DE9317031U1 - Doppelkristall-Monochromator - Google Patents

Description

Beschreibung:

Installation Europeenne de Ravonnement Synchrotron Avenue des Martyrs, F-38043 Grenoble

Doppe!kristall-Monochromator

Die Erfindung betrifft einen Doppelkristall-Monochromator zur Abstimmung einer breitbandigen Strahlung, insbesondere einer energiereichen Röntgenstrahlung, auf eine bestimmte Energie, mit einem eingangsseitigen ersten Kristall, der eine erste Reflexionsfläche zur Aufteilung der Strahlung in eine Menge vom Teilstrahlen unterschiedlicher Wellenlänge hat, und mit einem im Strahlengang der Strahlung folgenden zweiten Kristall, der eine zweite Reflexionsfläche hat, wobei die zweite Reflexionsfläche eine Querkrümmung quer zum Strahlengang der Strahlung aufweist.

Derartige Doppelkristall-Monochromatoren werden zur Filterung von Synchrotron-Strahlung verwendet. Synchrotron-Strahlung ist eine breitbandige Röntgenstrahlung, die schnelle geladene Teilchen bei deren Beschleunigung abgeben. Bin Speicherring eines Synchrotrons weist Biegemagnete, Ondulatoren und Wiggler auf, die von Elektronen im Ultrahochvakuum durchlaufen werden. An diesen Bauelementen entsteht eine breitbandige und hochenergetische Röntgenstrahlung, die zum Beispiel für Meßzwecke als Strahl aus dem Speicherring herausgeführt wird.

Für Experimente mit Röntgenstrahlung wird oft aus der breitbandigen Synchrotron-Strahlung ein Anteil mit einer bestimmten Frequenz herausgefiltert, indem ein Röntgenstrahl mit einem kontinuierlichen Spektrum durch einen Doppelkristall-Monochromator geführt wird. In diesem trifft er zunächst auf einen ersten Kristall auf, wobei der Röntgenstrahl

an dessen Kristallebenen gebeugt wird. Von verschiedenen Atomen einer ersten Reflexionfläche ausgehende Kugelwellen gleicher Wellenlänge überlagern sich dabei in solchen Richtungen zu jeweils einem Teilstrahl, in denen sie in Phase liegen. Somit gehen von der ersten Reflexionfläche Teilstrahlen unterschiedlicher Wellenlänge in unterschiedlichen Richtungen aus. Dabei ist der Begriff "Reflexion" stets im Zusammenhang mit der Beugung von Röntgenstrahlen aufzufassen.

Gegenüber dem ersten Kristall ist ein zweiter Kristall mit einer zweiten Reflexionsfläche angeordnet, an dem die von der ersten Reflexionsfläche ausgehenden Teilstrahlen ein zweites Mal reflektiert werden und daraufhin aus dem Doppelkristall-Monochromator austreten. Dabei hängt die Wellenlänge eines aus dem Monochromator austretenden Teilstrahls auch von dem Winkel ab, mit dem der Röntgenstrahl auf den ersten Kristall auftrifft. Durch Verändern des Abstandes zwischen erstem und zweitem Kristall sowie durch Drehung des gesamten Doppelkristall-Monochromators um eine Achse quer zu dem Strahlengang kann ein feststehender Punkt im Raum mit monochromatischer Röntgenstrahlung veränderlicher Wellenlänge bestrahlt werden. Der Doppelkristall-Monochromator dient somit zur Filterung des breitbandigen Röntgenstrahls.

Bs hat sich dabei als vorteilhaft erwiesen, den zweiten Kristall so zu biegen, daß die zweite Reflexionsfläche quer zur Strahlungsrichtung verkrümmt ist, weil dann die vom zweitem Kristall ausgehende Strahlung fokussiert wird. Dabei hängt die optimale Querkrümmung der zweiten Reflexionsfläche von der Wellenlänge des zu fokussierenden Teilstrahls ab. Beim Scannen einer Meßprobe, also dem Bestrahlen der Meßprobe mit Röntgenstrahlung wechselnder Wellenlänge in schneller Aufeinanderfolge durch Drehen des

Doppelkristall-Monochromators, muß deshalb für eine gute Fokussierung die Querkrümmung der zweiten Reflexionsfläche während des Drehens des Doppelkristall-Monochromators

kontinuierlich geändert werden.

