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WO2006000195A1 - Strahlungsoptisches bauelement - Google Patents

Strahlungsoptisches bauelement Download PDF

Info

Publication number
WO2006000195A1
WO2006000195A1 PCT/DE2005/001111 DE2005001111W WO2006000195A1 WO 2006000195 A1 WO2006000195 A1 WO 2006000195A1 DE 2005001111 W DE2005001111 W DE 2005001111W WO 2006000195 A1 WO2006000195 A1 WO 2006000195A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
radiation
channel
reflecting layers
optical component
absorbing
Prior art date
Application number
PCT/DE2005/001111
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2006000195A8 (de
Inventor
Leo Cussen
Thomas Krist
Ferenc Mezei
Original Assignee
Hahn-Meitner-Institut Berlin Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hahn-Meitner-Institut Berlin Gmbh filed Critical Hahn-Meitner-Institut Berlin Gmbh
Priority to AT05757025T priority Critical patent/ATE554485T1/de
Priority to EP05757025A priority patent/EP1763885B1/de
Publication of WO2006000195A1 publication Critical patent/WO2006000195A1/de
Publication of WO2006000195A8 publication Critical patent/WO2006000195A8/de

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21K—TECHNIQUES FOR HANDLING PARTICLES OR IONISING RADIATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; IRRADIATION DEVICES; GAMMA RAY OR X-RAY MICROSCOPES
    • G21K1/00—Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21K—TECHNIQUES FOR HANDLING PARTICLES OR IONISING RADIATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; IRRADIATION DEVICES; GAMMA RAY OR X-RAY MICROSCOPES
    • G21K1/00—Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating
    • G21K1/02—Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating using diaphragms, collimators

