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Blendenanordnung zur Begrenzung eines Röntgenstrahlenbündels Die Erfindung
betrifft eine Blendenanordnung zur begrenzung eines Röntgenstrahlenbündels in einem
gegebenenfalls evakuierten Gerät zur Messung von durch Versuchskörper gestreuten
Röntgenstrahlen, bei welcher die in ihr enthaltenen :Blenden die Blendenstreustrahlung
von der Meßeinrichtung (Zählrohr) fernhalten, wofür mindestens drei in Richtung
des Röntgenstrahlenbündels hintereinanderliegende Blenden vorgesehen sind, wobei
mindestens zwei dieser Blenden das Röntgenstrahlenbündel fokusferngegen jenen Bereich
begrenzen, in welchem die Streuung des hinter diesen Blenden angebrachten, von Priinars
trahlenbündel getroffenen Versuchskörpers gemessen wird.
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Zur Untersuchung von Systemen, die Inhomogenitäten der Elektronendichte
in kolloiden Bereichen aufweisen (Kolloide im sllgemeinen und I«Ieikrornolekiile),
wird die Streuung von
Röntgenstrahlen unter kleinen Winkeln herangezogen.
Bei diesen und allen anderen amorphen Körpern wird zusätzlich die Streuung auch
bei größeren Streuwinkeln (bis 1800) gemessen. In der Praxis entstehen dadurch-Schwierigkeiten,
daß die bekannten Einrichtungen mit Fehlerquellen belastet sind, die der Genauigkeit
der @@ssungen Grenzen setzen.
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Vor allem senden doch zwecks feiner Ausblendung der Röntgenstrahlenbündel
verw@ deten Blenden in den bekannten Einrichtungen selbst Streustrahlung aus, die
insbesondere unter kleinen Winkeln sehr intensiv wird und so die Untersuchung der
Kolloide und Makronoleküle, die Röntgenstrahlen unter kleinen Winkeln streuen, überaus
erschwert.
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Zur Behebung der Nachteile der bekannten Binrichtungen wurde durch
die deutsche Patentschrift Nr. 1 002 138 bereits eine Blendenanordnung bekannt,
bei der die in ihr enthaltenen Blenden die '3lendenstreustrahlung (Störstreuung)
auf der Seite des Röntgenstranlenbündels, auf der die Streuung durch den Versuchskör)er
ermittelt wird, auf einen innerhalb des primären Röntgenstrahlenbündels liegenden
Bereich begrenzen, indem mindesterls drei einseitige Blenden vor;esehen sind, deren
Kanten in einer Ebene liegen, mindestens zwei nebeneinanderliegende dieser Blenden
das Röntgenstrahlenbündel fokusfern auf der Seite begrenzen, auf welcher die Streuung
durch den Versuchskörper gemessen wird, und mindestens eine dieser blenden das Röntgenstrahlenbündel
fokusnah auf der entgegengesetzten Seite begrtnzt.
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In dieser Patentschrift wurde auch bereits vorgeschlagen, nebeneinanderliegende
der das Rontgenstrahlenbündel fokusfern begrenzenden einseitigen Blenden zu einem
Blendenblock zusammenzufassen.
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Da bei den bisher bekannten Blendenanordnungen ein Strahl von strichförmigem
Querschnitt ausgeblendet wird, gelangen an. jeden funkt der Registrierebene Abbeugungen,
die verschied-enen Streuwinkeln entsprechen. Es wird somit durch die Ärt der Kollimation'eine
Modifikation des Streueffektes bedingt, die man allgenie.in als "Längsverschmierung"
bezeichnet. Die Auswertung hat mit der rechnerischen Eliminierung dieses Kollimationseffektes,
mit der sog. "Entschmierung" zu beginnen. Diese kann aber nur nach vorhergehender
Glättung der Streukurven durchgeführt werden, die nie ganz frei von Willkür ist.
Nun reagiert das Resultat der Entschmierung oft recht empfindlich auf diese kleinen
Unterschiede.
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Daher ist die Genauigkeit einer durch Entechmierung erhaltenen Streukurve
kleiner als die einer direkt gemessenen.