Zur Änderung der Querkrümmung der zweiten Reflexionsfläche ist es bekannt, den zweiten Kristall über seine ganze Länge mittels je zwei parallelen, sich in Längsrichtung des zweiten Kristalls auf seiner Ober- und Unterseite gegenüberliegenden beweglichen Stangen unter Vierpunktbiegung zu verkrümmen. Dabei tritt das Problem auf, daß der mit dieser Anordnung gekrümmte Kristall oft keine optimal gekrümmte zweite Reflexionsfläche hat, weil die Form der. zweiten Reflexionsfläche auch von der Form der Biegestangen abhängt. Desweiteren sind die zur Verkrümmung des zweiten Kristalls notwendigen Verschiebungen der Stangen sehr klein, so daß deren genaue Ansteuerung für eine symmetrische Verkrümmung der zweiten Reflexionsfläche technisch aufwendig ist. Außerdem kann oft bei schneller Drehung des Doppelkristall-Monochromators die Querkrümmung der zweiten Reflexionsfläche nicht schnell genug geändert werden oder der zweite Kristall wird zu Schwingungen angeregt, so daß sich die Fokussierung der Teilstrahlen verschlechtert.

Bs ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Doppelkristall-Monochromator bereitzustellen, bei dem die Teilstrahlen auf einfache Weise und genau fokussiert werden können.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die zweite Reflexionsfläche in Richtung des Strahlengangs unterschiedliche Querkrümmungen aufweist, wobei die Querkrümmungen sich in Richtung des Strahlengangs so verändern, daß der jeweilige Teilstrahl auf eine an dessen Wellenlänge im Sinne einer optimalen Fokussierung angepaßte Querkrümmung auftrifft.

Die zweite Reflexionsfläche eines derartig ausgestalteten zweiten Kristalls weist Querkrümmungen in einem weiten Bereich auf, wobei der Bereich der Querkrümmungen vorteilhafterweise im wesentlichen mit dem Bereich zwischen der größten und der

kleinsten optimalen Querkrümmung für den Wellenlängenbereich der während des Scannens benötigten Teilstrahlen übereinstimmt. Dabei ist die Verteilung der Querkrümmungen derart, daß jeder Teilstrahl unterschiedlicher Wellenlänge auf eine zu seiner Fokussierung möglichst optimale Querkrümmung an der zweiten Reflexionsfläche auftrifft.

In Ausgestaltung der Erfindung nimmt die Querkrümmung der zweiten Reflexionsfläche in Strahlrichtung kontinuierlich zu. Dies ist insbesondere deshalb von Vorteil, weil der zweite Kristall in Strahlungsrichtung hinter dem ersten Kristall angeordnet wird. Teilstrahlen mit kurzer Wellenlänge treffen dann mit kleinen Einfallswinkeln auf die zweite Reflexionsfläche und daher in Strahlungsrichtung im vorderen Bereich des zweiten Kristalls auf. Diese kurzwelligen Teilstrahlen benötigen für eine optimale Fokussierung eine große Querkrümmung. Langwellige Teilstrahlen treffen unter großem Einfallswinkel in Strahlungsrichtung gesehen im hinteren Bereich des zweiten Kristalls auf, so daß dort die zweite Reflexionsfläche eine geringere Querkrümmung für die Fokussierung dieser Teilstrahlen aufweisen muß.

In besonders bevorzugter Ausgestaltung ist vorgesehen, daß der zweite Kristall an seiner Reflexionsfläche biegsam ist und Aktuatoren zu seiner Verbiegung aufweist. Der Krümmungsverlauf der zweiten Reflexionsfläche des zweiten Kristalls kann dann mit den Aktuatoren in der Weise eingestellt werden, daß eine möglichst optimale Fokussierung der Teilstrahlen erzielt wird, was insbesondere dann von Vorteil ist, wenn sich der Frequenzbereich der vom Doppelkristall-Monochromator zu filternden Strahlung häufig ändert. Desweiteren ist es von Vorteil, daß Lageveränderungen des ersten und zweiten Kristalls, zum Beispiel aufgrund von Wärmeausdehnung, ausgeglichen werden können. Ferner ist es bei bestimmten Experimenten notwendig, die Querkrümmung der zweiten Reflexionsfläche während des Scanvorgangs zu verändern, um die

Fokussierung des jeweiligen Ttilstrahls zu verbessern. Dies ist mit Hilfe der Aktuatoren möglich.