Definitions

  • the invention relates to a radiation-optical component for influencing radiation in relation to its wavelength spectrum and divergence critical angle ⁇ ⁇ with at least one channel of width d and length L up to a critical angle of incidence ⁇ c to the surface of the layer of radiation-reflecting layers on radiation-transmissive Substrates and radiation-absorbing layers.
  • DE 102 03 591 A1 discloses a neutron-optical component arrangement with a bent channel with two super mirrors lying parallel to one another, in which the beam paths of different moderators, each of which generates, are used to achieve a wide range of applications serve a neutron sort, are merged, so that a superimposed neutron beam is created with a multi-spectrum.
  • a targeted adjustment of individual wavelength ranges within the intended spec trum of a single moderator does not take place.
  • the divergence limit angle ⁇ is the maximum radiation angle with which the beam can still pass unhindered through the channel.
  • the collimators with radiation-absorbing inner walls are so-called “Soller collimators.” They have a triangular transmission profile (compare with prior art Figure 1) .
  • the radiation with the angle of incidence 0 ° becomes best, that with the divergence In between, there is a linear dependence, but due to the triangular transmission function, only 50% of the radiation is transmitted in the interval ⁇ ⁇ , but a high radiation intensity at the sample is often required the inner walls or the entire walls of the channel are made of plastic films which are coated with a radiation-absorbing layer, the radiation is transmitted in air, or alternatively silicon substrates can be coated with a radiation-absorbing layer, and the radiation is then transmitted through the silicon.
  • the object of the present invention is therefore to provide a radiation-optical component of the type described above in such a way that a maximum proportion of the test procedure on a sample of desired radiation with specifically predetermined parameter properties with respect to wavelength and divergence is transmitted and can reach the sample, without being influenced by the radiation-optical component and thus disturbed in the correlation of its characteristic parameters.
  • the radiation-optical component should be as simple as possible in the construction, handling and maintenance.
  • the solution according to the invention for this task is shown for the generic radiation-optical component alternatively in the main and secondary claim. Advantageous developments can be found in the dependent claims. These will be explained in more detail below in connection with the invention.
  • the radiation-optical component according to the invention is based on the basic idea of influencing only that portion of the radiation which is not required on the sample.
  • the required proportion on the other hand, remains unaffected and thus wavelength / angle of incidence unchanged even in its characteristic parameter correlation.
  • the achieved transmission intensity is similar to that of a known collimator with a rectangular transmission profile, but without causing a half-way change in the parameter correlation.
  • the radiation-optical component according to the invention thus operates in the function of a filter.
  • wavelength filter If a specific wavelength range is to be transmitted, this is a "wavelength filter.” With a fixed channel structure, radiation above a given cut-off wavelength is reflected and absorbed The wavelengths below the cutoff wavelength are transmitted with different intensity (zero intensity at the cutoff wavelength, then rising) doubling the critical angle of incidence ⁇ c until the reflection takes place, the cut-off wavelength changes twice.
  • a particular divergence is to be set, ie a filtering out of the radiation not required on the sample is carried out outside the divergence critical angle ⁇ ⁇
  • a corresponding "angular filter” can be used
  • the length and angle of incidence in the radiation around the same structural design of the radiation-optical component according to the invention is dependent on the (static or dynamic) dimensioning of the one or more parallel channels in length L and width d and the angular orientation of the radiation-reflecting layers.
  • At least two radiation-reflecting layers on radiation-transmissive substrates ortho ⁇ gonal to at least one axial channel plane over the entire width d of the channel K at two tilt angles ⁇ ß ⁇ ( ⁇ + ⁇ c ) are arranged to the channel axis for the structural design in the invention. Furthermore, the inner walls of the channel arranged orthogonally to the axial channel plane are covered by a radiation-absorbing layer over the extent of the radiation-reflecting layers.
  • at least two mirror-symmetrically oriented mirror systems are used, through which the incident radiation is transmitted up to an angle of incidence or a wavelength and initially reflected above it and absorbed at another location.
  • each radiation-reflecting layer includes a radiation-absorbing layer corresponding to the reflection angles, which suppresses the respectively reflected radiation by absorption.
  • the unwanted radiation components are filtered out in the horizontal channel plane and absorbed at the respective opposite channel wall, in an arrangement in the horizontal axial channel plane ent ⁇ accordingly in the vertical channel plane.
  • a combination of two mirror-symmetrical mirror systems therefore allows the radiation to be filtered over the entire beam cross-section or in both perpendicular directions to the propagation direction of the radiation with respect to the divergence.
  • a mirror system pair is sufficient for the function of the wavelength filter.
  • the at least two radiation-reflecting layers on radiation-transmissive substrates there are different possibilities.
  • they can be arranged one behind the other in the channel (V-shape), wherein the first mirror system according to the one side and the second mirror system to the other side inclined across the channel.
  • V-shape the channel
  • the first mirror system according to the one side
  • the second mirror system to the other side inclined across the channel.
  • this results in a relatively large length L of the channel, the lateral inner walls over the entire length L must be coated according to radiation absorbing.
  • a considerably shorter construction results if the two radiation-reflecting layers are arranged on radiation-transmissive substrates in the channel in a cross-shaped manner (X-shape).
  • the channel then has only the length L of an inclined mirror system and must be coated only on this length L radiation absorbing.
  • an embodiment is provided in the manner of "benders", wherein one or more successive stacks of curved radiation-reflecting layers on radiation-transmissive substrates orthogonal to at least one axial channel plane over the entire width d of Channels K are arranged, wherein the two stacks have opposite angles of curvature to the channel axis, and the inner walls of the channel arranged orthogonal to the channel plane are coated with a radiation-absorbing layer parallel to and following the two stacks of curved reflecting layers
  • the mode of operation and the range of applications is identical to that of the first alternative of the invention
  • the relatively small length L of the Channel is identical to that of the first alternative of the invention.
  • a bender is known for example from DE 198 44 300 C2 and consists of the curved beam guidance of neutrons of curved, alternately radiation-reflecting and -absorb Schlden layers.
  • the radiation-reflecting elements are spatially separated from the radiation-absorbing layers. There are no radiation-absorbing layers between the curved radiation-reflecting layers. In addition, only the radiation-reflecting layers are curved along the channel axis.
  • the radiation-absorbing layers are again in a first embodiment on the inner surface of the channel and thus run unconstrained.
  • the radiation absorptive effective zone is divided into one or more sections, each extending over the channel cross-section, z. B. in two stacks behind the first curved stack one half of the filtered radiation and after the second, oppositely curved stack, the other half of the filtered radiation is absorbed.
  • a collimator can still be provided in front of the first stack of curved radiation-reflecting layers, or the collimator between the two stacks can be dispensed with.
  • the function of the radiation-optical component according to the invention in the application form as an angle filter for targeted radiation collimation is given in the proposed configurations in each case for exactly one wavelength. If the angle filter is also to be used for a different wavelength, then the distance between the radiation-absorbing layers and the tilt angle of the radiation-reflecting surfaces must be adjusted accordingly.
  • the channel can be made wider or narrower, and at the same time the tilt angle of the radiation-reflecting surfaces can be changed. This is achieved when the end-points of the radiation-reflecting layers are hingedly connected to the inner walls of the channel.
  • the mirror systems are then aligned angularly over the entire channel cross-section. If the angle filter is used on a spallation source or a time-of-flight instrument in which the different wavelengths arrive at different times, the channel width can be varied with the corresponding frequency. Due to the articulated fixed connection of the mirror systems with the channel wall whose angular arrangement in the channel cross section with the same frequency is varied.
  • the radiation-transmissive substrates for the radiation-reflecting layers are usually made of rigid silicon or quartz. Application of the radiation-reflecting layers on metal or plastic films is likewise possible if either a self-supporting layer strength is reached or a supporting backing layer is galvanized or the films are stretched.
  • the radiation-reflecting layers usually have layer thicknesses between 1 .mu.m and 50 .mu.m, the substrates between 5 .mu.m and 1000 .mu.m.
  • FIG. 1 shows the state of the art, the geometry and transmission conditions in a radiation-absorbing channel
  • FIG. 2 shows the geometry and transmission conditions in a radiation-reflecting channel
  • FIG. 3 shows a simple arrangement of two mirror systems in FIG 4 shows the transmission behavior of the radiation-optical component
  • FIG. 5 shows a first parallel arrangement of several pairs of two mirror systems in V-form
  • FIG. 6 shows a second parallel arrangement of several pairs of two mirror systems in V-shape
  • 7 shows a simple arrangement of two mirror systems in X-form in a radiation-optical component according to the invention
  • FIG. 8 shows a parallel arrangement of several pairs of two mirror systems in X-form
  • FIG. 9 shows a simple arrangement of two mirror systems in curved form in FIG 10 shows the transmission behavior of the radiation-optical component according to FIG. 9, and
  • FIG. 11 shows a simple arrangement of two mirror systems in curved form with interposed absorption systems.
  • radiation-absorbing channel K is generally rectangular or square and has a length L and a width d.
  • ⁇ for a collimator arc tg d / L
  • the channel K has radiation-absorbing layers SA, the radiation below absorb all angles.
  • FIG. 1 shows the transmission diagram corresponding to the absorbing channel K (transmission intensity Tl via angle of incidence ⁇ of the radiation).
  • Complete absorption takes place at the divergence limit angles ⁇ ⁇ . In between, there is a linear course, so that a total of a triangular transmission curve is ent. Outside this triangle curve, complete absorption (dashed line) occurs.
  • FIG. 2 shows, in the prior art, schematically the geometry on a radiation-optical component SB with a channel K with radiation-reflecting walls (hereinafter "radiation-reflecting channel” K), which has the same geometric relationships as in the radiation-absorbing channel K.
  • radiation-reflecting channel K has radiation-reflecting layers SR which reflect radiation up to a critical angle of incidence ⁇ ⁇ C.
  • radiation-absorbing layers SA which absorb the radiation not reflected on the radiation-reflecting layers SR and thus transmitted.
  • the associated transmission diagram (transmission intensity Tl over angle of incidence ⁇ of the radiation) is shown in FIG. 2 below.
  • Tl over angle of incidence ⁇ of the radiation transmission intensity Tl over angle of incidence ⁇ of the radiation
  • FIG. 2 transmission intensity Tl over angle of incidence ⁇ of the radiation
  • a rectangular transmission profile results.
  • the radiation is completely reflected and, compared with the triangular profile of the absorbing channel according to FIG. 1, transmits a maximum of twice the intensity of radiation below. However, only half is transmitted uninfluenced.
  • a radiation-reflecting layer SRi, SR 2 on a strahlungs ⁇ permeable substrate SSi, SS 2 forms a mirror system SPi, SP 2 , both mirror systems SP-i, SP 2 form a pair Pj.
  • the two radiation-reflecting layers SR-i, SR 2 are arranged one behind the other in a V-shape relative to one another. They each connect to the inner wall IW of the channel K at the tilt angle + ß.
  • Not shown in FIG. 3 is a possible arrangement of two pairs Pj oriented orthogonally to one another, so that in both orthogonal axial channel planes KE a complete influencing of the incident radiation can take place.
  • the transmission diagram (transmission intensity Tl via angle of incidence ⁇ of the radiation) for the radiation-optical component SB according to the invention is shown in FIG.
  • the rectangular transmission Behavior of the radiation-optical component SB according to the invention can be seen. It can be clearly seen that the rectangular transmission region for the radiation-optical component SB according to the invention is limited only slightly by the triangular transmission. The undisturbed proportion increases with the ratio ⁇ / ⁇ .
  • the regions outside the triangle are mirrored at the vertical intensity axis, which corresponds to influencing the parameter correlation wavelength / divergence in the reflected radiation.
  • the additions remain correct in the lateral direction, which corresponds to a non-influencing of the transmitted radiation with increased transmission intensity.
  • FIG. 5 schematically shows a first possibility of the parallel arrangement of a plurality of pairs P, each consisting of two mirror systems SP-i, SP 2 , with which the length L of the channel K required for the absorption can be shortened accordingly.
  • Inverse proportionality applies: half length L for two pairs Pj, third length L for three pairs Pj, quarter length L for four pairs Pj etc.
  • a radiation-absorbing intermediate layer SAZ-i, SAZ 2 is arranged in each case
  • FIG. 6 shows another possibility in which every other pair Pi is rotated through 180 ° so that always two pairs Pi with the tilting tips face one another. The effect is identical, there are optionally manufacturing advantages.
  • FIG. 7 shows a construction analogous to FIG. 3, with the difference that the two radiation-reflecting layers SR-i, SR 2 are arranged in the channel K on radiation-permeable substrates SS-i, SS 2 .
  • the transmission diagram is identical to the transmission diagram according to FIG Figure 4, since the active principle is identical. It shows only been in the simple embodiment, a halving of the length L compared with the arrangement in V-shape according to figure 3.
  • FIG. 1 An alternative embodiment of the radiation-optical component SB according to the invention is shown in plan view in FIG.
  • two successive stacks ST-i, ST 2 of curved radiation-reflecting layers GSRh, GSR 2 are arranged on curved radiation-transmissive substrates GSSi, GSS 2 in the manner of a Bender orthogonal to an axial channel plane KE over the entire width d of the channel K.
  • the two stacks STi, ST 2 have opposite angles of curvature to the channel axis KA.
  • the inner walls IW of the channel K arranged orthogonally to the axial channel plane KE are coated with a radiation-absorbing layer SA after the two stacks ST-i, ST 2 of curved radiation-reflecting layers GSR-i, GSR 2 .
  • the advantage here is the relatively short length of the two stacks ST-i, ST 2 and the continuous suppression of unwanted angles of incidence ⁇ .
  • the associated transmission diagram (transmission intensity Tl via angle of incidence ⁇ of the radiation) is shown in FIG. It basically shows the same course as the transmission diagram according to FIG. 4 (thick curve). Evident is the continuous suppression of the unwanted angle of incidence ⁇ > ⁇ .
  • FIG. 11 shows an alternative embodiment to FIG. 9, in which behind each stack ST 1 , ST 2 of curved radiation-reflecting layers GSR- I , GSR 2 on curved radiation-transmissive substrates GSSi, GSS 2 stacks USTi, UST 2 of non-curved radiation-absorbing intermediate layers SAZi, SAZ 2 are arranged orthogonal to the channel plane KE over the entire width d of the channel K.
  • a further shortening of the channel K is advantageous, since the inner walls IW of the channel K arranged orthogonal to the channel plane KE are then connected by curved radiation-reflecting layers GSRi, GSR 2 following the two stacks ST-i, ST 2 not covered with a radiation-absorbing layer.
  • the associated transmission diagram again corresponds to that shown in FIG.
  • the embodiments shown relate to the function of the radiation-optical component according to the invention as an angle filter for divergence limitation of radiation. It was already mentioned at the outset that due to the direct relationship between wavelength and angle of incidence of the radiation, it is also readily possible to use it as a wavelength filter. Accordingly, in the transmission diagrams, the transmission intensity Tl is to be applied over the wavelength ⁇ . This results in transmission profiles that run only in the first quadrant and follow a more complicated than a linear distribution. LIST OF REFERENCE NUMBERS

