Gebrauchsanweisung

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1 06/05-W97-Iv/Sel Gebrauchsanweisung Röntgenenergiedetektor ( ) 1 Röntgenenergiedetektor 2 Sensorhalter 3 Abschwächerblende 4 Kalibriertarget 5 Stativstange mit Gewinde 1 Beschreibung Der Röntgenenergiedetektor ermöglicht die Aufnahme von Energiespektren an Röntgen- oder γ-strahlung im Energiebereich von ca. 2 kev bis 60 kev. Er besteht aus einer Si-PIN- Photodiode, die mit Hilfe eines Peltier-Elementes abgekühlt wird. Ein ladungsempfindlicher Vorverstärker und ein linearer Hauptverstärker mit Pulsformer sind in das Detektorgehäuse integriert. Der Detektor ist insbesondere für den Einbau in das Röntgengerät ( ) geeignet. 3 Nachweiswahrscheinlichkeit Die Wahrscheinlichkeit, dass ein in die Si-PIN-Photodiode einfallendes Röntgenphoton nachgewiesen wird, hängt von dessen Energie E ab. Dargestellt ist die Abhängigkeit bis zur maximalen Energie des Röntgengerätes ( ). Bei höheren Energien nimmt die Nachweiswahrscheinlichkeit immer weiter ab. 2 Lieferumfang 1 Röntgenenergiedetektor 1 Tischnetzgerät, VAC 1 BNC-Kabel, 50 cm 1 Sensorhalter 1 Stativstange mit Gewinde 1 Abschwächerblende 1 Kalibriertarget (verzinkter Stahl) 1 Prüfprotokoll 1 Inbusschlüssel, 1,5 mm

2 Gebrauchsanweisung Seite 2/6 4 Komponenten 4.1 Röntgenenergiedetektor 4.2 Sensorhalter: zur Halterung des Röntgenenergiedetektors im Goniometer des Röntgengerätes ( ) 1a Eintrittsfenster 1b Tubus 1c Kühlkörper 1d Kontroll-LED 1c Signalausgang 1e Speisespannungseingang 1f Gewindebuchse M6 Tubus: zur Halterung des Detektors im mitgelieferten Sensorhalter Kontroll-LED: rot: Versorgungsspannung liegt an, grün: Si-PIN-Photodiode abgekühlt, Detektor betriebsbereit Signalausgang: zum Anschluss an die VKA-Box ( ) Speisespannungseingang: zum Anschluss an das mitgelieferte Tischnetzgerät 2a Bohrung 2b Inbusschrauben, 1,5 mm 2c Führungsstangen Bohrung: passend zum Tubus des Röntgenenergiedetektors Inbusschrauben, 1,5 mm: zur Fixierung des Röntgenenergiedetektors Führungsstangen: passend zum Sensorarm des Goniometers im Röntgengerät ( ) 4.3 Abschwächerblende: zur Schwächung des Röntgenstrahls für direkte Messungen mit dem Röntgenenergiedetektor im Primärstrahl des Röntgengerätes. Die beiden durch Lack gesicherten Schrauben lassen einen feinen Schlitz von 10 µm Breite für den Primärstrahl frei. Gewindebuchse M6: zur Halterung mit der mitgelieferten Stativstange mit Gewinde 3a Schrauben (gesichert) 3b Ansatz für Filter 3c Passbohrung Ansatz für Filter: zum Aufstecken der Filter ( und ) Passbohrung: passend zum Schlitzkollimator des Röntgengerätes ( ) und zum Kreiskollimator aus dem Lieferumfang des Comptonzusatzes II Xray ( )