Für die Verbiegung des zweiten Kristalls sind zwei Aktuatoren vorgesehen, die vorteilhafterweise an den Längsenden des zweiten Kristalls angeordnet sind. Damit kann der zweite Kristall derart verkrümmt werden, daß die zweite Reflexionsfläche eine kontinuierlich zunehmende oder kontinuierlich abnehmende Querkrümmung hat. Dies ist insbesondere, deshalb von Vorteil, weil bei der Drehung des Doppelkristall-Monochromators aufeinanderfolgend Teilstrahlen kontinuierlich zunehmender oder kontinuierlich abnehmender Wellenlänge in einen bestimmten Raurabereich gelenkt werden. Diese Teilstrahlen treffen an nebeneinanderliegenden Punkten der zweiten Reflexionsfläche auf, so daß die Querkrümmung der zweiten Reflexionsfläche an diesen Auftreffpunkten für eine optimale Fokussierung der jeweiligen Teilstrahlen kontinuierlich zunehmen oder kontinuierlich abnehmen sollte.

Wenn die Aktuatoren pneumatisch betätigt werden, wie es gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgesehen ist, und insbesondere dann, wenn die Aktuatoren Miniaturbalgen sind, läßt sich der vom zweiten Kristall reflektierte Strahl besonders gut fokussieren. Pneumatisch betätigte Aktuatoren wirken nämlich schnell und dennoch mit derart geringen Beschleunigungen auf die Biegeelemente ein, daß der zweite Kristall nicht zu erheblichen Schwingungen angeregt wird, die sich auf die Fokussierung auswirken könnten. Im Gegensatz zu herkömmlichen Piezoaktuatoren haben pneumatische Aktuatoren zudem eine große Kraft-Weg-Auflösung, eine geringe Masse und einen großen Hub, so daß die Querkrümmung des zweiten Kristalls besonders genau eingestellt werden kann. Im Vergleich zu elektromagnetischen Aktuatoren können mit pneumatischen Aktuatoren zudem hohe Kräfte erzeugt werden, wobei die pneumatischen Aktuatoren nahezu keine Hysterese in der Kraft-Weg-Kennlinie aufweisen. Desweiteren können pneumatische

Aktuatoren mit sehr wenigen zueinander bewegten Teilen aufgebaut werden, die zudem auf einfache Weise so gestaltet werden können, daß keine Schmierung der Aktuatoren notwendig ist. Desweiteren zeichnen sich pneumatische Aktuatoren dadurch aus, daß sie von Röntgenstrahlung nicht in dem Maße schädlich beeinflußt werden, wie dies bei anderen Aktuatoren, wie zum Beispiel Piezoaktuatoren, der Fall ist.

Außerdem ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß die pneumatisch betätigten Aktuatoren jeweils eine Versorgungsleitung mit jeweils einem Reservoir aufweisen. Das dynamische Verhalten eines derartigen pneumatischen Aktuators kann leicht optimiert werden, indem die Größe des Reservoirs verändert wird. Für einen gegebenen Betriebsdruck des pneumatischen Aktuators bewirkt eine Vergrößerung des Volumens des Reservoirs nämlich eine Verbesserung der Auflösung des Aktuators.

Schließlich haben pneumatische Aktuatoren und insbesondere Miniaturbalgen eine sehr geringe Temperaturempfindlichkeit. Die Temperaturempfindlichkeit eines Miniaturbalgens kann dabei abgeschätzt werden, indem dessen maximale Verschiebung durch die lokale absolute Temperatur geteilt wird. Die Temperaturempfindlichkeit von anderen Typen von Aktuatoren kann im Vergleich dazu oft nur durch Experimente bestimmt werden. So haben Miniaturbalgen, die sich maximal um 50 &mgr;&pgr;&igr; ausdehnen bei Raumtemperatur eine Temperaturempfindlichkeit von 0,17 pm/°Kelvin. Eine typische fluidbetätigte Zylinder-Kolben-Kombination hat mit einem typischen

-4 Volumenausdehnungskoeffizienten von ca. 10 und einer Füllmenge von einigen cm einen demgegenüber großen Temperaturkoeffizienten von ca. 10 pm/°Kelvin, also nahezu das fünfzigfache des Temperaturkoeffizienten eines Miniaturbalgens.