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Abstract

Um Strahlung in ihrem Wellenlängenspektrum oder ihrer Divergenz gezielt zu beschränken, werden absorbierende oder reflektierende Kanäle eingesetzt. Diese weisen entweder ein dreieckiges Transmissionsprofil und damit keine maximale Transmission oder ein rechteckiges Transmissionsprofil auf, wobei hierbei die transmittierte Strahlung zur Hälfte in ihrer Parameterkorrelation Wellenlänge / Divergenz gestört wird. Das strahlungsoptische Bauelement (SB) nach der Erfindung basiert auf dem Prinzip, nur denjenigen Strahlungs­anteil zu beeinflussen, der nicht benötigt wird. Es kann als Wellenlängen- oder Winkelfilter eingesetzt werden. Dabei wird ein maximaler Strahlungsanteil unbeeinflusst transmittiert, während der nicht benötigte Strahlungsanteil an zumindest zwei über die Breite (d) des Kanals (K) unter einem Kippwinkel (± ß) schräg verlaufenden strahlungsreflektierenden Schichten (RS1, RS2) zunächst aus dem Strahlengang herausreflektiert und dann an räumlich getrennt davon angeordneten strahlungsabsorbierenden Schichten (SA) absorbiert wird. Die beiden schräg verlaufenden strahlungsreflektierenden Schichten (RS1, RS2) können V- oder X-förmig zueinander und mehrere Paare (Pi) davon zur Kanalverkürzung parallel nebeneinander angeordnet sein. In einer Ausfüh­rungsalternative können die strahlungsreflektierenden Schichten auch benderartig aufgebaut sein.