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Man kann eine Streukurve leicht direkt, d.h. frei von Längsverschmierungen
messen, indem man einen punktförmig ausgeblendeten Strahl verwendet. Dieses Verfahren
hat aber zwei wesentliche Nachteile, die darin liegen, daß man nicht frei von Blendenstreuung
arbeitet und die Intensität um ein bis zwei Größenordnungen kleiner ist als bei
einem Strahl niit strichförmigen tQuerschnitt und vera.leichbarer Auflösung.
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'Die beiden Nachteile der Punktausblendung führten
dazu,
daß von diesem Verfahren bei der Messung der diffusen Röntgenstreuung bei kleinen
Winkeln bisher kaum Gebrauch gemacht wurde.
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Bei der Messung der Streuung unter größeren Winkeln wurde zwar häufig
eine Ausblendung mittels Lochblenden herangezogen, doch bereiten auch hier die kleinen
Intensitäten erhebliche Schwierigkeiten.
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Bei dieser Sachlage besteht das Bedürfnis nach einer Anordnung, bei
welcher ebenfalls keine Längsverschmierung auftritt, die aber zugleich blendenstreuungsfrei
arbeitet und schließlich eine tragbare Intensitätsausbeute gibt.
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Erfindungsgemäß ist die Blendenanordnung rotationssymmetrisch ausgebildet,
wobei die das Röntgenstrahlenbündel fokusfern begrenzenden Blenden als kreisförmige
Scheibenblenden, die das Röntgenstrahlenbündel fokusnah begrenzenden Blenden hingegen
als kreisförmige, koaxial mit den Scheibenblenden angeordnete Lochblenden ausgebildet
sind und wobei zur Messung der Streuung zwischen dem Versuchskörper und der Meßeinrichtung
ein Schirm mit einem Loch angeordnet ist, dessen Mittelpunkt auf der Rotationsachse
des Systems mit der Meßeinrichtung verschiebbar ist, wobei zwischen dem Versuchskörper
und dem Schirm der Meßeinrichtung ein Primärstrahlfänger mit zur Systemachse konzentrischer
Öffnung angeordnet ist, deren Durchmesser größer, zumindest gleich groß ist wie
der Durchmesser des Schnittkreises des 'äußersten Kegels der Streustrahlung, die
von dem vom Primärstrahlenbündel
getroffenen-eil des Versuchskörpers
durch das Loch des.Schirmes der Meßeinrichtung geht, mit der Ebene des Primärstrahlfängers.
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Vorteilhafterweise schneidet der durch den Rand der -fokusnächs-ten
Lochblende und den Rand der fokusnächaten Scheibenblende gelegte Kegelmantel die
durch die fokusfernste Scheibenblende' bestimmte Ebene in einem Kreis,.dessen Durchmesser
größer. zumindest aber gleich groß ist wie der Durchmesser dieser Scheibenblende.
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Zweckmäßigerweise ist der Durchmesser der fokusernsten Scheibenblende
gleich dem Durchmesser der fokusnächsten Scheibenblende, wobei der Durchmesser der
fokusnächsten Lochblende kleiner ist als der Durchmesser der Scheibenblenden.
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Nach einer Weiterbildung der Erfind.ung ist zwischen der fokusnächsten
Lochblende und der fokusnächsten Scheibenblende eine zusätzliche 1ochblende angeo-rdnet,
-deren Durchmesser größer, mindestens aber gleich ist wie der Durchmesser des Schnittkreises
der Ebene dieser Lochblende mit dem durch die fokusnächste Lochblende und die fokusnächste
Scheibenblende bestimmte Kegelmantel, jedoch kleiner als der Durchmesser der größten
Scheibenblende.
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Vorteilhafterweise sind die Scheibenblenden zu einem einzigen Körper
vereinigt.
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Zweckmaßigerweise sind die Lochblenden zu einem einzigen Körper vereinigt.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich
anhand
der Zeichnung, in der einige Ausführungsbeispiele schematisch dargestellt sind.
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Fig.1 zeigt eine prinzipielle Darstellung einer erfindungsgemäßen
Blendenanordnung, Fig.2 eine Anordnung mit einer zusätzlichen LochbLende, Fig.3
eine Anordnung, bei der die fokusfernsten Scheibenblenden zu einem gemeinsamen Körper
zusammengefaßt sind und Fig.4 eine Anordnung, bei der auch die fokusnahen Lochblenden
zu einem gemeinsamen Körper zusammengefaßt sind.