Um eine Verbiegung des zweiten Kristalls herbeiführen zu können, weist er hebelartige Biegeelemente auf, die sich im

wesentlichen in senkrechter Richtung von der zweiten Reflexionsfläche weg erstrecken. Mit derartigen hebelartigen Biegeelementen wird die von den Aktuatoren erzeugte Kraft außerhalb der zweiten Reflexionsfläche in Drehmomente umgewandelt und erst dann in den zweiten Kristall eingeleitet. Damit verkrümmt sich der zweite Kristall ohne die Einwirkung von Scher- oder Zugkräften unter der reinen Wirkung von Biegemomenten, wodurch eine im wesentliche kreisförmige Verkrümmung der zweiten Reflexionsfläche gewährleistet ist. Dadurch wird eine besonders genaue Fokussierung der vom zweiten Kristall ausgehenden Strahlung erreicht.

Wenn der zweiten Kristall genau zwei solcher hebelartigen Biegeelemente aufweist, die sich rippenartig in Längsrichtung des zweiten Kristalls erstrecken, ist zudem gewährleistet, daß der zweite Kristall sagittal symmetrisch gekrümmt wird. .

In weiterer Ausbildung der Erfindung können Befestigungselemente vorgesehen sein, die sich an die Reflexionsfläche des zweiten Kristalls anschließen und sich über die Biegeelemente hinaus erstrecken. Dann kann der zweite Kristall an den überstehenden Befestigungselementen im Monochromator befestigt werden, wodurch gewährleistet ist, daß die Verkrümmung der Reflexionsfläche nicht beeinflußt wird.

Außerdem können die freien Enden der Biegeelemente mit wenigstens einer Versteifung versehen sein. Dadurch ist gewährleistet, daß sich die Rippen unter dem Einfluß eines Aktuators nicht ungleichmäßig verformen. Damit ist eine besonders genaue Verkrümmung der reflektierenden Oberfläche des zweiten Kristalls quer zur Strahlungsrichtung möglich, während der Kristall in Längsrichtung unverkrümmt bleibt.

Außerdem ist gemäß der Erfindung eine Bewegungseinrichtung zum Drehen des Monochromators um eine Achse quer zur Strahlungsrichtung vorgesehen. Eine derartige

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Bewegungseinrichtung wird insbesondere beim Scannen einer Materialprobe verwendet, um einen gewünschten Energiebereich zu durchfahren.

In der Zeichnung ist die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen näher veranschaulicht. Es zeigen:

Figur (1) einen erfindungsgemäßen Doppelkristall-

Monochromator, der in eine Meßapparatur integriert ist;

Figur (2) die Seitenansicht eines zweiten

Kristalls eines weiteren erfindungsgemäßen Doppelkristall-Monochromators;

Figur (3) den zweiten Kristall gemäß Figur (2) in

der Draufsicht;

Figur (4) den zweiten Kristall gemäß den Figuren

(2) und (3) in schematischer Seitenansicht im Ausgangszustand und im gekrümmten Zustand;

Figur (5) die Steuerungseinrichtung eines

Miniaturbalgens für den zweiten Kristall gemäß den Figuren (2) und (3).

In der Figur (1) ist beispielhaft ein Versuchsaufbau gezeigt, in den ein erfindungsgemäßer Doppelkristall-Monochromator (1) integriert ist. Zu dem Versuchsaufbau gehören weiterhin ein Undulator (2) eines in dieser Zeichnung nicht gezeigten Synchrotron-Speicherringes, eine Spiegeleinrichtung (3) und eine Materialprobe (4). Dabei wird die Materialprobe (4) mit vom Ondulator (2) ausgehender und vom Monochromator (1) und der Spiegeleinrichtung (3) monochromatisierter Röntgenstrahlung

bestrahlt.

Der Undulator (2) weist einen Elektronendurchlaß (5) auf, der oben und unten von einer Vielzahl von Magnetpaketen umgeben ist. Dabei sind die Magnetpakete so gegeneinander versetzt angeordnet, daß neben einem Südpol (S) stets ein Nordpol (N) des nächsten Magnetpaketes zu liegen kommt. Ebenso stehen sich oben und unten entlang des Elektronendurchlasses (5) Nordpole (N) und Südpole (S) jeweils gegenüber.