Description

Strahlungsoptisches Bauelement
Beschreibung
Die Erfindung bezieht sich auf ein strahlungsoptisches Bauelement zur Be¬ einflussung von Strahlung in Bezug auf deren Wellenlängenspektrum und Divergenz-Grenzwinkel ± α mit zumindest einem Kanal der Breite d und der Länge L mit bis zu einem kritischen Einfallswinkel Θc zur Schichtoberfläche Strahlungsreflektierenden Schichten auf strahlungsdurchlässigen Substraten und Strahlungsabsorbierenden Schichten.
Strahlung mit ihrer Dualität Welle/Teilchen unterschiedlicher Art dient einem breiten Spektrum wissenschaftlicher Untersuchungen von der reinen Grundla- genforschung bis hin zu anwendungsnahen Untersuchungen beispielsweise auf dem Gebiet der Materiestrukturforschung. Oft werden dabei Röntgen- bzw. Synchrotronstrahlung und Neutronenstrahlung eingesetzt. Um spezielle Untersuchungen an einer Probe durchführen zu können, muss die Strahlung spezielle Eigenschaften aufweisen. Hierbei kann es sich insbesondere um einen bestimmten Wellenlängenbereich oder um eine bestimmte Divergenz handeln. Aufgrund des direkten Zusammenhangs zwischen der Wellenlänge λ und dem Grenzwinkel der Reflexion Θc (Glanzwinkel) (es gilt : Θc = c • λ , mit c = 17nm als Proportionalitätskonstante) ist die Divergenz der reflektierten Strahlung wellenlängenabhängig. An der Probe wird nur Strahlung bis zu einem Divergenz-Grenzwinkel ± α zur Strahlungsachse (in der Regel zwischen 0,1 ° und 1 °) benötigt. Zur Erzielung einer bestimmten Divergenz muss daher die Winkelverteilung eines auf eine Probe gerichteten divergenten Strahlen¬ bündels begrenzt („kollimiert") werden. Ein derartiges strahlenoptisches Bauelement wird daher als „Kollimator" bezeichnet. Zur gezielten spektralen Gestaltung von Neutronenstrahlen oder -pulsen ist aus der DE 102 03 591 A1 eine neutronenoptische Bauelementanordnung mit einem geknickten Kanal mit zwei parallel einander gegenüberliegenden Super- spiegeln bekannt, bei der zur Erzielung einer großen Anwendungsbreite die Strahlengänge unterschiedlicher Moderatoren, die jeweils der Erzeugung einer Neutronensorte dienen, zusammengeführt werden, sodass ein überlagerter Neutronenstrahl mit einem Multispektrum entsteht. Eine gezielte Einstellung einzelner Wellenlängenbereiche innerhalb des bestimmungsgemäßen Spek¬ trums eines einzelnen Moderators erfolgt nicht.
Weiterhin ist aus der Veröffentlichung I von P. Hoghoj et al.: „Neutron wave- length cut-off filter" (Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B 160 (2000) 431 - 434) ein Wellenlängenfilter für polarisierte Neutronenstrah¬ lung mit einem Schichtenpaket aus Superspiegeln bekannt, bei dem jedoch eine andere Vorgehensweise gewählt ist. Diese erweist sich als nachteilig, da die Filterfunktion nur für einen bestimmten Einfallswinkel der Strahlung erfüllt werden kann. Ist die einfallende Strahlung divergent (was sie in der Regel ist), so werden auch höhere, unerwünschte Wellenlängen transmittiert.
Bei den Kollimatoren ist neben dem Einsatz von einfachen Kollimatoren in Form von Schlitzpaaren, deren Abstand voneinander zusammen mit ihrer Breite die gewünschte Kollimation bewirkt, der Einsatz von Kollimatoren bekannt, die eine Vielzahl von parallelen Kanälen der Breite d und der Länge L aufweisen, mit Strahlungsabsorbierenden oder -reflektierenden Innenwänden. Aus diesen Abmessungen ergibt sich die Winkel-Halbwertsbreite δ des jewei¬ ligen Kanals zu δ = arc tg (d/L) zur Kanalachse für absorbierende Innenwände. Bei reflektierenden Innenwänden kommt die bis zum kritischen Winkel der Beschichtung reflektierte Strahlung dazu. Die Kanäle werden entsprechend dem gewünschten Divergenz-Grenzwinkel α = δ dimensioniert. Bei dem Diver- genz-Grenzwinkel α handelt es sich um den maximalen Strahlungswinkel, mit dem der Strahl noch ungehindert den Kanal passieren kann. Strahlung, die unter einem größeren Winkel einfällt, wird absorbiert oder im Falle der reflektierenden Innenwände reflektiert, wenn der Winkel kleiner ist als der kritische Winkel der Beschichtung. Bei den Kollimatoren mit strahlungsabsor- bierenden Innenwänden handelt es sich um sogenannte „Soller-Kollimatoren". Sie weisen ein dreieckiges Transmissionsprofil auf (vergleiche Figur 1 zum Stand der Technik). Die Strahlung mit dem Einfallswinkel 0° wird am besten, die mit dem Divergenz-Grenzwinkel ± δ wird am schlechtesten transmitted. Dazwischen besteht eine lineare Abhängigkeit. Aufgrund der dreieckigen Transmissionsfunktion werden aber im Intervall ± δ nur 50% der Strahlung transmittiert. Eine hohe Strahlungsintensität an der Probe ist aber oft er¬ wünscht. Bei Soller-Kollimatoren können die Innenwände bzw. die gesamten Wände des Kanals aus Plastikfolien bestehen, die mit einer strahlungs- absorbierenden Schicht belegt sind. Die Strahlung wird in Luft transmittiert. Alternativ können auch Siliziumsubstrate mit einer Strahlungsabsorbierenden Schicht belegt sein. Die Strahlung wird dann durch das Silizium transmittiert.
Werden die Innenwände so beschichtet, dass sie bis zu einem kritischen Einfallswinkel Θc reflektieren und es gilt Θc= δ, so ergibt sich ein rechteckiges Transmissionsprofil (vergleiche Figur 2 zum Stand der Technik), wodurch die Transmissionsintensität der kollimierten Strahlung maximal verdoppelt werden kann. Ein solcher Kollimator ist beispielsweise aus der Veröffentlichung Il von Th. Krist and F. Mezei: „High Performance, Short solid State collimators with reflecting walls" (Nucl. Instr. and Methods in Phys. Res. A 450 (2000) 389- 390) bekannt, von der die vorliegende Erfindung als nächstliegendem Stand der Technik ausgeht. Bei einem derartigen Kollimator wird mit einem Einfallswinkel oberhalb des kritischen Einfallswinkels Θc auf die Kanalwände auftreffende Strahlung absorbiert (Intensität gleich Null). Auch hier erfolgt entsprechend zum gewünschten Divergenz-Grenzwinkel + α die Auslegung des kritischen Einfallswinkels Θc = α. Als Bauform existieren nur Siliziumsub- strate, die mit Multischichten aus einer Strahlungsabsorbierenden und darüber einer Strahlungsreflektierenden Schicht belegt sind. Da durch die auftretende Reflexion aber die Flugbahn der Hälfte der transmittierten Teilchen geändert wird, wird zwangsläufig eine eventuell vorhandene Korrelation von Einfalls¬ winkel und Wellenlänge in der Strahlung gestört.
Die Aufgabe für die vorliegende Erfindung ist daher darin zu sehen, ein strahlungsoptisches Bauelement der eingangs beschrieben Art so auszubilden, dass ein maximaler Anteil von zur Versuchsdurchführung an einer Probe gewünschter Strahlung mit gezielt vorgegebenen Parametereigenschaften bezüglich Wellenlänge und Divergenz transmittiert wird und die Probe erreichen kann, ohne von dem strahlungsoptischen Bauelement beeinflusst und damit in der Korrelation ihrer charakteristischen Parameter gestört zu werden. Dabei soll das strahlungsoptische Bauelement möglichst einfach in der Konstruktion, Handhabung und Wartung sein. Die erfindungsgemäße Lösung für diese Aufgabe ist für das gattungsgemäße strahlungsoptische Bauelement alternativ in Haupt- und Nebenanspruch aufgezeigt. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Diese werden im Folgenden im Zusammenhang mit der Erfindung näher erläutert.
Das erfindungsgemäße strahlungsoptische Bauelement basiert auf der Grundi- dee, nur denjenigen Anteil der Strahlung zu beeinflussen, der nicht an der Probe benötigt wird. Der benötigte Anteil bleibt hingegen unbeeinflusst und damit auch in seiner charakteristischen Parameterkorrelation Wellenlän¬ ge/Einfallswinkel unverändert. Dabei ist die erreichte Transmissionsintensität ähnlich hoch wie bei einem bekannten Kollimator mit rechteckigem Trans- missionsprofil, allerdings eben ohne dabei eine hälftige Veränderung der Parameterkorrelation zu bewirken. Das erfindungsgemäße strahlungsoptische Bauelement arbeitet somit in der Funktion eines Filters. Soll ein spezieller Wellenlängenbereich transmittiert werden, handelt es sich um ein „Wellen¬ längenfilter". Bei einem festen Kanalaufbau wird Strahlung oberhalb einer vorgegebenen Grenzwellenlänge reflektiert und absorbiert. Die Wellenlängen unterhalb der Grenzwellenlänge werden mit unterschiedlicher Intensität transmittiert (Intensität Null bei der Grenzwellenlänge, dann ansteigend). Bei einer Verdopplung des kritischen Einfallswinkels Θc, bis zu dem Reflexion erfolgt, verändert sich die Grenzwellenlänge auf das Doppelte. Soll hingegen eine spezielle Divergenz eingestellt werden, d.h. eine Ausfilterung der an der Probe nicht benötigten Strahlung außerhalb des Divergenz-Grenzwinkels ± α vorgenommen werden, kann entsprechend von einem „Winkelfilter" ge¬ sprochen werden. Dabei handelt es sich aufgrund der Korrelation von Wellen¬ länge und Einfallswinkel in der Strahlung um denselben konstruktiven Aufbau des strahlungsoptischen Bauelements nach der Erfindung. Welcher Parameter - Wellenlänge oder Divergenz - in welchem Bereich eingestellt wird, ist dabei abhängig von der (statischen oder dynamischen) Dimensionierung des einen oder der mehreren parallelen Kanäle in Länge L und Breite d und der winkligen Ausrichtung der Strahlungsreflektierenden Schichten.
