Vorlesung 9:
Frage 1: Energiebereich von XR? Welche Wechselwirkungen zwischen Materie und Photonen gibt es? Welche ist bei 50keV dominant?
100eV - 100keV, Photoeffekt (überwiegt bei 50keV), Comptoneffekt, Paarbildung.
Frage 2: Welches Gesetz beschreibt die Schwächung von Röntgenstrahlung durch Materie, wie lautet es und was bedeuten die einzelnen Größen?
I(x) = I_0 e^{-\mu x} \mu … linearer Absorptionskoeffi, x … Dicke des Materials, I(x) … Intensität in Tiefe x des Materials, I_0 … Primäre Intensität.
Frage 3: Was versteht man unter Wirkungsquerschnitt? Was ist seine Einheit? Wie ist der Zusammenhang zwischen Wirkungsquerschnitt und Absorptionskoeffizient? Wie setzt sich der Absorptionskoeffizient einer Probe, die aus mehreren Elementen besteht, zusammen?
\sigma = \frac{Anzahl_{Partikel} / sec}{Anzahl_{Partikel} / sec*cm^2} Einheit: Barn/Atom: 1\times 10^{-24}cm^2 Linearer Absorptionskoeffizient: \sigma_{lin} = \sigma_{mass} \rho Zusammenhang: \sigma_{mass} = \sigma_a , \frac{\rho L}{A} Zusammengesetzter Absorptionskoeffizient: \mu = \sum_n^i W_i \mu_i \qquad W_i … Gewichtungsfaktor.
Frage 4: Was versteht man unter Eindringtiefe und Informationstiefe und in welchem Bereich liegen diese bei Röntgenstrahlen?
Eindringtiefe: nur mehr 1/e von Intensität da. Informationstiefe: Tiefe, bei der noch 1/e der Fluoreszenzstrahlung die Probe wieder verlässt. Im Bereich einiger 10 - 100 µm.
Frage 5: Was versteht man unter Photoeffekt? Wie heißt der konkurrierende Prozess? In welchem Z Bereich ist dieser dominant? Welche Besonderheit weist der Photoelektrische Absorptionskoeffizient auf?
Energie des Photons wird komplett auf ein Hüllenelektron übertagen, dass die Hülle verlässt. Konkurrierend: Comptonstreuung. Mit steigendem Z wird auch Photoeffekt wahrscheinlicher. Besonderheit Photoelektrischer Absorptionskoeffizient: KA! Irgendwer?
Frage 6: Wie hängt der Photoelektrische Massenabsorptionskoeffizient von der Energie der anregenden Strahlung und der Ordnungszahl ab?
\tau_{mass} \propto \frac{Z^4}{E^3}
Frage 7: Was versteht man unter Fluoreszenz-Ausbeute? Wie hängt diese von der Ordnungszahl ab?
Beschreibt das Verhältnis zwischen der Anzahl der absorbierten Photonen und einem daraus folgenden Ereignis wie Fluoreszenz. Ordungszahlabhängigkeit: KA!
Frage 8: Wie beschreibt man die Wechselwirkung von Photonen mit einem einzelnen Elektron?
Elektron als frei annehmen, Thomson Gesetz: \frac{d\sigma}{d\Omega} = \frac{r_0^2}{2} (1+\cos^2 \theta)
Frage 9: differentielle elastische Streuwirkungsquerschnitt, welches sind die dominanten Größen?
\frac{d\sigma_{el}}{d\Omega} = \frac{r_0^2}{2} (1+\cos \theta) |F(x,z)|^2
Frage 10: Wovon hängt die Energie der gestreuten Strahlung bei inkohärenter Streuung ab?
Ausschließlich von Streuwinkel und Photonenenergie: E_{gestreut} = \frac{E}{1+\frac{E}{m_0c^2}(1-\cos^2 {\theta})}
Frage 11: Welche Röntgenquellen kennen Sie?
Synchrotrone, Röntgenröhre, Röntgenlaser.
Frage 12: Wie funktioniert eine Röntgenröhre?
Kathode emittiert Elektronen, die mit Hochspannung beschleunigt werden und so in die Anode eindringen. Dort abgebremst → Es entsteht Charakterisitsche Röntgenstrahlung, Übergangsstrahlung und Bremsstrahlung.
Frage 13: Wie hoch ist der Anteil der Leistung, der in Röntgenstrahlung umgewandelt wird?
