Gebrauchsanweisung 559 938 - LD DIDACTIC

06/05-W97-Iv/Sel
1 Beschreibung
Der Röntgenenergiedetektor ermöglicht die Aufnahme von
Energiespektren an Röntgen- oder γ-Strahlung im Energiebereich
von ca. 2 keV bis 60 keV. Er besteht aus einer Si-PIN-
Photodiode, die mit Hilfe eines Peltier-Elementes abgekühlt
wird. Ein ladungsempfindlicher Vorverstärker und ein linearer
Hauptverstärker mit Pulsformer sind in das Detektorgehäuse
integriert. Der Detektor ist insbesondere für den Einbau in das
Röntgengerät (554 811) geeignet.
2 Lieferumfang
1 Röntgenenergiedetektor
1 Tischnetzgerät, 100-240 VAC
1 BNC-Kabel, 50 cm
1 Sensorhalter
1 Stativstange mit Gewinde
1 Abschwächerblende
1 Kalibriertarget (verzinkter Stahl)
1 Prüfprotokoll
1 Inbusschlüssel, 1,5 mm
Gebrauchsanweisung 559 938
Röntgenenergiedetektor (559 938)
1 Röntgenenergiedetektor
2 Sensorhalter
3 Abschwächerblende
4 Kalibriertarget
5 Stativstange mit Gewinde
3 Nachweiswahrscheinlichkeit
Die Wahrscheinlichkeit, dass ein in die Si-PIN-Photodiode einfallendes
Röntgenphoton nachgewiesen wird, hängt von dessen
Energie E ab.
Dargestellt ist die Abhängigkeit bis zur maximalen Energie des
Röntgengerätes (554 811). Bei höheren Energien nimmt die
Nachweiswahrscheinlichkeit immer weiter ab.

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4 Komponenten
4.1 Röntgenenergiedetektor
1a Eintrittsfenster
1b Tubus
1c Kühlkörper
1d Kontroll-LED
1c Signalausgang
1e Speisespannungseingang
1f Gewindebuchse M6
Tubus:
zur Halterung des Detektors im mitgelieferten Sensorhalter
Kontroll-LED:
rot: Versorgungsspannung liegt an,
grün: Si-PIN-Photodiode abgekühlt, Detektor betriebsbereit
Signalausgang:
zum Anschluss an die VKA-Box (524 058)
Speisespannungseingang:
zum Anschluss an das mitgelieferte Tischnetzgerät
Gewindebuchse M6:
zur Halterung mit der mitgelieferten Stativstange mit Gewinde
4.2 Sensorhalter:
zur Halterung des Röntgenenergiedetektors im Goniometer des
Röntgengerätes (554 811)
2a Bohrung
2b Inbusschrauben, 1,5 mm
2c Führungsstangen
Bohrung:
passend zum Tubus des Röntgenenergiedetektors
Inbusschrauben, 1,5 mm:
zur Fixierung des Röntgenenergiedetektors
Führungsstangen:
passend zum Sensorarm des Goniometers im Röntgengerät
(554 811)
4.3 Abschwächerblende:
zur Schwächung des Röntgenstrahls für direkte Messungen mit
dem Röntgenenergiedetektor im Primärstrahl des Röntgengerätes.
Die beiden durch Lack gesicherten Schrauben lassen einen
feinen Schlitz von 10 µm Breite für den Primärstrahl frei.
3a Schrauben (gesichert)
3b Ansatz für Filter
3c Passbohrung
Ansatz für Filter:
zum Aufstecken der Filter (554 832 und 554 833)
Passbohrung:
passend zum Schlitzkollimator des Röntgengerätes (554 811)
und zum Kreiskollimator aus dem Lieferumfang des Comptonzusatzes
II Xray (554 837)