Für den konstruktiven Aufbau sind bei der Erfindung zumindest zwei strah- lungsreflektierende Schichten auf strahlungsdurchlässigen Substraten ortho¬ gonal zu zumindest einer axialen Kanalebene über die gesamte Breite d des Kanals K unter zwei Kippwinkeln ± ß = ± (α + Θc) zur Kanalachse angeordnet. Weiterhin sind die orthogonal zu der axialen Kanalebene angeordneten Innenwände des Kanals über die Erstreckung der Strahlungsreflektierenden Schichten mit einer Strahlungsabsorbierenden Schicht belegt. Es werden also zumindest zwei winklig zueinander ausgerichtete Spiegelsysteme eingesetzt, durch die die einfallende Strahlung bis zu einem Einfallswinkel bzw. einer Wellenlänge transmittiert und oberhalb davon zunächst reflektiert und an anderer Stelle absorbiert wird. Bei der Erfindung liegt daher eine örtliche Trennung der Strahlungsreflektierenden und -absorbierenden Schichten vor. Diese liegen nicht mehr, wie aus dem Stand der Technik bekannt, über¬ einander, sondern stehen in einem vorgegebenen geometrischen Verhältnis zueinander. Zu jeder Strahlungsreflektierenden Schicht gehört eine ent¬ sprechend den Reflexionswinkeln auftretende Strahlungsabsorbierende Schicht, die die jeweils reflektierte Strahlung durch Absorption ausblendet. Werden die beiden Spiegelsysteme in der vertikalen axialen Kanalebene angeordnet, werden die unerwünschten Strahlungsanteile in der horizontalen Kanalebene herausgefiltert und an der jeweils gegenüberliegenden Kanalwand absorbiert, bei einer Anordnung in der horizontalen axialen Kanalebene ent¬ sprechend in der vertikalen Kanalebene. Eine Kombination von zwei recht- winklig zueinander ausgerichteten Spiegelsystemen ermöglicht daher eine Filterung der Strahlung über den gesamten Strahlquerschnitt bzw. in beiden senkrechten Richtungen zur Ausbreitungsrichtung der Strahlung in Bezug auf die Divergenz. Für die Funktion des Wellenlängenfilters reicht ein Spiegel¬ systempaar.
Eine Einrichtung zum Ausblenden oder Stoppen eines Teilchenstrahls ist zwar aus der DE 33 03 572 C2 bekannt. Bei dieser Einrichtung werden über den Querschnitt des Kanals winklig zwei Blendenflächen eingestellt, wobei jedoch jede Blendenfläche nur den halben Kanalquerschnitt überdeckt. Beide Blendenflächen sind aus einem Strahlungsabsorbierenden Material (Graphit) und dienen der reinen Strahlungsabsorption der auftreffenden Strahlung. Die Transmission wird durch die Spitzwinkel der beiden Blendenflächen zuein¬ ander eingestellt. Berühren sie sich, ist die Transmission gleich Null, verlaufen sie parallel, ist die Transmission maximal. Eine Wellenlängen- bzw. winkel- abhängige Reflexion wird bei dieser Einrichtung nicht genutzt. Weiterhin ist es aus der Veröffentlichung III von F. Mezei: „Very high reflectivity mirrors and their applications" (Charles Majkrzak, Editor, Proc. SPIE 983, pp 10-17 (1989)) zwar für ein filmbeschichtetes neutronenoptisches Bauelement bekannt, einen Spiegel schräg unter einem Winkel α durch den Kanalquerschnitt anzuordnen. Das dort beschriebene Bauelement dient aber ausschließlich der Polarisation der transmittierten Strahlung, sodass der bekannten Anordnung andere physikalische Ansätze zugrunde liegen.
Bei der Anordnung der zumindest zwei Strahlungsreflektierenden Schichten auf strahlungsdurchlässigen Substraten (Spiegelsystem) nach der Erfindung gibt es unterschiedliche Möglichkeiten. Zunächst können sie hintereinander im Kanal angeordnet sein (V-Form), wobei das erste Spiegelsystem nach der einen Seite und das zweite Spiegelsystem nach der anderen Seite geneigt quer durch den Kanal verläuft. Hierdurch ergibt sich aber eine relativ große Länge L des Kanals, dessen seitliche Innenwände über die ganze Länge L entsprechend strahlungsabsorbierend beschichtet sein müssen. Eine wesentlich kürzere Bauweise ergibt sich, wenn die beiden strahlungsreflektie- renden Schichten auf strahlungsdurchlässigen Substraten einander kreuz¬ förmig durchdringend im Kanal angeordnet sind (X-Form). Der Kanal weist dann nur noch die Länge L eines schräggestellten Spiegelsystems auf und muss auch nur auf dieser Länge L strahlungsabsorbierend beschichtet sein. Jeweils eine weitere Längenverkürzung sowohl für die V-Form als auch für die X-Form kann erreicht werden, wenn zwei oder mehr Paare von strahlungs- reflektierenden Schichten auf strahlungsdurchlässigen Substraten parallel nebeneinander im Kanal angeordnet sind, wobei die Paare durch strahlungs- absorbierende Zwischenschichten voneinander getrennt sind. Die Strahlung wird entsprechend auf die parallelen Sektionen aufgespalten und gefiltert. Beschränkungen bei der Anzahl der parallelen Paare ergeben sich lediglich fertigungstechnisch. Hier gibt es im Stand der Technik jedoch hochgenaue Fertigungsverfahren, mit deren Hilfe entsprechend klein dimensionierte Konstruktionen aufgebaut werden können.
Bei einem alternativen erfindungsgemäßen strahlungsoptischen Bauelement ist eine Ausgestaltung nach der Art von „Bendern" (Krümmer) vorgesehen, wobei ein oder mehrere aufeinanderfolgende Stapel von gekrümmten strah- lungsreflektierenden Schichten auf strahlungsdurchlässigen Substraten ortho- gonal zu zumindest einer axialen Kanalebene über die gesamte Breite d des Kanals K angeordnet sind, wobei die beiden Stapel entgegengesetzte Krümmungswinkel zur Kanalachse aufweisen, und die orthogonal zu der Kanalebene angeordneten Innenwände des Kanals parallel zu und im Anschluss an die beiden Stapel von gekrümmten reflektierenden Schichten mit einer Strahlungsabsorbierenden Schicht belegt sind. Das Wirkprinzip und die Anwendungspalette ist identisch mit dem der ersten Erfindungsalternative. Vorteilhaft ist bei der zweiten Alternative die relativ geringe Länge L des Kanals. Ein Bender ist beispielsweise aus der DE 198 44 300 C2 bekannt und besteht zur gekrümmten Strahlführung von Neutronen aus gekrümmten, abwechselnd Strahlungsreflektierenden und -absorbierenden Schichten. Bei dem alternativen strahlungsoptischen Bauelement nach der Erfindung sind wiederum die Strahlungsreflektierenden von den Strahlungsabsorbierenden Schichten räumlich voneinander getrennt. Zwischen den gekrümmten strah- lungsreflektierenden Schichten befinden sich keine Strahlungsabsorbierenden Schichten. Außerdem sind nur die Strahlungsreflektierenden Schichten entlang der Kanalachse gekrümmt. Die Strahlungsabsorbierenden Schichten befinden sich in einer ersten Ausführungsform wiederum auf der inneren Oberfläche des Kanals und verlaufen somit ungekrümmt. Die Länge des strahlungsabsor- bierenden Abschnittes hinter den beiden gegenläufig gekrümmten Stapeln aus Strahlungsreflektierenden Schichten bestimmt sich wiederum aus der Kanal¬ geometrie mit L = d /tg δ, wobei δ die Winkel-Halbwertsbreite ist.