Im Synchrotron-Speicherring, in dem ein Elektronenstrahl unter Ultrahochvakuum eine nahezu kreisförmige Bahn durchläuft, wird der Elektronendurchlaß (5) von Elektronen durchströmt, deren Geschwindigkeit nahezu gleich der Lichtgeschwindigkeit ist. Unter der Einwirkung der Magnetpakete wird dabei jedes Elektron quer zu seiner Bewegungsrichtung ausgelenkt, wobei es aufgrund eines relativistischen Effekts eine breitbandige Röntgenstrahlung abgibt. Diese Röntgenstrahlung tritt durch eine in dieser Ansicht nicht gezeigte Blende aus dem Synchrotron-Speicherring aus und trifft als breitbandiger Röntgenstrahl (6) auf den Doppelkristall-Monochromator (1).

Der Doppelkristall-Monochromator (1) weist einen ersten Kristall (7) mit einer ersten Reflexionsfläche (8) und einen zweiten Kristall (9) mit einer zweiten Reflexionsfläche (10) auf. Sowohl der erste Kristall (7) als auch der zweite Kristall (9) sind aus je einem Einkristall, hier aus Silizium, gefertigt. Eine in dieser Ansicht nicht gezeigte Verschiebungsvorrichtung erlaubt das Einstellen der Lage des zweiten Kristalls (9) bezüglich des ersten Kristalls (7) und eine Fixierung dieser Lage. Die Verschiebungsvorrichtung ist dabei auf ein nicht dargestelltes Goniometer montiert, das ein gemeinsames Verschwenken des ersten und zweiten Kristalls (7, 9) gestattet.

In der gezeigten Darstellung ist die Verschiebungsvorrichtung

und das Goniometer derart eingestellt, daß die Längsachsen des ersten Kristalls (7) und des zweiten Kristalls (9) mit dem breitbandigen Röntgenstrahl (6) ausgerichtet sind und daß die erste Reflexionsfläche (8) im wesentlichen parallel zu der zweiten Reflexionsfläche (10) liegt. Die Verbindungsvorrichtung ist dabei arretiert, so daß die Lage des ersten Kristall (7) zu der Lage des zweiten Kristall (9) feststeht. Das Goniometer ruht in der gezeigten Darstellung, so daß sich ein gleichmäßiger Strahlengang durch den Monochromator (1) ergibt.

Der breitbandige Röntgenstrahl (6) tritt mit der ersten Reflexionsfläche (8) in Wechselwirkung, indem er die Atome in der Oberfläche des ersten Kristalls (7) zum Aussenden von elektromagnetischen Kugelwellen mit den im breitbandigen Röntgenstrahl (6) enthaltenen Wellenlängen anregt. Die vom ersten Auftreffpunkt (11) ausgehenden Kugelwellen gleicher Wellenlänge überlagern sich dabei in den Richtungen zu monochromatischen Teilstrahlen maximaler Intensität, in denen sie in Phase sind. In Richtungen, in denen sie gegenphasig sind, löschen sie sich dagegen vollkommen aus. Auf diese Weise wird der breitbandige Röntgenstrahl (6) in monochromatische Teilstrahlen zerlegt, die unter verschiedenen Winkeln von dem Auftreffpunkt (11) ausgehen.

Bin Großteil der Energie des breitbandigen Röntgenstrahl (6) wird dabei vom ersten Kristall (7) absorbiert und in Wärmeenergie umgewandelt, wodurch die Temperatur des ersten Kristalls (7) ansteigt. Zur Kühlung des ersten Kristalls (7) ist daher eine in dieser Ansicht nicht dargestellte Kühlvorrichtung vorgesehen, die eine von flüssigem Stickstoff durchströmte Kupferplatte aufweist, die auf dem ersten Kristall (7) befestigt ist. Der Kristall (7) ist über wärmeisolierende Abstandsringe mit dem Goniometer verbunden.

Von den vielen vom ersten Auftreffpunkt (11) ausgehenden monochromatischen Teilstrahlen ist der Teilstrahl (12)

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eingezeichnet, der am zweiten Auftreffpunkt (13) auf den zweiten Kristall (9) trifft. Nachdem sich die Richtung der vom ersten Auftreffpunkt (11) ausgehenden Teilstrahlen aus einer Überlagerungsbedingung von mehreren Kugelwellen gleicher Wellenlänge ergibt, treffen neben dem Teilstrahl (12) aber auch noch weitere Teilstrahlen am zweiten Auftreffpunkt (13) auf, deren Wellenlänge ein ganzzahliges Vielfaches oder ein Bruchteil der Wellenlänge des Teilstrahls (12) ist.