3 Seite 3/6 Gebrauchsanweisung Technische Daten Röntgenenergiedetektor: Energiebereich: Energieauflösung: ca. 2 kev bis 60 kev 0,4 kev (Halbwertsbreite) bei E FeKα = 6,40 kev Nichtlinearität (einschließlich VKA-Box): < 1 % bei E = 3-35 kev Langzeit-Energiedrift: < 3 % (nach 4 h Dauerbetrieb im Röntgengerät bei ϑ lab = 25 C) Eintrittsfenster: Kunststoff (Absorption äquivalent zu Graphit mit d = 40 µm) 6 Energieauflösung Die Halbwertsbreite (FWHM) hängt von der Energie E der Röntgenstrahlung ab: ( ) 2 FWHM E = 2 2 ln2 σ el + F ε E mit σ el 160 ev, F 0,15, ε = 3,8 ev Detektor: Si-PIN-Photodiode Aktive Fläche des Detektors: 0,8 mm Dicke des Detektors: ca. 150 µm Gehäuse des Detektors: Eisenlegierung beschichtet mit Goldlegierung Anstiegszeit der Ausgangssignale: ca. 0,5 µs Abfallzeit der Ausgangssignale: ca. 5 µs Totzeit pro Impuls: ca. 250 µs Arbeitstemperatur der Si-PIN-Photodiode: Kühlung des Detektors: Versorgungsspannungen: Eingang Speisespannungen: Signalausgang: Abmessungen: Masse: ca. -15 C thermoelektrisch (Peltier-Element) ±15 V, +5 V (aus Tischnetzgerät, VAC) Mini-DIN-Buchse BNC-Buchse Abschwächerblende: Schlitzbreite: ca. 10 µm Kalibriertarget: Material: Fe Kα-Linie: Zn Kα-Linie: Abmessungen: 60 mm 120 mm 60 mm 450 g verzinkter Stahl 6,40 kev (gewichteter Mittelwert) 8,63 kev (gewichteter Mittelwert) 25 mm 25 mm 7 Hinweis zur Funktionsfähigkeit Das Eindringen von Wasserdampf aus der Umgebungsluft durch das dünne Eintrittsfenster des Röntgenenergiedetektors ist im Laufe der Jahre nicht völlig auszuschließen. Dadurch kann die Funktionsfähigkeit der Si-PIN-Photodiode behindert werden. Sollte der Röntgenenergiedetektor aus diesem Grund nach einiger Zeit nicht mehr funktionsfähig sein, so kann er beim Hersteller LD Didactic GmbH wieder funktionsfähig gemacht werden. 8 Zubehör zur Energiespektroskopie: 1 HF-Kabel, 1 m VKA-Box Sensor-CASSY oder 1 Pocket-CASSY CASSY Lab PC mit Windows 98/NT oder höher zum Nachweis des Compton-Effekts an Röntgenstrahlen: Comptonzusatz II Xray Röntgengerät mit Röntgenröhre Mo und Goniometer zur Röntgenfluoreszenzspektroskopie : Targetsatz K-Linien-Fluoreszenz Targetsatz L-Linien-Fluoreszenz Röntgengerät mit Röntgenröhre Mo und Goniometer oder mit Röntgenröhre Cu und Goniometer

4 Gebrauchsanweisung Seite 4/6 9 Fluoreszenz des Gehäusematerials Ein Teil der einfallenden Röntgenstrahlung dringt durch die Si- PIN-Photodiode in deren Gehäusewand und regt dort Atome zur Röntgenfluoreszenz an. Deren charakteristische Strahlung gelangt teilweise in die Photodiode und wird zusammen mit der primären Röntgenstrahlung registriert. Daher kann das gemessene Spektrum immer auch die charakteristischen Linien der Elemente Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Au und Ag beinhalten. Welche charakteristischen Linien angeregt werden, hängt von der Energie der Primärstrahlung ab. Am häufigsten treten die L- Linien von Gold auf. 10 Betrieb im Röntgengerät ( ) 10.1 Einbau in den Sensorhalter: Tubus des Röntgenenergiedetektors in die Bohrung des mitgelieferten Sensorhalters führen und Röntgenenergiedetektor bis zum Anschlag schieben. Röntgenenergiedetektor ausrichten und mit Inbusschrauben fixieren. Resonanzfluoreszenz des Gehäuses der Si-PIN-Photodiode, angeregt durch monochromatisierte Röntgenstrahlung (Bragg- Reflexion) mit E = 31 kev Einbau in das Röntgengerät ( ) und Anschluss an die VKA-Box ( ): Nr. Linie E kev Nr. Linie E kev 1 Ag Lα 2,98 7 Zn Kα 8,64 2 Ag Lβ 3,15 8 Au Lα 9,71 3 Fe Kα 6,40 9 Au Lβ 11,44* 4 Co Kα 6,93 10 Au Lγ 13,38* 5 Ni Kα 7,48 11 Ag Kα 22,16* 6 Cu Kα 8,05 12 Ag Kβ 24,94* * Energie der Kα1-Linie Anschlusskabel des Tischnetzgerätes durch den Leerkanal des Röntgengerätes ( ) führen und an Speisespannungseingang des Röntgenenergiedetektors anschließen. Sensorhalter mit Röntgenenergiedetektor im Sensorarm des Goniometers montieren und Anschlusskabel soweit nachführen, dass ein vollständiger Schwenk des Sensorarmes möglich ist. Signalausgang des Röntgenenergiedetektors mittels mitgeliefertem BNC-Kabel an die BNC-Buchse SIGNAL IN im Experimentierraum des Röntgengerätes anschließen. Ausgang Signal Out im Anschlussfeld des Röntgengerätes mittels BNC-Kabel an VKA-Box anschließen.

