Charakterisierung und Optimierung der Röntgenquelle in der REM-basierten NanoCT

Das Ziel dieser Arbeit ist die Charakterisierung der Röntgenquelle, um die Einflussfaktoren zur Erzeugung von Röntgenstrahlung im speziellen Setup des XRM-II NanoCTs zu verstehen. Diese Ergebnisse können zum einen als Eingangsdaten für künftige Simulationen dienen und zum anderen zur Parameteroptimierung zur Erhöhung des Targetstroms und der damit verbundenen Röntgenintensität. Um dieses Ziel zu realisieren wurde als erstes eine Charakterisierung der Röntgenquelle des Systems XRM-II NanoCT vorgenommen. Hierfür wurden zunächst Messmethoden entwickelt, um durch eine gezielte Variation einzelner Parameter den Einfluss auf den Targetstrom, auf die Röntgenintensität und auf den Elektronenstrahldurchmesser zu ermitteln. Die dadurch gewonnenen Erkenntnisse konnten zur Ermittlung einer optimierten Parameterkombination genutzt werden. In Kapitel 6 konnte gezeigt werden, dass durch die Verringerung des Arbeitsabstandes von WD 18 auf WD 9 der Strahldurchmesser um mehr als die Hälfe abnimmt. Damit verbunden ist eine kleinere bestrahlte Targetfläche und somit eine bessere Auflösung. Darüberhinaus wird durch den kleineren Strahldurchmesser eine höhere Elektronendichte erreicht, die sich in einem um 23 % höheren Targetstrom und einer um 230 % höheren Röntgenintensität äußert. Dadurch ist eine deutliche Verringerung der CT-Messzeit zu erreichen. Die Vergrößerung des Blendendurchmessers von OLAP 1 auf OLAP 0 führt zwar zu einem um etwa 20 % größerem Strahldurchmesser, allerdings resultiert daraus, wie in Abbildung 6.3 und Tabelle 6.4 zu sehen ist, keine Verschlechterung der Auflösung. Durch den größeren Blendendurchmesser wird ein höherer Targetstrom und eine um 20 % höhere Röntgenintensität erreicht, die die CT-Messzeit um den entsprechenden Faktor verringert. Durch den Beschuss eines größeren Targetdurchmessers kommt es bei gleichbleibendem Strahldurchmesser zu einer Erhöhung des Targetstroms um 10 % und zu einem deutlichen Anstieg der Röntgenintensität. Bei einem Targetdurchmesser von 200 nm ist im Vergleich zu einem Durchmesser von 100 nm eine Steigerung der Röntgenintensität um 123 % zu beobachten, die sich ebenfalls positiv in der CTMesszeit äußert. Insgesamt kann durch die Verwendung dieser optimierten Parameterkombination (OLAP 0, 30 kV, WD 9, 200 nm Targetdurchmesser) die Röntgenintensität um 314 % erhöht und damit die Messzeit um 314 % verringert werden. Des Weiteren wurden verschiedene Targetmaterialien charakterisiert und eine Aussage über die Auswahl des Targetmaterials, je nach zu untersuchendem Objekt, getroffen. Mit Hilfe des Lambert Beer'schen Gesetzes konnte ermittelt werden, welches Targetmaterial sich am besten zur Untersuchung der Materialklassen Schwermetall, Leichtmetall und Polymer eignet. Die Ergebnisse aus Kapitel 6.4.2 sind in Abbildung 8.1 zusammengefasst.