Auf der Oberseite des zweiten Kristalls (9) sind in Strahlungsrichtung zwei im wesentlichen zueinander parallele Rippen (15, 16) ausgeformt, zwischen deren Oberkanten sich in dieser Ansicht nicht dargestellte pneumatische Miniaturbalgen erstrecken. Dabei sind die Miniaturbalgen an den beiden Längsenden des zweiten Kristalls angeordnet. Die Miniaturbalgen werden über in dieser Ansicht nicht dargestellte Kapillarröhren mit Stickstoff beschickt, wodurch sie sich ausdehnen und dabei die Rippen (15, 16) symmetrisch auseinanderdrücken. Dabei drückt der Miniaturbalgen am vom undulator (5) abgewandten Ende des zweiten Kristalls (9) die Rippen etwas weiter auseinander als der Miniaturbalgen an dem undulator (5) zugewandten Ende des zweiten Kristalls (9). Unter der Biegung der Rippen (15, 16) krümmt sich die zweite Reflexionsfläche (10) von unten gesehen konkav nach oben. Dabei ist die Querkrümmung der Reflexionsfläche (10) quer zu der Strahlungsrichtung am zweiten Auftreffpunkt (13) genau so groß, daß der auftreffende Teilstrahl (12), der als reflektierter Teilstrahl (17) in einen bestimmten räumlichen Bereich innerhalb der Spiegelanordnung (3) reflektiert wird, optimal fokussiert wird.

Der reflektierte Teilstrahl (17), der in die Spiegelanordnung (3) eintritt, wird in dieser von harmonischen Anteilen befreit und trifft als monochromatischer Arbeitsstrahl (18) auf die Materialprobe (4) auf.

Bei der Durchführung eines Experimentes wird die Materialprobe

(4) in der gezeigten Anordnung in schneller Aufeinanderfolge mit Röntgenstrahlen unterschiedlicher Wellenlänge bestrahlt. Bei diesem Scanvorgang wird der Doppelkristall-Monochromator

(I) von dem Goniometer um eine durch den ersten Auftreffpunkt

(II) gehende Achse (19) quer zu der Strahlungsrichtung gedreht, wie es durch den eingezeichneten Richtungspfeil (20) veranschaulicht wird.

Bei einer kleinen Drehung in Richtung des Richtungspfeils (20) tritt in der. gezeigten Darstellung ein reflektierter Teilstrahl mit etwas größerer Wellenlänge als der reflektierte Teilstrahl (17) in die Spiegelanordnung (3) ein. Der neue reflektierte Teilstrahl korrespondiert dabei mit einem neuen Teilstrahl, der vom ersten Auftreffpunkt (11) ausgeht und dessen zweiter Auftreffpunkt in Strahlungsrichtung hinter dem zweiten Auftreffpunkt (13), also näher der Spiegelanordnung (3) zugewandt liegt. Dort ist die Querkrümmung der zweiten Reflexionfläche (9) aufgrund der unterschiedlichen Ausdehnung der beiden Miniaturbalgen kleiner als am zweiten Auftreffpunkt (13), so daß der neue Teilstrahl als optimal fokussiert reflektierter Teilstrahl in die Spiegelanordnung (3) abgestrahlt wird.

Wenn der Monochromator (1) in der gezeigten Darstellung entgegen der Richtung des Richtungspfeils (20) gedreht wird, wird ein reflektierter Teilstrahl mit kleinerer Wellenlänge als der reflektierte Teilstrahl (17) in die Spiegelvorrichtung (3) abgestrahlt und der zweite Auftreffpunkt des Teilstrahls liegt in Strahlungsrichtung vor dem zweiten Auftreffpunkt (13). Dort ist die Querkrümmung der zweiten Reflexionsfläche (10) gerade so groß, daß auch dieser Teilstrahl optimal fokussiert in die Spiegelvorrichtung (3) reflektiert wird.

