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Goniometer Die Erfindung betrifft ein Goniometer zur Messung der
Intensität und der Beugungswinkel von Röntgenstrahlen bei der Bestrahlung von Proben,
bei welchem eine Röntgenquelle und ein Detektor auf einem Mreßkreis verschiebbar
so angeordnet sind, daß der Detektor in jedem Punkt des Meßkreises in einem Winkelverhältnis
von 2 :1 in bezug auf den Einfallswinkel der Röntgenstrahlen steht. Insbesondere
betrifft die Erfindung einen variablen Ausgangs schlitz an dem Goniometer, der die
Probenbestrahlú'ng und die Messung bei sehr kleinen Einfallswinkeln erlaubt.
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Die für die Bestrahlung von Proben zur Anwendung gelangenden Goniometer
dienen zur Messung der Intensität,und der Winkel der gebeugten Röntgenstrahlen.
In diesem Fall werden die Röntgenstrahlen einer Röntgenquelle- abgestrahlt, welche
an einer ausgewählten Position längs des Meßkreises des Goniometers angeordnet ist
Die zu bestrahlende Probe dagegen ist sehr genau im Mittelpunkt (Kompaßpunkt) diesesMe#-kreises
angeordnet. In-dieser Stellung wird die Probe bestrahlt und die gebeugten Röntgenstrahlen
werden mit Hille eines Detektors gemessen, welcher auf einem Arm sitzt, dessen tragendes
Ende um die Mittelachse des Goniometers rotiert.
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Ist nun der Einfallswinkel der zur Bestrahlung verwendeten Röntgen-
-strahlen im Verhältnis zur Probenoberfläche extrem klein oder mit anderen Worten,
verlaufen die Röntgenstrahlen fast parallel zu dieser Oberfläche, dann erfolgt die
Bestrahlung nicht. lediglich auf die ganze Proben-. oberfläche, sondern ebenfalls
auf den Probenhalter sowie andere Teile, die in der Nähe der Probe angeordnet dind.
Daraus resultiert eine Streuung der Röntgenstrahlung, mit anderen Worten, es ergibt
sich ein bestimmter Streubetrag von Röntgenstrahlen, welcher im Interesse einer
wirkungsvollen und genauen Probenmessung und -untersuchung unerwunscht ist. Die
Kontrolle der zur Bestrahlung verwendeten Röntgenstrahlen muß also darauf abzielen,
die Bestrahlung lediglich auf die Probenoberfläche
zu beschränken,
und zwar dadurch, daß die. Apertur des Ausgangsschlitzes und damit der Strahlenöffnungswinkel
verändert wird, sobald der Einfallswinkel extrem klein ist. Wenn jedoch unter Einfallswinkeln
eingestrahlt wird, die einer wieder vergrößerten Probendrehung entsprechen, ist
es nötig, die Apertur des Ausgangsschlitzes wieder zu verändern, um die bestrahlte
Oberfläche konstant zu halten. Wie bekannt, ist bisher der einzige Weg, die Apertur
zu vergrößern der, daß man an den. konventionellen Gerätetypen die Apertur selbst
wegnimmt und durch eine größere ersetzt.
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Abgesehen von der Tatsache, daß der Einfallswinkel allmählich vergrößertwerden
muß, so daß dadurch mehrere Änderungen der Apertur nötig sind, ist diese Maßnahme
zumindest sehr zeitraubend. Hinzu kommt, daß eine Messung unter sehr kleinen Einfallswinkeln
aufgrund der Veränderung der bestrahlten Fläche unmöglich ist.
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Es wird festgestellt, daß ein verbessertes Schlitzsystem, welches
in der Lage ist, diese Nachteile zu vermeiden, durch die weiter unten beschriebene
Erfindung repräsentiert ist und daß diese Erfindung den beabsichtigten Zweck in
höchst wirksamer Weise erreicht. Die Erfindung ist im Zusammenhang mit, den foIgenden
Zeichnungen beschrieben.
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Fig. 1 zeigt das allgemeine Prinzip des, boniometers;
Fig.
2 zeigt das modifizierte Goniometer, wie es gemäß der Erfindung zur Anwendung gelangt.
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Bei Betrachtung der Fig. 1 erkennt man, daß eine Probe 5 im Zentrum
des Meßkreises angeordnet ist. Auf dem Meßkreis befindet sich eine Röntgenquelle
l sowie ein Detektor 6 einschließlich eines Eingangsschlitzes 7. Der Detektor ist
drehbar so angeordnet, daß seine Achse zu jeder Zeit genau unter einem Winkel von
2 e zu den unter dem Einfallswinkel e einfallenden Röntgenstrahlen steht.
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In dieser Anordnung passieren die von der Röntgenquelle ausgehenden
Röntgenstrahlen zuerst einen Blendenschlitz 3 und anschließend einen Ausgangs schlitz
4 bevor sie auf der Probenoberfläche auftreffen. Da- -nach werden die gebeugten
Röntgenstrahlen untersucht. Bei diesen Gegebenheiten wird die folgende Beziehung
mit sehr guter Annäherung erfÜllt.
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S a = sin e L Darin bezeichneta den Strahlenöffnungswirlkel im Bogenmaß,
S die Länge der bestrahlten Proben, L den Abtastradlus des Gontometers und e den
Einfallswinkel.