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Das in Fig.1 dargestellte Ausführungsbeispiel weist eine fokusnahe
kreisförmige Lochblende 1 und zwei hintereinander liegende kreisförmige Scheibenblenden
2,3 auf.
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Die Ebenen dieser Blenden liegen senkrecht zur Rotationsachse X-X
des Systems, die durch die Mittelpunkte der blenden hindurchgeht. Hierbei schneidet
der durch den Rand der fokusnächsten Lochblende 1 und den Rand der fokusnächsten
Scheibenblende 2 gelegte Kegel 4 die durch die fokusfernste Scheibenblende 3 bestimmte
Ebene in einem Kreis, dessen Durchmesser größer ist als der Durchmesser der Scheibenblende
3. Der Durchmesser des Schnittkreises muß mindestens gleich groß sein wie der Durchmesser
der Scheibenblende 3.
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Hinter der fokusfernsten Scheibenblende 3 befindet sich der zu untersuchende
Versuchskörper 5, hinter dem ein Primärstrahlenfänger 6 angeordnet ist. Die Messung
selbst erfolgt durch eine entlang der Achse X-X verschiebbare Meßeinrichtung,
beispielsweise
ein Zählrohr 7, vor dem ein Schirm 8 mit einem Loch angeordnet ist, dessen Mittelpunkt
gleichfalls auf der-Achse X-X liegt und der rnit dem Zählrohr 7 verschiebbar is-t.
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Bei ausreichender Größe des Fokus 9 kommt bei diesem Ausführungsbeispiel
ein Primärstrahlenbündel 10 zustande, das den Zwischenraum zwischen den beiden konzentrischen
Kegelmänteln 4 und 11 erfüllt. Der Kegelmantel 4 ist hierbei durch die Lochblende
1 und die Scheibenblende 2 bestimmt, der Kegelmantel 11 durch die Lochblende 1 und
die Größe des Fokus 9.
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Ist die Projektion des Fokus 9 auf die Normalebene zur Rotationsachse
X-X kreisförmig, dann stellt der Querschnitt des Primärstrahlenbündels 10 einen
Ring dar.
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An dem durch die Öffnung im Schirm 8 bestimmten Meßpunkt 12 auf der
Rotationsachse X-X treffen sich durch den Versuchskörper 5 abgebeugte Strahlenkegel
13,14 und alle dazwischenliegenden, deren Streuwinkel zwischen 2'man und 2 gmin
liegen.
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Das vom Fokus 9 ausgehende, zwischen den Kegelmänteln 4,11 liegende
Primärstrahlenbündel wird nach Hindurchtreten durch den Versuchskörper 5 durch den
Primärstrahlfänger 6 abgefangen. Die an der Kante der Scheibenblende 2 erfolgende
Blendenstreuung erfüllt jenseits der Scheibenblende 3 nur den Raum, der außerhalb
der die Blenden 2,3 verbindenden, in die fokusferne Richtung fortgesetzten kegelförmigen
Fläche 15 liegt.
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Ist der Durchmesser der Scheibenblende 3 gleich oder größer
als
der Durchmesser der Scheibenblende 2, so kann auf die Rotationsachse X-X und damit
an das Loch des Schirmes 8 keinerlei Blendenstreustrahlung gelangen, die somit für
die Messung der Streuung des Praparates bedeutungslos ist, gleichgültig an welchem
Punkt der Achse X-X sich das Loch des Schirmes 8 der Meßeinrichtung befindet. Der
Durchmesser der Scheibenblende 3 kann natürlich auch kleiner sein als der Durchmesser
der Scheibenblende 2; in diesem Palle ergibt sich ein von Blendenstreuung freier
Kegel, dessen Spitze auf der Achse X-X liegt. In diesem Falle kann nur innerhalb
dieses Kegels frei von Blendenstreuung gemessen werden.
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Der Durchmesser der Öffnung des Primärstrahlenfängers 6 muß größer,
mindestens aber gleich groß sein wie der Durchmesser des Schnittkreises des durch
die Strahlen 14 gebildeten äußersten Kegels der Streustrahlung, die von dem vom
Primärstrahlenbündel getroffenen Teil des Versuchskörpers 5 durch das xoch des Schirmes
8 der Meßeinrichtung geht, mit der Ebene des Primärstrahlenfängers 6.