Vor einem Scanvorgang werden der Doppelkristall-Monochromator (1) mehrere Male in dem dazu notwendigen Winkelbereich um die Achse (19) gedreht und durch Verstellen der Miniaturbalgen die

Querkrümmung der zweiten Reflexionsfläche (10) solange verändert, bis alle reflektierten Teilstrahlen optimal fokussiert in der Spiegelanordnung (3) eintreffen.

Zum Scannen der Materialprobe (4) wird dann der Doppelkristall-Monochromator (1) in eine Grundstellung gebracht und aus dieser um die Achse (19) in die Endstellung gedreht, wodurch bei der erst dann eingesetzten Materialprobe (4) in schneller Aufeinanderfolge monochromatische Arbeitsstrahlen unterschiedlicher Wellenlängen auftreffen.

Die Figuren (2) und (3) zeigen einen weiteren zweiten Kristall (21) mit zwei Miniaturbalgen (22, 23), die sich zwischen Rippen (24, 25) erstrecken. Der zweiten Kristall (21) weist an seiner Unterseite eine zweite Reflexionsfläche (26) auf. Links und rechts der Rippen (23, 24) geht die Reflexionsfläche (26) In zwei Halteflügel (27, 28) über, an denen der zweite Kristall (21) in einer in dieser Ansicht nicht dargestellten Verschiebungsvorrichtung befestigt und gegenüber einem ebenfalls nicht dargestellten ersten Kristall aufgestellt werden kann.

Der zweite Kristall (21) ist aus einem Silizium-Einkristall gefertigt. Bei seiner Herstellung ist die zweite Reflexionsfläche (26) im Bereich zwischen den Rippen (24, 25) stärker belassen worden, als im Bereich der Halteflügel (27, 28). An der Oberseite der Rippen (24, 25) sind desweiteren nach außen vorstehende Versteifungsstege (29, 30) vorgesehen, die sich über die ganze Länge des Kristalls (21) erstrecken.

Die beiden Miniaturbalgen (22, 23) sind an je einem Längsende des zweiten Kristalls (21) im oberen Bereich der Rippen (24, 25) den Versteifungsstegen (29, 30) gegenüber angeordnet und mit den Rippen (24, 25) fest verbunden. Die Miniaturbalgen (22, 23) bestehen dabei aus an den Enden versiegelten Metallbalgen. Sie werden durch in dieser Ansicht nicht dargestellte

Kapillarröhren mit Druckluft versorgt.

Im Betrieb werden die Miniaturbalgen (22, 23) mit unter Druck stehendem Stickstoff beaufschlagt, so daß sie sich in der Länge ausdehnen. Dabei drücken sie die Rippen (24, 25) auseinander, so daß sich, wie in Figur (4) zu sehen, ist die zweite Reflexionfläche (26) krümmt. Zur besseren Veranschaulichung dieser Verkrümmung der zweiten Reflexionsfläche (26) sind in Figur (4) die Versteifungsstege (29, 30), die Halteflügel (27, 28) und die .Miniaturbalgen (22, 23) weggelassen.

Figur (5) zeigt eine Steuerungseinrichtung (31) für den Miniaturbalgen (22). Die Steuerungseinrichtung (31) weist ein Reservoir (32) auf, das mit dem Miniaturbalgen (22) über die Kapillarrohre (33) in Verbindung steht. Das Reservoir (32) wird von einer Zuführleitung (34) mit Stickstoff beschickt, wobei in die Zuführleitung (34) ein Magnetventil (35) geschaltet ist. Desweiteren weist das Reservoir (32) eine Auslaßleitung (36) auf, in die ein weiteres Magnetventil (37) eingesetzt ist. Die Magnetventile (35, 37) sind über Steuerleitungen (38, 39) mit einer nicht näher dargestellten Regeleinrichtung verbunden, die den Druck der den Miniaturbalgen (22) versorgenden Stickstoff regelt.

Damit sich der Miniaturbalgen (22) entlang des eingezeichneten Richtungspfeils (40) ausdehnt, öffnet die Regeleinrichtung von den beiden geschlossenen Magnetventilen (35, 37) das sich in der der Zuführleitung (34) befindliche Magnetventil (35). Dadurch wird dem Reservoir (32) und damit dem Miniaturbalgen (22) über die Kapillarrohre (33) Stickstoff zugeführt, worauf er sich ausdehnt und sich in Richtung des Richtungspfeils (40) vergrößert. Daraufhin wird das Magnetventil (35) geschlossen und durch öffnen des Magnetventils (37) so viel Stickstoff aus dem Reservoir (32) abgelassen, bis der Miniaturbalgen (22) die gewünschte Ausdehnung erreicht hat.

