleichen Ende ist koaxial
mit einer durch K senkrecht auf der Zeichenebene gedachten Linie eine lose Rolle
R3 befestigt. Der Analysatorkristall ist so ausgerichtet, daß eine durch K gehende
Normale auf seiner Oberfläche auf den Mittelpunkt M des Rowland-Kreises gerichtet
ist. An dem den Analysatorkristall tragenden Ende des Lenkers F2 ist außerdem drehbar
ein Schlitten angebracht, der auf einer vom Eintrittsspalt ESP ausgehenden geraden
Schiene gleitet.
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Der dritte Lenker F3 trägt an seinem nicht mit den beiden anderen
Lenkern verbundenen Ende den Austrittsspalt ASP und ein weiteres Kreissegment R4.
Außerdem ist an diesem Lenker hinter dem Austrittsspalt ein nicht dargestellter
Detektor für die austretenden Röntgenstrahlen angeordnet.
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An dem Kreissegment R4 ist ein Zugelement Z, beispielsweise ein Zugband,
befestigt, das über die lose Rolle R3 und über eine zweite lose Rolle R2 zum Kreissegment
R1 geführt ist, auf dem das Zugelement Z ebenfalls befestigt ist. Die lose Rolle
R2 ist auf der Grundplatte des Spektrometers an einem Punkt E gelagert, der in Schienenrichtung
ungefähr zwei Lenkerlängen vom Mittelpunkt des Segmentes R1 entfernt ist.
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Eine zweite Stellung des Spektrometers ist mit gestrichelten Linien
dargestellt.
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Aus der Figur ist abzulesen, daß, wenn, wie vorgesehen, das Segment
R1 den dreifachen Radius r wie die untereinander gleichen Rollen R2, R3 und Segment
R4 hat, für die Länge L des Zugelementes Z zwischen zwei Punkten P1 und P4, die
mögliche Befestigungspunkte des Zugelementes Z auf den Segmenten R1 bzw. R4 darstellen,
gilt
wobei # dem Bogenmaß des Winkels # entspricht. Wird durch Verschieben des Befestigungspunktes
E der losen Rolle R2 außerdem die Bedingung L = 2 (ESP E) + zeit r erfüllt, so folgt
mit EK = ESP E - ESP K die Erfüllung der Forderung ESP K - K ASP wonach der Abstand
des Eintrittsspaltes vom Kristall gleich dem Abstand vom Kristall zum Austrittsspalt
sein soll. Wird außerdem der Kristallhalter so eingerichtet, daß die Kristallnormale
auf M ausgerichtet ist, so sind die eingangs aufgestellten Fokussierungsbedingungen
für alle Entfernungen zwischen Eintrittsspalt und Analysatorkristall und damit für
alle Winkel 9 erfUllt.
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Für ein fokussierendes Spektrometer ist es von Vorteil, wenn in der
Spektrometerebene die Winkelunsicherheit, unter
der Strahlung durch
den Eintrittsspalt auf den Kristall trifft, sowie die Winkelunsicherheit, unter
welcher der Kristall durch den Austrittsspalt gesehen wird, stets konstant sind,
weil diese Winkelunsicherheiten das Auflösungsvermögen des Spektrometers, das winkelunabhangig
sein soll, bestimmen. Diese Forderung ist dann erfüllt, wenn die Breite BE des Eintrittsspaltes
und die Breite rS.
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des Austrittsspaltes mit dem Sinus des Reflexionswinkels e wachsen.
Dies wird dadurch realisiert, daß Eintritts- und Austrittsspalt Je aus zwei Backen
im Abstand BE bzw. BA bestehen, die mit den Kreissegmenten R1 bzw. R4 fest verbunden
sind, so daß für die Projektion PBE der Breite des Eintrittsspaltes in Richtung
der Schiene und für die Pro-Sektion PBA der Breite des Austrittsspaltes in Richtung
von dem Kristall auf den Austrittsspalt gilt PBE = BE sind und PBA = BA 0 sinß Diese
Projektionen wirken als Blenden, solange die Blendenweite klein gegen die Entfernung
zwischen Eintrittsspalt und Kristall ist.
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Für eine Winkelunsicherheit sE α E durch den Eintrittsspalt
bzw. ca durch den Austrittsspalt folgt somit
| = ?BE BE = const. |
| ESP K |
| cCA = PBA H BA |
| K ASP |
5 Patentansprüche 1 Figur