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Normalerweise kann bei einem Einfallswinkel bis zu 50°sin e mit e
gleichgesetzt werden. Deshalb gilt: S 8 L Diese Gleichung zeigt, daß zwischen dem
Strahlenöffnungswinkel und dem Einfallswinkel eine lineare Beziehung besteht. Durchgeführte
Untersuchungen mit einem Versuchsgerät lieferten Ergebnisse, welche zweifelsfrei
zeigen, daß der Strahlenöffnungswinkel bis zu 40 linear bei einer Einfallswinkelvergrößerung
bis hinauf zu 500 verändert werden kann. Der Abtastradius des Goniometers betrug
dabei 17 cm und die Probenlänge betrug 1, 24 cm.
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Folglich lä#t sich ein Strahlenöffnungswinkel zwischen 0 und 4° konstant
durch eine geeignete Änderung der Schlitzbreite steuern, welche direkt proportional
dem Einfallswinkel variiert wird.
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Fig. 2 zeigt die Anordnung,wie sie in der vorliegenden Erfindung zur
Anwendung kommt. Ein aus der Röntgenquelle l entsendeter Röntgenstrahl 2 passiert
den Blendenschlitz 3 und die Öffnung der Ausgangsschlitze 4a und 4b, welche sich
alle zusammen in einem Gehäuse 34 befinden. llrauf hin fällt der Strahl auf die
Oberfläche der Probe 5, wird dort auf die in Fig. t
gezeigte Art
gebeugt und im Detektor 6 untersucht. Die Probe 5 ist auf der Halterung 9 befestigt.
Die Röntgenquelle und der Detektor sind dabei so angeordnet, daß sie die in Fig.
1 dargestellten Bedingungen erfüllen; insbesondere ist die Probe in der genannten
Weise im Mittelpunkt des Meßkreises befestigt. Außerdem ist der Detektor, welcher
den -Eingangsschlitz 7 aufweist, so angeordnet, daß er auf dem genannten Kreis in
einem Winkelverhältnis von 2 e zum Einfallswinkel e drehbar ist. Ein Tragarm 8,
welcher den Detektor unterstützt, ist mit einem Schneckenrad 10 verbunden. Ein Handrad
15, auf dessen Welle eine Schnecke 11 sitzt, wird zum Einstellen des Detektorwinkels
benützt, während ein Handrad 16, welches auf ähnliche Weise mit einer Schnecke 12
und einem Schneckenrad 13 verbunden ist, zur Einstellung des Probendrehwinkels verwendet
wird.
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Eine mit einem nicht gezeigten Motor verbundene Welle 14 dient zum
Antrieb der Schneckenräder 10 und 13 über ein geeignetes, nicht gezeigtes Verzahnungssystem.
Die Drehzahl des Schneckenrades 13 ist halb so gr. wie diejenige des Schneckenrades
10, um das Winkelverhältnis von e/2e aufrechtzuerhalten. Während der Einstellung
des Probendrehwinkels sowie des Detektorwinkels ist der nicht gezeigt Getriebemechanismus
von den Schnecken 11 und 12 entkoppelt, um die Handräder 15 und 16 zur Manipulation
freiztiKhalten.
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Die Ringe 17, 18, l9 und 20 zwischen den Schneckenrädern 10 und 13
dienen zur Einstellung des Detektorwinkels. Ring 17 dient zur Einsteliung des Maximalwinkels,
Ring 18 zur Einstellung des Standardbezugwinkels, Ring 19 zur Einstellung des Minimalwlnkels
und Ring 20 ist ein Sicherungsring. Mit Hilfe des Drehknopfes 21 läßt sich die Probenhalterung
9 verstellen und sichern. An dem Tragarm 8 ist ein Zahnsegment 22 befestigt, welches
zum Öffnen und Schließen der Schlitze 4a und 4b über eine geeignete 4Rbertragungseinrichlnng
dient. Die Zähne des Zahnsegmentes 22 sind so angeordnet, daß der Strahlenöffnungswinkel
nur bis zu einem Höchstwert von etwa 40 vergrößert wird. Dieses Segment steht mit
einem Zahnrad 23 in Eingriff, welches auf dem Ende einer Welle 24 sitzt, die in
einem Arm 25 gelagert ist. Bei~Drehung des Zahnrades 23 wird ein Kegelrad 26, welches
auf dem anderen Ende der gleichen Welle sitzt und mit einem Kegelrad 27 kämmt, in
Bewegung gebracht. Ein Zahnrad 28 sitzt auf einer Welle 31 und kämmt mit einem weiteren
Zahnrad 29, welches auf einer Welle 30 sitzt. Die Welle 30 ist mit einem n icht
gezeigten Linksgewinde 32 und einem nicht gezeigten Rechtsgewinde 33 versehen, auf
welche die SchlitzblöSe 4a und 4b aufgeschraubt sind.
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Auf diese Weise können die Schlitze in Übereinstimmung mit der Drehbewegung
des Detektors geöffnet oder geschlossen werden.
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Aus der vorhergehenden Beschreibung ist zu entnehmen, daß es die vorliegende
Erfindung ermöglicht, eine genaue Messung der Intensität von gebeugten Röntgenstrahlen
unter sehr kleinen Einfallswinkeln vorzunehmen. Dies beruht auf der Tatsache, daß
der Öffnungswinkel der R6ntgenstrahlen automatisch so ausgerichtet wird, daß auf
der Probenoberfläche eine konstante Bestrahlungsfläche aufrechterhalten wird, und
zwar durch Veränderung der Winkelöffnung in Übereinstimmung mit dem Einfallswinkel.
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Das in den Zeichnungen und in der Beschreibung erläuterte Beispiel
soll nicht einschränkend auf den Erfindungsgedanken wirken. Der Rahmen der Erfindung
wird durch die nachfolgenden Ansprüche gesteckt.