Eine wesentliche Bauelementverkürzung ergibt sich, wenn hinter jedem Stapel von gekrümmten Strahlungsreflektierenden Schichten auf strahlungsdurch¬ lässigen Substraten Stapel von ungekrümmten Strahlungsabsorbierenden Zwischenschichten orthogonal zu der Kanalebene über die gesamte Breite d des Kanals K angeordnet sind, wobei die orthogonal zu der Kanalebene angeordneten Innenwände des Kanals im Anschluss an die ein oder mehreren Stapel von gekrümmten Strahlungsreflektierenden Schichten dann nicht mit einer Strahlungsabsorbierenden Schicht belegt sind. Somit wird die strahlungs- absorptiv wirksame Zone in ein oder mehrere Abschnitte, die sich jeweils über den Kanalquerschnitt erstrecken, aufgeteilt, wobei z. B. bei zwei Stapeln hinter dem ersten gekrümmten Stapel die eine Hälfte der ausgefilterten Strahlung und nach dem zweiten, entgegengesetzt gekrümmten Stapel, die andere Hälfte der ausgefilterten Strahlung absorbiert wird. Die mit der Strahlungsabsorbierenden Schicht belegten Innenwände des Kanals entfallen. Je nach einfallender Divergenz kann noch ein Kollimator vor dem ersten Stapel von gekrümmten Strahlungsreflektierenden Schichten vorgesehen sein oder der Kollimator zwischen den beiden Stapeln entfallen. Die Funktion des strahlungsoptischen Bauelements nach der Erfindung in der Anwendungsform als Winkelfilter zur gezielten Strahlungskollimation ist bei den vorgeschlagenen Konfigurationen jeweils für genau eine Wellenlänge gegeben. Soll der Winkelfilter auch für eine andere Wellenlänge eingesetzt werden, so müssen der Abstand zwischen den Strahlungsabsorbierenden Schichten und der Kippwinkel der Strahlungsreflektierenden Flächen ent¬ sprechend eingestellt werden. Da beide Verstellungen in einem proportionalen Zusammenhang stehen, kann zur Anpassung an die jeweilige Wellenlänge einfach der Kanal breiter oder schmaler gemacht und gleichzeitig der Kippwinkel der Strahlungsreflektierenden Flächen verändert werden. Dies wird erreicht, wenn die Endpunkte der Strahlungsreflektierenden Schichten gelenkig mit den Innenwänden des Kanals verbunden sind. Entsprechend der Kanalbreite werden dann die Spiegelsysteme über dem gesamten Kanal¬ querschnitt winklig ausgerichtet. Wird das Winkelfilter an einer Spallations- quelle oder einem Time-of-Flight-lnstrument eingesetzt, bei denen die verschiedenen Wellenlängen zu verschiedenen Zeiten eintreffen, so kann die Kanalbreite mit der entsprechenden Frequenz variiert werden. Durch die gelenkige feste Verbindung der Spiegelsysteme mit der Kanalwandung wird deren winklige Anordnung im Kanalquerschnitt mit der gleichen Frequenz variiert. Es kann also eine dynamische Geometrieanpassung zur Beein¬ flussung unterschiedlicher Wellenlängen in der Strahlung erfolgen. Eine Kolli¬ nnation bei einem „weißen" Strahl (alle Wellenlängen gleichzeitig) kann mit dem beanspruchten strahlungsoptischen Bauelement mit den geraden Platten nicht durchgeführt werden, wohl aber bei der Bauform mit den Bendern. Weitere Erläuterungen zur Erfindung in ihren Alternativen und zu allen genannten Ausführungsformen sind dem nachfolgenden speziellen Beschreibungsteil zu entnehmen.
Die strahlungsdurchlässigen Substrate für die Strahlungsreflektierenden Schichten bestehen in der Regel aus biegesteifem Silizium oder Quarz. Ein Aufbringen der Strahlungsreflektierenden Schichten auf Metall- oder Kunst¬ stofffolien ist ebenfalls möglich, wenn entweder eine selbsttragende Schicht- stärke erreicht oder eine tragende Rückschicht aufgalvanisiert wird oder die Folien gespannt werden. Die Strahlungsreflektierenden Schichten haben in der Regel Schichtstärken zwischen 1 μm und 50 μm, die Substrate zwischen 5 μm und 1000 μm. Nach der Formel ± ß = ± (α + Θc) für die Festlegung der Kipp- Winkel für die beiden Spiegelsysteme im Kanalquerschnitt bei der Erfindung werden bei einem üblichen Divergenz-Grenzwinkel α zwischen 0,1 ° und 1 ° und einem kritischen Winkel Θc bei einer für Neutronen üblichen Strahlungs¬ wellenlänge λ zwischen 0,1 nm und 2 nm von Θo = c • λ, mit c=17nm und einer Strahlbreite zwischen 1 cm und 5 cm in der Regel Kippwinkel ß zwischen 0.2° und 3° eingestellt werden. Hierbei handelt es sich aber lediglich um ein Zahlen¬ beispiel zur Veranschaulichung der Dimensionsbereiche. Andere Dimensionie¬ rung und Ausführungsformen sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung ohne Weiteres möglich.
Ausbildungsformen des beanspruchten strahlungsoptischen Bauelements werden nachfolgend zum weiteren Verständnis der Erfindung anhand der schematischen Figuren näher erläutert. Dabei zeigt :
Figur 1 zum Stand der Technik die Geometrie- und Transmissions- Verhältnisse in einem Strahlungsabsorbierenden Kanal, Figur 2 zum Stand der Technik die Geometrie- und Transmissions¬ verhältnisse in einem Strahlungsreflektierenden Kanal, Figur 3 zur Erfindung eine einfache Anordnung von zwei Spiegelsys¬ temen in V-Form in einem strahlungsoptischen Bauelement, Figur 4 das Transmissionsverhalten des strahlungsoptischen Bauele¬ ment, Figur 5 eine erste parallele Anordnung von mehreren Paaren aus zwei Spiegelsystemen in V-Form, Figur 6 eine zweite parallele Anordnung von mehreren Paaren aus zwei Spiegelsystemen in V-Form, Figur 7 eine einfache Anordnung von zwei Spiegelsystemen in X-Form in einem strahlungsoptischen Bauelement nach der Erfindung, Figur 8 eine parallele Anordnung von mehreren Paaren aus zwei Spiegelsystemen in X-Form, Figur 9 eine einfache Anordnung von zwei Spiegelsystemen in ge¬ krümmter Form in einem alternativen strahlungsoptischen Bau¬ element, Figur 10 das Transmissionsverhalten des strahlungsoptischen Bau¬ elements gemäß Figur 9 und Figur 11 eine einfache Anordnung von zwei Spiegelsystemen in ge¬ krümmter Form mit zwischengeschalteten Absorptionssyste¬ men.
Die Figur 1 oben zeigt zum Stand der Technik schematisch die Geometrie an einem strahlungsoptischen Bauelement SB zur Beeinflussung von Röntgen- bzw. Synchrotronstrahlung und Neutronenstrahlung, mit einem einzelnen Kanal K mit Strahlungsabsorbierenden Wänden (im Folgenden „strahlungs- absorbierender Kanal" K). Bei einer Anordnung von mehreren parallelen Kanälen ist die Darstellung entsprechend zu vervielfachen. Der strahlungsab- sorbierende Kanal K ist in der Regel rechteckig oder quadratisch und weist eine Länge L und eine Breite d auf. Die für das Absorptionsverhalten relevante Winkelhalbwertsbreite ±δ ist bei einem Kollimator δ = arc tg d/L. Für eine vorgegebene Breite d und einem gewünschten Divergenz-Grenzwinkel ± α = ± δ (in der Figur 1 ist die einfallende Strahlung durch eine breiten Pfeil angedeutet) berechnet sich die erforderliche Länge L zu L = d/tg δ. Auf seinen Innenwänden IW weist der Kanal K Strahlungsabsorbierende Schichten SA auf, die Strahlung unter allen Winkeln absorbieren.
In der Figur 1 unten ist das für den absorbierenden Kanal K entsprechende Transmissionsdiagramm (Transmissionsintensität Tl über Einfallswinkel Θ der Strahlung) dargestellt. Das Transmissionsmaximum wird bei zur Kanalachse KA parallel einfallender Strahlung (Θ = 0°) erreicht. Eine vollständige Absorp¬ tion erfolgt bei den Divergenz-Grenzwinkeln ± α. Dazwischen ergibt sich ein linearer Verlauf, sodass insgesamt eine dreieckige Transmissionskurve ent¬ steht. Außerhalb dieser Dreieckskurve erfolgt vollständige Absorption (ge- strichelt dargestellt).
Die Figur 2 oben zeigt zum Stand der Technik schematisch die Geometrie an einem strahlungsoptischen Bauelement SB mit einem Kanal K mit strahlungs- reflektierenden Wänden (im Folgenden „strahlungsreflektierender Kanal" K) . Es liegen die gleichen Geometrieverhältnisse vor wie bei dem strahlungs- absorbierenden Kanal K gemäß Figur 1. Auf der Oberfläche seiner Innen¬ wände IW weist der Kanal K jedoch Strahlungsreflektierende Schichten SR auf, die Strahlung bis zu einem kritischen Einfallswinkel ±ΘC reflektiert. Unterhalb der Strahlungsreflektierenden Schichten SR befinden sich direkt auf den Innen- wänden IW des Kanals K Strahlungsabsorbierende Schichten SA, die die an den Strahlungsreflektierenden Schichten SR nicht reflektierte und damit trans- mittierte Strahlung absorbieren.
Das zugehörige Transmissionsdiagramm (Transmissionsintensität Tl über Einfallswinkel Θ der Strahlung) ist in der Figur 2 unten dargestellt. Bei einer Gleichsetzung des gewünschten Divergenz-Grenzwinkels + oc mit dem kritischem Einfallswinkel Θc und dem geometriebedingten Winkel δ ergibt sich ein rechteckiges Transmissionsprofil. Bis zum Divergenz-Grenzwinkel ± α von der Kanalachse KA aus wird die Strahlung vollständig reflektiert und gegenüber dem Dreiecksprofil des absorbierenden Kanals gemäß Figur 1 unten maximal die doppelte Strahlungsintensität transmittiert. Allerdings wird nur die Hälfte unbeeinflusst transmittiert. Die andere Hälfte wird an den Innenwänden des Kanals K in Richtung auf die Kanalachse KA reflektiert und damit in ihrer Parameterkorrelation zwischen Wellenlänge und Divergenz gestört (oberhalb der gestrichelten Linie), was zur Nutzung an der Probe unerwünscht sein kann. Die Figur 3 zeigt in der Draufsicht ein strahlungsoptisches Bauelement SB nach der Erfindung ohne Störung der Parameterkorrelation trotz hoher Intensitätsausbeute, bei dem in einer axialen Kanalebene KE zwei strahlungs- reflektierende Schichten SRi, SR2 auf strahlungsdurchlässigen Substraten SS-I, SS2 orthogonal zu der Kanalebene KE über die gesamte Breite d des Kanals K unter zwei Kippwinkeln ± ß = ± (α + Θc) zur Kanalachse KA angeord¬ net sind. Weiterhin sind die orthogonal zu der axialen Kanalebene KE ange¬ ordneten Innenwände IW des Kanals K über die Erstreckung der strahlungs- reflektierenden Schichten SR-i, SR2 mit einer Strahlungsabsorbierenden Schicht SA belegt.