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Durchsetzt das Primärstrahlenbündel eine Luftsäule, wie dies der
Fall ist, wenn das Primärstrahlenbündel einen nicht evakuierten Raum durchsetzt,
so entsteht eine Streustrahlung, die zweckmäßigerweise gleichfalls von dr.eßeinrichtung
möglichst ferngehalten wird.
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Es ist deshalb vorteilhaft, den Durchmesser der Öffnung des Primärstrahlenfängers
6 möglichst gleich dem Durchmesser des erwahnten Schnittkreises zu wählen, weil
dann
der Großteil solcher Streustrahlungen vom-Meßpunkt 12 ferngehalten
wird. Um den optimalen Durchmesser der Öffnung des Primärstrahlenfängers 6 möglichst
einhalten zu können, ist der Primärstrahlenfänger 6 zweckmäßigerweise in Abhängigkeit
von der Verschiebung der Meßeinrichtung gleichfalls axial verschiebbar.
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Die Abschirmüng der aus der Luftsäule stammenden Streuung kann noch
weiter dadurch verbessert werden, daß vor der Meßeinrichtung, insbesondere in der
Öffnung des Primärstrahlenfängers 6 eine scheibellförmige Streustrahlenblende 16
angeordnet wird, deren Durchmesser kleiner, möglichst aber gleich ist dem Durchmesser
des Schnittkreises des innersten Kegels 13 der StreustrahlungS die von dem vom Primärstrahlenbündel
getroffenen Teil des Versuchskörpers 5 durch das Loch des Schirmes 8 der Meßeinrichtung
geht, mit der Ebene der Streustrahlenblende 16.
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Auf diese Weise entsteht zwischen dem Primärstrahlenfänger 6 und
der Streustrahlenblende 16 ein ringförmiger Schlitz. Der Primärstrahlenfänger 6
kann mit der Streustrahlenblende 16 zu deren Abstützung durch Stege verbunden sein.
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Zweckmäßigerweise ist auch die Streustrahlenblende 16 gemeinsam mit
dem Primärstrahlenfängerf6 in Abhängigkeit von der Verschiebung der Meßeinrichtung-7,8
axial verschiebbar.
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Um nicht bei Jeder Stellung des Schirmes 8, also bei jedem Streuwinkel
den Primärstrahlenfänger 6 und
die Streustrahlenblende 16 besonders
einstellen zu müssen, sind diese vorteilhafterweise mit der Meßeinrichtung über
einen Mechanismus gekuppelt, derart, daß der Schirm 8 vom Versuchskörper 5 immer
um den gleichen Faktor weiter entfernt ist als der Primärstrahlenfänger 6 und die
Streustrahlenblende 16 vom Schirm 8. InsbesoneAre 1,at der Faktor 2" Vorteile.
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Die endliche Seite des durch das Primarstrahlenbündel auf dem Versuchskörper
5 gebildeten Ringes gibt Anlaß zu einem Kollimationseffekt.
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Dieser Kollimationseffekt ist nicht mit der "Längsverschmierung"
gleichzusetzen, wie sie bei ebenen Blenden systemen auftritt, sondern stellt vielmehr
eine sog. "Breitenverschmierung" dar. Diese ist zwar vom Standpunkt der rechnerischen
Eliminierung weniger unangenehm als die Längsverschmierung, doch soll sie nicht
zu groß sein. Es ist daher zweckmäßig, den Zwischenraum zwischen den beiden, das
Primärstrahlenbündel begrenzenden Kegeln 4, 11 zu verringern.
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Hiefür kann der Fokus 9 in seiner Dimension relativ zum Blendensystem
verkleinert oder sein Abstand von der fokusnächsten Lochblende 1 vergrößert werden.
Diese Maßnahmen sind jedoch nicht befriedigend, weil der fokus 9 im allgemeinen
nicht scharf und definiert begrenzt ist.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach i'it,.2 ist daher zwischen der fokusnächsten
Lochblende 1 und der fokusnächsten Scheibenblende 2 eine zusätzliche Lochblende
17 angeordnet,
deren Durchmesser größer, zumindest aber gleich
ist wie der Durchmesser des Schnittkreises der Ebene'dieser Lochblende 17 mit dem
durch die fokusnächste Lochblende 1 und die fokusnächste Scheibenblende 2 bestimmten
Kegelmantel 4. Der Durchmesser dieses Schnittkreises muß aber kleiner sein als der
Durchmesser der größten Scheibenblende, da andernfalls die von der Lochblende 17
verursachte Streustrahlung in den Bereich der Meßeinrichtung 7,8 fallen könnte.
