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Analysis with Detectors

Welche Effekte können in Detectoren verwendet werden um Stralung zu messsen.

Die Detektion kann über verschiedene Möglichkeiten und Wechselwirkungsprozesse erfol- gen. Röntgen entdeckte die Strahlung an der Schwärzung von fotografischen Filmen.

Chemische Prozesse:

In den Filmschichten ist Silberbromid, AgBr, als Ionenkristall eingelagert. Das Bromion wird bei Bestrahlung mit der Energie h · f in ein Atom gewandelt. Das dabei freiwer- dende Elektron rekombiniert mit dem Silberion und es entsteht atomares Silber, das als Störstelle im AgBr-Kristall eingebaut ist (latente Schwärzung). Der Prozess kann durch die folgende Reaktionsgleichungen 2.23 prinzipiell beschrieben werden. h · f + Br− → Br + e− und e− + Ag+ → A

Ionisation von Gasen:

Je nach Gasart sind zur einfachen Ionisation von Gasen (Herausschlagen äußerer Hüllen- elektronen) 3 − 40 eV Energie nötig. Trifft energiereiche Strahlung mit einer Energie h · f auf ein Gas mit einer mittleren Ionisationsenergie Ei in einem definierten Gasvolumen, dann werden durch die Wechselwirkung zwischen Gasatomen und Photonen eine durch- schnittliche Anzahl n an Gasatomen mit vorgegebenen Wahrscheinlichkeiten ionisiert. Dies ist beschreibbar mit vershiedenen Gleichungen.

Phosphoreszenz

Die Erzeugung von Lichtblitzen und Ausnutzung des nachfolgenden fotoelektrischen Ef- fekts wird im Szintillationszähler angewendet

Erzeugung von Ladungsträgern in Halbleitern

Die Energie des Röntgenquants wird über Mehrfachumwandlungen in Ladungsträger- paare (Elektronen-Loch-Paare) kaskadenförmig abgebaut. Es erfolgt eine wesentlich hö- here Quanteneffizienz, da für übliche Röntgenquant-Energien diese fast vollständig im Halbleiter absorbiert werden. Der genauerer Aufbau und Arbeitsweise wird in Kapitel 4.5 dargelegt

Detektoren Arten

Werden beurteilt aufgrund von folgenden Metriken:

• Quantenausbeute, d. h. welcher Anteil der Photonenenergie bzw. wie viele Photo- nen ergeben ein messbares Signal. Die Quantenausbeute ist plausibel betrachtet der Anteil der Strahlung der ohne Wechselwirkung durch den Detektorwechselwirkungs- raum geht und nicht im Detektor absorbiert wird. Die größten Unterschiede ergeben sich deshalb zwischen den gasgefüllten und den Festkörperdetektoren.

• Linearität, d. h. wird beurteilt nach der Anzahl der im Detektor ausgelösten Span- nungsimpulse proportional zur Menge der auftreffenden Quanten. Zur Beschreibung der Linearität wird die so genannte Totzeit des Detektors eingeführt.

• Proportionalität, ist bei Detektoren der gewünschte lineare Zusammenhang zwischen der Quantenenergie und der Höhe des im Detektor ausgelösten Spannungsimpulses

Unterteilung Detektoren unterteilt man in ihrer "Bauart" und in ihrer Detektions Methode

KI Warnung: Sehr spezielles Wissen könnte unterumständen falsch sein

Bauart:

• Punktdetektoren
• Lineardetektor: Linear detectors are detectors that are sensitive to X-rays along a single line. They are typically composed of a scintillation crystal or a solid-state detector and a photomultiplier tube (PMT) or a charge-coupled device (CCD). Linear detectors are used in both powder and single crystal diffraction. They are mainly used in high-resolution measurements and in applications where high angular resolution is required.
• Flächendetektor: Area detectors, on the other hand, are detectors that are sensitive to X-rays over a two-dimensional area. They are typically composed of a scintillation crystal or a solid-state detector and a detector array. They can detect and record diffracted X-rays over a large angular range simultaneously. They are mainly used in powder diffraction, where the angular range of the diffracted X-rays is wide, and a large number of data points need to be collected quickly.

Detektions Methode:

Scintillation detectors: These detectors convert X-ray energy into light, which is then detected by a photomultiplier tube (PMT).

Solid-state detectors: These detectors convert X-ray energy into an electrical signal that can be directly read by a computer. Examples include charge-coupled device (CCD) detectors, detector arrays, and hybrid pixel detector (HPD).

Gas detectors: These detectors use a gas as the detection medium and measure the ionization of the gas atoms caused by the X-rays.

Hybrid detectors: These detectors combine the features of different types of detectors.

Fluorescence detectors: This type of detector is used to detect the fluorescent X-ray emissions from the sample.

Punktdetektoren

• xray/Filterung -> Filterung ist notwendig da wir nicht ganzes specktrum brauchen