Jeweils eine Strahlungsreflektierende Schicht SRi, SR2 auf einem strahlungs¬ durchlässigen Substrat SSi, SS2 bildet ein Spiegelsystem SPi, SP2, beide Spiegelsysteme SP-i, SP2 bilden ein Paar Pj. Im gemäß Figur 3 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die beiden Strahlungsreflektierenden Schichten SR-i, SR2 hintereinander in V-Form zueinander angeordnet. Sie schließen jeweils an die Innenwand IW des Kanals K unter dem Kippwinkel + ß an. In der Figur 3 nicht dargestellt ist eine mögliche Anordnung von zwei orthogonal zueinander ausgerichteten Paaren Pj, sodass in beiden entsprechend orthogonal zuein- ander stehenden axialen Kanalebenen KE eine vollständige Beeinflussung der einfallenden Strahlung stattfinden kann.
Das Transmissionsdiagramm (Transmissionsintensität Tl über Einfallswinkel Θ der Strahlung) für das strahlungsoptische Bauelement SB nach der Erfindung ist in der Figur 4 dargestellt. Die Kippwinkel sind ± ß = + (α + Θc). Im Trans¬ missionsdiagramm (dicker Kurvenverlauf) ist zu erkennen, dass die Absorption durch Reflexion an den Spiegelplatten zwischen +α und +ß und -α und -ß stattfindet und die durch die Kollimationswirkung der Wände entlang der gestrichelten Linie. Der Abstand von ± α zu ± ß beträgt Θc. Eine Transmission ohne jegliche Beeinflussung der transmittierten Strahlung findet zwischen den Divergenz-Grenzwinkeln - α und +α statt. Das rechteckige Transmissions- verhalten des strahlungsoptischen Bauelements SB nach der Erfindung ist zu erkennen. Deutlich ist zu erkennen, dass das rechteckige Transmissionsgebiet für das strahlungsoptische Bauelement SB nach der Erfindung nur wenig von der dreieckigen Transmission eingeschränkt wird. Der ungestörte Anteil wächst mit dem Verhältnis ß/α.
Wird das dreieckige Transmissionsdiagramm gemäß Figur 1 zu dem recht¬ eckigen gemäß Figur 2 ergänzt, ergibt sich für die Bereiche außerhalb des Dreiecks eine Spiegelung an der vertikalen Intensitätsachse, was einer Beein- flussung der Parameterkorrelation Wellenlänge/ Divergenz in der reflektierten Strahlung entspricht. Beim rechteckigen Transmissionsdiagramm gemäß Figur 4 ergibt sich hingegen keine Spiegelung, die Ergänzungen bleiben seiten¬ richtig, was einer Nichtbeeinflussung der transmittierten Strahlung bei erhöhter Transmissionsintensität entspricht.
In der Figur 5 ist schematisch eine erste Möglichkeit der parallelen Anordnung mehrerer Paare P, aus jeweils zwei Spiegelsystemen SP-i, SP2 gezeigt, mit der die für die Absorption erforderliche Länge L des Kanals K entsprechend ver¬ kürzt werden kann. Es gilt umgekehrte Proportionalität : halbe Länge L bei zwei Paaren Pj, drittel Länge L bei drei Paaren Pj, viertel Länge L bei vier Paaren Pj usw.. Zwischen den einzelnen Paaren Pj ist jeweils eine strahlungs- absorbierende Zwischenschicht SAZ-i, SAZ2 angeordnet. Die Figur 6 zeigt eine andere Möglichkeit, bei der jedes zweite Paar Pi um 180° gedreht wird, sodass immer zwei Paare Pi mit den Kippspitzen zueinander zeigen. Die Wirkung ist identisch, es ergeben sich gegebenenfalls herstellungstechnische Vorteile.
Die Figur 7 zeigt einen zu Figur 3 analogen Aufbau mit dem Unterschied, dass die beiden Strahlungsreflektierenden Schichten SR-i, SR2 auf strahlungs¬ durchlässigen Substraten SS-i, SS2 einander kreuzförmig durchdringend im Kanal K angeordnet sind. Es ergibt sich eine Anordnung in X-Form. Das Transmissionsdiagramm ist identisch mit dem Transmissionsdiagram gemäß Figur 4, da das Wirkprinzip identisch ist. Es zeigt sich lediglich bereits bei der einfachen Ausführung eine Halbierung der Länge L gegenüber der Anordnung in V-Form gemäß Figur 3. Demgegenüber steht ein höherer Fertigungs¬ aufwand bei der Herstellung der X-förmig angeordneten strahlungsreflektie- renden Schichten SR-i, SR2. In der Regel wird das „X" aus vier entsprechend im Zentrum aneinander stoßenden Spiegelflächen hergestellt werden. Eine weitere Verkürzung der Länge L des Kanals K kann wiederum durch eine Parallelanordnung mehrerer Paare Pj aus X-förmig angeordneten strahlungs- reflektierenden Schichten SR-i, SR2 unter Zwischenschaltung von strahlungs- absorbierenden Zwischenschichten SAZ (im gezeigten Ausführungsbeispiel bei zwei Paaren P1 eine Zwischenschicht SAZ) erreicht werden, was in der Figur 8 in Analogie zu Figur 6 dargestellt ist.
Eine alternative Ausführungsform des strahlungsoptischen Bauelements SB nach der Erfindung ist in der Draufsicht in der Figur 9 dargestellt. Hierbei sind zwei aufeinanderfolgende Stapel ST-i, ST2 von gekrümmten strahlungs- reflektierenden Schichten GSRh, GSR2 auf gekrümmten strahlungsdurch¬ lässigen Substraten GSSi, GSS2 nach Art eines Benders orthogonal zu einer axialen Kanalebene KE über die gesamte Breite d des Kanals K angeordnet, wobei die beiden Stapel STi, ST2 entgegengesetzte Krümmungswinkel zur Kanalachse KA aufweisen. Weiterhin sind die orthogonal zu der axialen Kanal¬ ebene KE angeordneten Innenwände IW des Kanals K im Anschluss an die beiden Stapel ST-i, ST2 von gekrümmten Strahlungsreflektierenden Schichten GSR-i, GSR2 mit einer Strahlungsabsorbierenden Schicht SA belegt. Vorteilhaft ist hierbei die relativ geringe Baulänge der beiden Stapel ST-i, ST2 und die kontinuierliche Ausblendung unerwünschter Einfallswinkel Θ.
Das zugehörige Transmissionsdiagramm (Transmissionsintensität Tl über Einfallswinkel Θ der Strahlung) ist in der Figur 10 dargestellt. Es zeigt prinzi- piell den gleichen Verlauf wie das Transmissionsdiagramm gemäß Figur 4 (dicker Kurvenverlauf). Zu erkennen ist die kontinuierliche Ausblendung der unerwünschten Einfallswinkel Θ > α.
Die Figur 11 zeigt eine zu Figur 9 alternative Ausführungsform, bei der hinter jedem Stapel ST1, ST2 von gekrümmten Strahlungsreflektierenden Schichten GSR-I, GSR2 auf gekrümmten strahlungsdurchlässigen Substraten GSSi, GSS2 Stapel USTi, UST2 von ungekrümmten Strahlungsabsorbierenden Zwischenschichten SAZi, SAZ2 orthogonal zu der Kanalebene KE über die gesamte Breite d des Kanals K angeordnet sind. Vorteilhaft ist bei dieser Ausführungsvariante eine weitere Verkürzung des Kanals K, da die orthogonal zu der Kanalebene KE angeordneten Innenwände IW des Kanals K im An- schluss an die beiden Stapel ST-i, ST2 von gekrümmten strahlungsreflektieren- den Schichten GSRi, GSR2 dann nicht mit einer Strahlungsabsorbierenden Schicht belegt sind. Das zugehörige Transmissionsdiagramm entspricht wiederum dem in der Figur 10 dargestellten.
Die aufgezeigten Ausführungsbeispiele beziehen sich auf die Funktion des strahlungsoptischen Bauelements nach der Erfindung als Winkelfilter zur Divergenzbegrenzung von Strahlung. Bereits eingangs wurde erwähnt, dass aufgrund des direkten Zusammenhangs zwischen Wellenlänge und Einfalls¬ winkel der Strahlung auch eine Anwendung als Wellenlängenfilter ohne Weiteres möglich ist. Entsprechend ist dann in den Transmissionsdiagrammen die Transmissionsintensität Tl über der Wellenlänge λ aufzutragen. Es ergeben sich Transmissionsprofile, die nur in ersten Quadranten verlaufen und einer komplizierteren als einer linearen Verteilung folgen. Bezugszeichenliste
d Breite GSR gekrümmte Strahlungsreflektierende Schicht GSS gekrümmtes strahlungsdurchlässiges Substrat IW Innenwand K Kanal KA Kanalachse KE axiale Kanalebene L Länge m Spiegelfaktor Pi ites Paar SA Strahlungsabsorbierende Schicht SAZ Strahlungsabsorbierende Zwischenschicht SB strahlungsoptisches Bauelement SP Spiegelsystem SR Strahlungsreflektierende Schicht SS strahlungsdurchlässiges Substrat ST Stapel (gekrümmt) Tl Transmissionsintensität UST Stapel (ungekrümmt)
± α Divergenz-Grenzwinkel ± ß Kippwinkel ± δ Winkelhalbwertsbreite λ Wellenlänge Θ Einfallswinkel Θc kritischer Einfallswinkel