5 Seite 5/6 Gebrauchsanweisung Messung mit dem Kalibriertarget: 10.4 Messung des Primärstrahls: Kalibriertarget auf dem Targettisch des Goniometers fixieren. Experimentierraum des Röntgengerätes schließen und Sensorwinkel = 90 und Targetwinkel = 45 einstellen. Tischnetzgerät an Netzspannung anschließen und ca. 2 min warten, bis die Leuchtdiode des Röntgenenergiedetektors grün (Wechsel von rot nach grün) leuchtet. Röhren-Hochspannung U = 35 KV, Emissionsstrom I = 1,00 ma wählen und Röhren-Hochspannung einschalten. In CASSY Lab die Messparameter Vielkanalmessung, 256 Kanäle, negative Pulse, Verstärkung -6, Messdauer 300 s wählen. Spektrumaufnahme mit oder Taste F9 starten (aufgezeichnet wird bei der Messung mit Mo-Anode oder Cu- Anode das oben dargestellte Spektrum). Targethalter mit dem Targettisch ausbauen und Sensor in 0 -Position bringen. Abschwächerblende bis zum Anschlag über den Kollimator stülpen und sorgfältig ausrichten (mit den Schrauben nach oben und unten weisend). Tischnetzgerät an Netzspannung anschließen und ca. 2 min warten, bis die Leuchtdiode des Röntgenenergiedetektors grün (Wechsel von rot nach grün) leuchtet. Röhren-Hochspannung U = 35 KV, Emissionsstrom I = 0,10 ma wählen und Röhren-Hochspannung einschalten. In CASSY Lab die Messparameter Vielkanalmessung, 256 Kanäle, negative Pulse, Verstärkung -2, Messdauer 300 s wählen. Spektrumaufnahme mit oder Taste F9 starten (aufgezeichnet wird bei der Messung mit Mo-Anode das oben dargestellte Spektrum). In 0,1 -Schritten um 0 den Sensorwinkel suchen, bei dem die Gesamtzählrate um 200 1/s liegt. Falls überhaupt keine oder nur sehr wenige Ereignisse gezählt werden: Abschwächerblende um 180 gedreht aufsetzen und erneut den optimalen Sensorwinkel suchen.

6 Gebrauchsanweisung Seite 6/6 11 Energiekalibrierung In CASSY Lab mit den Tasten Alt+E das Dialogfenster Energiekalibrierung öffnen und globale Energiekalibrierung wählen. Energien zweier gemessener Linien eintragen. Im Popup-Menü des Diagrammfensters den Menüpunkt Weitere Auswertungen Peakschwerpunkt berechnen auswählen und den Bereich der ersten Linie markieren. Ergebnis in das Dialogfenster Energiekalibrierung eintragen. Anschließend den Schwerpunkt der zweiten Linie bestimmen und eintragen. Dialogfenster Energiekalibrierung mit OK schließen. 12 Messbereiche Verstärkung der VKA-Box maximal messbare Energie 1 ca. 84 kev 2 ca. 42 kev 3 ca. 28 kev 4 ca. 21 kev 5 ca. 17 kev 6 ca. 14 kev 13 Betrieb im Stativaufbau Mitgelieferte Stativstange mit Gewinde in die Gewindebuchse des Röntgenenergiedetektors einschrauben und in Stativmaterial montieren. Anschlusskabel des Tischnetzgerätes an Speisespannungseingang des Röntgenenergiedetektors anschließen. Signalausgang des Röntgenenergiedetektors mittels BNC- Kabel an VKA-Box anschließen. In CASSY Lab die Messparameter Vielkanalmessung, negative Pulse, Verstärkung -1 wählen. Energiekalibriertes Fluoreszenzspektrum des Kalibriertargets, zur Kalibrierung verwendete Linien: Fe Kα (E = 6,40 kev) und Zn Kα (E = 8,63 kev) Energiekalibriertes Spektrum des Primärstrahls einer Mo-Anode bei der Röhren-Hochspannung U = 35 kv zur Kalibrierung verwendete Linien: Mo Kα (E = 17,44 kev) und Au Lα (9,71 kev) LD Didactic GmbH. Leyboldstrasse 1. D Huerth / Germany. Phone (02233) Fax (02233) [email protected] by LD Didactic GmbH Printed in the Federal Republic of Germany Technical alterations reserved