1-2%
Frage 14: Wie kann man die Kühlung einer Röntgenröhre verbessern und damit die Leistung erhöhen?
Drehanode - Eletronen werden nicht auf das Zentrum des runden Targets fokussiert, sondern auf den Rand eines drehenden Tellers → immer kühleres Anodenmaterial im Strahl.
Frage 15: Welche Spektren emittiert eine Röntgenröhre?
Bremsspektrum, Charakteristisches Spektrum.
Frage 16: Wie entsteht Bremsstrahlung?
Durch das Beschleunigen geladener Teilchen.
Frage 17: Wodurch ist die Maximalenergie des Bremsspektrums gegeben
Durch die Spannung.
Frage 18: Wie wird die Spektralverteilung der Bremsstrahlung durch die angelegte Spannung beeinflusst?
Siehe Grafik in Datei 38_Fragen_Scan vom Poster unter mir.
Frage 19: Wie entsteht das charakteristische Röntgenspektrum?
Durch Übergänge zwischen Energieniveaus der inneren Elektronenhülle.
Frage 20: Welche Linien der K-Serie, welche der L-Serie kennen Sie?
Doofe Frage. Oder von mir falsch verstanden, aber: L_{\alpha}, L_{\beta}, L_{\gamma}, K_{\alpha}, K_{\beta}, K_{\gamma}
Frage 21: Wie lauten die Auswahlregeln für Dipolstrahlung?
\Delta l=\pm 1 \qquad \Delta m = 0, \pm 1 \qquad \Delta n \neq 0
Frage 22: Was besagt das Moseley’sche Gesetz?
Die Lage der K_\alpha Linie im Röntgenspektrum
Frage 23: Wie entsteht Synchrotronstrahlung? Welche Eigenschaften hat sie?
Von geladenen relativistischen Teilchen, die durch ein Magnetfeld abgelenkt werden. Eigenschaften: Sehr breites, brillanzreiches, kohärentes Spektrum
Frage 24: Was versteht man unter Brilliance, Brightness und Flux?
Brilliance = \frac{Photons}{sec , mrad^2 , mm^2 , 0.1% BW}\qquad \qquad Brightness = \frac{Photons}{sec , mrad^2 , 0.1% BW} \qquad \qquad Flux = \frac{Photons}{sec , 0.1% BW}
Frage 26: Was sind insertion devices? Wie unterscheiden sie sich?
Geräte zur Erzeugung von Synchrotronstrahlung. Es gibt Linienquellen (Undulatoren) und Quellen mit kontiuierlichem Spektrum (Wiggler, Bending Magnet)
Frage 27: Wie sieht die Spektralverteilung eines Undulators, Wigglers und Bending Magnets aus?
Undulator: Linienspektrum mit Grundspektrum. Wiggler & Bending Magnet Spektren sehr ähnlich, aber Wiggler hat höhere Photonenenergie.
Frage 28: Was ist ein Free electron Laser? In welcher Größ.ord. liegt die Peak Brilliance eines XFEL?
Eine Strahlungsquelle für Synchrotronstrahlung. Peak Brilliance bei 10^{34}
Frage 29: Was versteht man unter dem SASE Prinzip?
Wechselwirkung der Elektronen im Undulator wechselwirken mit Licht, was einige abbremst, andere beschleunigt. Sie ordnen sich dann in Scheiben an.
Frage 30: Wodurch ist der Grenzwinkel der Totalreflexion für Röntgenstrahlen gegeben?
Einfallswinkel \theta_{crit} < \theta = \sqrt{2\delta}
Frage 31: Welche Röntgenoptiken kennen Sie?
Beugend, brechend, absorbierend, reflektierend, fokussierend.
Frage 32: Wie unterscheidet sich ein Kristallmonochromator von einem Multilayer Monochromator?
Kristall-Monochromatoren funktionieren mit Bragg Reflektion, Multilayer-Monochromatoren mit Materialien mit verschiedenen Z Werten und haben daher eine geringere Energieauflösung, aber einen hohen Strahlungsduchsatz.
Frage 33: Welche fokussierenden Röntgenoptiken kennen Sie?
Ellipsodiale, Kirkpatrick-Baez, Elliptical.
Haben die das auch alles in der VO durchbekommen?
Nachfolgende Semester werden sich freuen … Diese Prüfung aus den Vorlesungsfolien alleine zu machen ist ein Ding der Unmöglichkeit. Ich hoffe auf gnädige Fragen morgen und nicht auf einige extrem umfangreiche …