Claims

Patentansprüche
1. Strahlungsoptisches Bauelement zur Beeinflussung von Strahlung in Bezug auf deren Wellenlängenspektrum und Divergenz-Grenzwinkel ± α mit zumin¬ dest einem Kanal der Breite d und der Länge L mit bis zu einem kritischen Einfallswinkel Θc zur Schichtoberfläche Strahlungsreflektierenden Schichten auf strahlungsdurchlässigen Substraten und Strahlungsabsorbierenden Schich¬ ten, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Strahlungsreflektierende Schichten (SR-i, SR2) auf strahlungs¬ durchlässigen Substraten (SSi, SS2) orthogonal zu zumindest einer axialen Kanalebene (KE) über die gesamte Breite (d) des Kanals (K) unter zwei Kippwinkeln ± ß = ± (α + Θc) zur Kanalachse (KA) angeordnet sind und die orthogonal zu der axialen Kanalebene (KE) angeordneten Innenwände (IW) des Kanals (K) über die Erstreckung der Strahlungsreflektierenden Schichten (SRi, SR2) mit einer Strahlungsabsorbierenden Schicht (SA) belegt sind.
2. Strahlungsoptisches Bauelement nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Strahlungsreflektierenden Schichten (SRi, SR2) auf strahlungs¬ durchlässigen Substraten (SSi, SS2) hintereinander im Kanal (K) angeordnet sind.
3. Strahlungsoptisches Bauelement nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Strahlungsreflektierenden Schichten (SRi, SR2) auf strahlungs¬ durchlässigen Substraten (SSi, SS2) einander kreuzförmig durchdringend im Kanal (K) angeordnet sind.
4. Strahlungsoptisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehr Paare (Pj) von Strahlungsreflektierenden Schichten (SRi, SR2) auf strahlungsdurchlässigen Substraten (SSi, SS2) parallel nebeneinander im Kanal (K) angeordnet sind, wobei die Paare (Pj) durch strahlungs- absorbierende Zwischenschichten (SAZi, SAZ2) voneinander getrennt sind.
5. Strahlungsoptisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite (d) des Kanals (K) dynamisch veränderbar und die Endpunkte der Strahlungsreflektierenden Schichten (SRi, SR2) gelenkig mit den Innenwänden (IW) des Kanals (K) verbunden sind.
6. Strahlungsoptisches Bauelement zur Beeinflussung von Strahlung in Bezug auf deren Wellenlängenspektrum und Divergenz-Grenzwinkel + α mit zumin¬ dest einem Kanal der Breite d und der Länge L mit bis zu einem kritischen Einfallswinkel Θc zur Schichtoberfläche Strahlungsreflektierenden Schichten auf strahlungsdurchlässigen Substraten und Strahlungsabsorbierenden Schichten, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere aufeinanderfolgende Stapel (ST1, ST2) von gekrümmten Strahlungsreflektierenden Schichten (GSR-i, GSR2) auf gekrümmten strah¬ lungsdurchlässigen Substraten (GSS-i, GSS2) orthogonal zu zumindest einer axialen Kanalebene (KE) über die gesamte Breite (d) des Kanals (K) ange- ordnet sind, wobei die Stapel (STi, ST2) unterschiedliche Krümmungs- und Kippwinkel zur Kanalachse (KA) aufweisen können, und die orthogonal zu der axialen Kanalebene (KE) angeordneten Innenwände (IW) des Kanals (K) parallel zu und im Anschluss an die beiden Stapel (ST-i, ST2) von gekrümmten Strahlungsreflektierenden Schichten (GSRi, GSR2) mit einer strahlungs- absorbierenden Schicht (SA) belegt sind.
7. Strahlungsoptisches Bauelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass hinter jedem Stapel (ST1, ST2) von gekrümmten Strahlungsreflektierenden Schichten (GSR-i, GSR2) auf gekrümmten strahlungsdurchlässigen Substraten (GSS-i, GSS2) Stapel (UST1, UST2) von ungekrümmten strahlungsabsorbie- renden Zwischenschichten (SAZ1, SAZ2) orthogonal zu der Kanalebene (KE) über die gesamte Breite (d) des Kanals (K) angeordnet sind, wobei die orthogonal zu der Kanalebene (KE) angeordneten Innenwände (IW) des Kanals (K) im Anschluss an die beiden Stapel (ST1, ST2) von gekrümmten Strahlungsreflektierenden Schichten (GSR-i, GSR2) dann nicht mit einer Strahlungsabsorbierenden Schicht belegt sind.
8. Strahlungsoptisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausfilterung in der horizontalen und/oder vertikalen axialen Kanalebene (KE) erfolgt.
9. Strahlungsoptisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlung als Röntgen- oder Neutronenstrahlung ausgebildet ist.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008052410B4 (de) * 2008-10-21 2010-10-07 Helmholtz-Zentrum Berlin Für Materialien Und Energie Gmbh Strahlungsoptisches Bauelement zur Beeinflussung von Strahlung in Bezug auf deren Wellenlängenspektrum
DE102008064101B3 (de) * 2008-12-19 2010-08-26 Helmholtz-Zentrum Berlin Für Materialien Und Energie Gmbh Anordnung zur Polarisation eines Neutronenstrahls mit hoher Divergenz

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3490847A (en) * 1965-05-24 1970-01-20 Philips Corp Internal reflection devices,especially for use in spectroscopy
US4125776A (en) * 1975-03-17 1978-11-14 Galileo Electro-Optics Corp. Collimator for X and gamma radiation
GB2034148A (en) * 1978-08-30 1980-05-29 Gen Electric Multi element, high resolution scintillator structure
DE3303572C2 (de) 1983-02-03 1988-12-01 Reaktorwartungsdienst Und Apparatebau Gmbh, 5170 Juelich, De
DE19844300A1 (de) * 1998-09-17 2000-03-30 Hahn Meitner Inst Berlin Gmbh Neutronenoptisches Bauelement
DE19936898C1 (de) 1999-07-29 2001-02-15 Hahn Meitner Inst Berlin Gmbh Neutronenpolarisator
DE10203591A1 (de) 2002-01-23 2003-08-07 Hahn Meitner Inst Berlin Gmbh Neutronenoptische Bauelementanordnung zur gezielten spektralen Gestaltung von Neutronenstrahlen oder -pulsen

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3490847A (en) * 1965-05-24 1970-01-20 Philips Corp Internal reflection devices,especially for use in spectroscopy
US4125776A (en) * 1975-03-17 1978-11-14 Galileo Electro-Optics Corp. Collimator for X and gamma radiation
GB2034148A (en) * 1978-08-30 1980-05-29 Gen Electric Multi element, high resolution scintillator structure
DE3303572C2 (de) 1983-02-03 1988-12-01 Reaktorwartungsdienst Und Apparatebau Gmbh, 5170 Juelich, De
DE19844300A1 (de) * 1998-09-17 2000-03-30 Hahn Meitner Inst Berlin Gmbh Neutronenoptisches Bauelement
DE19936898C1 (de) 1999-07-29 2001-02-15 Hahn Meitner Inst Berlin Gmbh Neutronenpolarisator
DE10203591A1 (de) 2002-01-23 2003-08-07 Hahn Meitner Inst Berlin Gmbh Neutronenoptische Bauelementanordnung zur gezielten spektralen Gestaltung von Neutronenstrahlen oder -pulsen

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
F. MEZEI: "Proc. SPIE", vol. 983, 1989, article "Very high reflectivity mirrors and their applications", pages: 10 - 17
MEZEI F: "VERY HIGH REFLECTIVITY SUPERMIRRORS AND THEIR APPLICATIONS", PROCEEDINGS OF THE SPIE, SPIE, BELLINGHAM, VA, US, vol. 983, 1988, pages 10 - 17, XP000965794, ISSN: 0277-786X *
P. HOGHOJ ET AL.: "Neutron wavelength cut-off filter", NUCLEAR INSTRUMENTS AND METHODS IN PHYSICS RESEARCH B, vol. 160, 2000, pages 431 - 434
TH. KRIST, F. MEZEI: "High performance, short solid state collimators with reflecting walls", NUCL. INSTR. AND METHODS IN PHYS. RES., vol. A 450, 2000, pages 389 - 390

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