Vorteilhafterweise sind die Durchmesser aller Scheibenblenden 2,3 und'der zusätzlichen
Lochblende 17 gleich groß.
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Es ist ersichtlich, daß durch axiale Verschiebung der Lochblende
17 die Intensität gesteuert werden kann.
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Bei dem in Fig.3 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die beiden
Scheibenblenden 2,3 zu einem einzigen Körper vereinigt, u.zw. in Porm eines zylindrischen
Blockes 18, dessen beide Stirnflächen die Scheibenblenden 2,3 bilden.
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Hierbei ist somit der Durchmesser der fokusfernsten Scheibenblende
3 gleich dem Durchmesser der fokusnächsten Scheibenblende 2. Der Durchme-sser der
fokusnächsten Lochblende 1 ist kleiner als- der Durchmesser der Scheibenblenden
2,3.
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Für die Einstellung des Zwischenraumes zwischen den beiden, das Primärstrahlenbündel
begrenzenden Kegeln 4,11 ist bei diesem Ausführungsbeispiel eine weitere Scheibenblende
19 vorgesehen, die fokusnäher liegt als die vor dem Versuchskörper 5 angeordnete
fokusfernste Lochblende, im dargestellten Ausführungsbeispiel fokusnäher als die
Lochblende 17.
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Die Scheibenblende 19 muß innerhalb des durch die Lochblende 1 und
die Scheibenblende 2 bestimmten Kegelmantels 4 liegen.
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Es ist ersichtlich, daß durch Axialverschiebung der Scheibenblende
19 die Intensität gesteuert werden kann. Die Intensitätssteuerung kann somit entweder
durch Axialverschiebung der Scheibenblende 19 oder der Lochblende 17 erfolgen.
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Die Intensitätssteuerung kann aber auch durch Verschieben beider Blenden
erfolgen. Vorteilhafterweise sind die fokusfernste Lochblende 17 und die fokusnähere,
zusätzliche Scheibenblende 19 gegenläufig verschiebbar.
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Da die Intensität der vo Versuchskörper 5 ausgehenden Streustrahlung
mit größerer Entfernung des arlroìlres 7 vor Versuchskörper 5 kleiner wird, steht
die axiale Verschiebung der Blenden 17,19 zweckmäßigerweise in Abhängfi;keit von
der Axialverschiebung der Meßeinrichtung 7,8.
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Es ist ersichtlich, daß der als "Ereitenverschm.ierung"bezeichnete
Kollimationseffekt durch entsprechende Dimensionierung der ,lenden 17,19 klein gehalten
werdeii kann.
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Außerden ist es grundsätzlich möglich, einige Aufnahmen mit verschiedener
Breite des Eintrittsspaltes zwischen den Blenden 1,19 sowie des zwischen den Blenden
2 und 17 für oen ?Durchtritt der Strahlung freien Spaltes (Breite des Schnittes
senkrecht zur Rotationsachse X-X) herzustellen und die Form der Streukurve auf die
Spaltbreite Null zu extrapolieren.
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Dies ist ohne Rechnung, rein graphisch durchführbar.
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Bei den Ausftillrungsbeispiel nach Fig.4 sind auch
die
Lochblenden 1,17, zu einem einzigen Körper 20 vereinigt.
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Außerdem ist die Scheibenblende'19 an dem'fokusnahen Ende eines Stiels
21 angeordnet. Selbstverständlich kann der Stiel 21 auch fortgelassen und die Scheibenblende
19 in der Lochblende 1 bzw. im Körper 20 mit Hilfe von radialen Stegen gelagert
werden.
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In der Regel sind dje Dimensionen der Blendenanordnung in vertikaler
Richtung relativ viel kleiner als dies die Figuren zeigen, in denen die Darstellung
in der vertikalen Richtung, wenn die Blendenanordnung für Röntgenkleinwinkelmessungen
verwendet werden soll, größenordnungsmäßig'um das Zehnfache überhöht- ist. Bei Wei
twinkel aufnahmen entspricht die Darstellung etwa den erforderlichen Vertikaldimensionen,
die allenfalls sogar vergrößert werden können.