Claims (13)

Ansprüche: Installation Europeenne de Rayonnement Synchrotron Avenue des Martyrs, F-38043 Grenoble Doppelkristall-Monochromator

1. Doppelkristall-Monochromator zur Abstimmung einer breitbandigen Strahlung, insbesondere einer energiereichen Röntgenstrahlung, auf eine bestimmte Energie, mit einem eingangsseitigen ersten Kristall, der eine erste Reflexionsfläche zur Aufteilung der Strahlung in eine Menge von Teilstrahlen unterschiedlicher Wellenlänge hat, und mit einem im Strahlengang der Strahlung folgenden zweiten Kristall, der eine zweite Reflexionsfläche hat, wobei die zweite Reflexionsfläche eine Querkrümmung quer zum Strahlengang der Strahlung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Reflexionsfläche (10) in Richtung des Strahlengangs unterschiedliche Querkrümmungen aufweist, wobei die Querkrümmungen sich in Richtung des Strahlengangs so verändern, daß der jeweilige Teilstrahl auf eine an dessen Wellenlänge im Sinne einer optimalen Fokussierung angepaßte Querkrümmung auftrifft.

2. Doppelkristall-Monochromator gemäß Anspruch (1), dadurch gekennzeichnet, daß die Querkrümmung der zweiten Reflexionsfläche (10) in Strahlungsrichtung kontinuierlich zunimmt.

3. Doppelkristall-Monochromator gemäß Anspruch (1) oder (2), dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kristall (9, 21) biegsam ist und Aktuatoren (22, 23) zur Biegung aufweist.

4. Doppelkristall-Monochromator gemäß Anspruch (3),

dadurch gekennzeichnet, daß zwei Aktuatoren (22, 23) vorgesehen sind.

5. Doppelkristall-Monochromator gemäß Anspruch (3) oder (4), dadurch gekennzeichnet, daß die Aktuatoren (22, 23) im bereich der Längsenden des zweiten Kristalls (9, 21) angeordnet sind.

6. Doppelkristall-Monochromator gemäß einem der Ansprüche (3) bis (5),

dadurch gekennzeichnet, daß die Aktuatoren (22, 23) pneumatisch betätigbar sind.

7. Doppelkristall-Monochromator gemäß Anspruch (6),

dadurch gekennzeichnet, daß die Aktuatoren (22, 23) jeweils eine Versorgungsleitung (33) mit jeweils einem Reservoir (32) aufweisen.

8. Doppelkristall-Monochromator gemäß Anspruch (6) oder (7), dadurch gekennzeichnet, daß die Aktuatoren als Miniaturbalgen (22, 23) ausgebildet sind.

9. Doppelkristall-Monochromator gemäß einem der Ansprüche (3) bis (8),

dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kristall (9, 21) hebelartige Biegeelemente (15, 16, 24, 25) aufweist, die sich im wesentlichen in senkrechter Richtung von der zweiten Reflexionsfläche (10, 26) weg erstrecken und an denen die Aktuatoren (22, 23) angreifen.

10. Doppelkristall-Monochromator gemäß Anspruch (9),

dadurch gekennzeichnet, daß zwei Biegeelemente (15, 16, 24, 25) vorgesehen sind, die sich rippenartig in Längsrichtung des zweiten Kristalls (9, 21) erstrecken.

11. Doppelkristall-Monochromator gemäß Anspruch (9) oder (10),

dadurch gekennzeichnet, daß Befestigungselemente (27, 28) vorgesehen sind, die sich an die zweite Reflexionsfläche (26) anschließen und sich über die Biegeelemente (24, 25) hinaus erstrecken.

12. Doppelkristall-Monochromator gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Bewegungseinrichtung zum Verändern der relativen Lage des ersten Kristalls (7) und des zweiten Kristalls (9) zueinander vorgesehen ist.

13. Doppelkristall-Monochromator gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß eine Bewegungseinrichtung zum räumlichen Drehen des Doppelkristall-Monochromators (1) um eine Achse (19) quer zur Strahlungsrichtung vorgesehen ist.