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5 Technische Daten
Röntgenenergiedetektor:
Energiebereich: ca. 2 keV bis 60 keV
Energieauflösung: 0,4 keV (Halbwertsbreite)
bei EFeKα = 6,40 keV
Nichtlinearität
(einschließlich VKA-Box): < 1 % bei E = 3-35 keV
Langzeit-Energiedrift: < 3 %
(nach 4 h Dauerbetrieb im
Röntgengerät bei ϑlab = 25 °C)
Eintrittsfenster: Kunststoff
(Absorption äquivalent zu Graphit
mit d = 40 µm)
Detektor: Si-PIN-Photodiode
Aktive Fläche des Detektors: 0,8 mm ∅
Dicke des Detektors: ca. 150 µm
Gehäuse des Detektors: Eisenlegierung
beschichtet mit Goldlegierung
Anstiegszeit
der Ausgangssignale: ca. 0,5 µs
Abfallzeit
der Ausgangssignale: ca. 5 µs
Totzeit pro Impuls: ca. 250 µs
Arbeitstemperatur der
Si-PIN-Photodiode: ca. -15°C
Kühlung des Detektors: thermoelektrisch
(Peltier-Element)
Versorgungsspannungen: ±15 V, +5 V (aus Tischnetzgerät,
100-240 VAC)
Eingang Speisespannungen: Mini-DIN-Buchse
Signalausgang: BNC-Buchse
Abmessungen: 60 mm × 120 mm × 60 mm
Masse: 450 g
Abschwächerblende:
Schlitzbreite: ca. 10 µm
Kalibriertarget:
Material: verzinkter Stahl
Fe Kα-Linie: 6,40 keV
(gewichteter Mittelwert)
Zn Kα-Linie: 8,63 keV
(gewichteter Mittelwert)
Abmessungen: 25 mm × 25 mm
6 Energieauflösung
Die Halbwertsbreite (FWHM) hängt von der Energie E der Röntgenstrahlung
ab:
( ) 2
FWHM E = 2 ⋅ 2 ⋅ln2 ⋅ σ el + F⋅ε⋅ E
mit σ el ≈ 160 eV, F ≈ 0,15, ε = 3,8 eV
7 Hinweis zur Funktionsfähigkeit
Das Eindringen von Wasserdampf aus der Umgebungsluft
durch das dünne Eintrittsfenster des Röntgenenergiedetektors
ist im Laufe der Jahre nicht völlig auszuschließen. Dadurch
kann die Funktionsfähigkeit der Si-PIN-Photodiode behindert
werden.
Sollte der Röntgenenergiedetektor aus diesem Grund nach
einiger Zeit nicht mehr funktionsfähig sein, so kann er beim
Hersteller LD Didactic GmbH wieder funktionsfähig gemacht
werden.
8 Zubehör
zur Energiespektroskopie:
1 HF-Kabel, 1 m 501 02
1 VKA-Box 524 058
1 Sensor-CASSY
oder
524 010
1 Pocket-CASSY 524 006
1 CASSY Lab
1 PC mit Windows 98/NT oder höher
524 200
zum Nachweis des Compton-Effekts an Röntgenstrahlen:
Comptonzusatz II Xray
Röntgengerät
554 837
mit Röntgenröhre Mo und Goniometer 554 811
zur Röntgenfluoreszenzspektroskopie :
Targetsatz K-Linien-Fluoreszenz 554 844
Targetsatz L-Linien-Fluoreszenz
Röntgengerät
554 846
mit Röntgenröhre Mo und Goniometer
oder
mit Röntgenröhre Cu und Goniometer
554 811

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9 Fluoreszenz des Gehäusematerials
Ein Teil der einfallenden Röntgenstrahlung dringt durch die Si-
PIN-Photodiode in deren Gehäusewand und regt dort Atome
zur Röntgenfluoreszenz an. Deren charakteristische Strahlung
gelangt teilweise in die Photodiode und wird zusammen mit der
primären Röntgenstrahlung registriert. Daher kann das gemessene
Spektrum immer auch die charakteristischen Linien der
Elemente Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Au und Ag beinhalten.
Welche charakteristischen Linien angeregt werden, hängt von
der Energie der Primärstrahlung ab. Am häufigsten treten die L-
Linien von Gold auf.
Resonanzfluoreszenz des Gehäuses der Si-PIN-Photodiode,
angeregt durch monochromatisierte Röntgenstrahlung (Bragg-
Reflexion) mit E = 31 keV.
Nr. Linie
E
Nr. Linie
keV
E
keV
1 Ag Lα 2,98 7 Zn Kα 8,64
2 Ag Lβ 3,15 8 Au Lα 9,71
3 Fe Kα 6,40 9 Au Lβ 11,44*
4 Co Kα 6,93 10 Au Lγ 13,38*
5 Ni Kα 7,48 11 Ag Kα 22,16*
6 Cu Kα 8,05 12 Ag Kβ 24,94*
* Energie der Kα1-Linie
10 Betrieb im Röntgengerät (554 811)
10.1 Einbau in den Sensorhalter:
– Tubus des Röntgenenergiedetektors in die Bohrung des
mitgelieferten Sensorhalters führen und Röntgenenergiedetektor
bis zum Anschlag schieben.
– Röntgenenergiedetektor ausrichten und mit Inbusschrauben
fixieren.
10.2 Einbau in das Röntgengerät (554 811) und Anschluss
an die VKA-Box (524 058):
– Anschlusskabel des Tischnetzgerätes durch den Leerkanal
des Röntgengerätes (554 811) führen und an Speisespannungseingang
des Röntgenenergiedetektors anschließen.
– Sensorhalter mit Röntgenenergiedetektor im Sensorarm des
Goniometers montieren und Anschlusskabel soweit nachführen,
dass ein vollständiger Schwenk des Sensorarmes möglich
ist.
– Signalausgang des Röntgenenergiedetektors mittels mitgeliefertem
BNC-Kabel an die BNC-Buchse SIGNAL IN im Experimentierraum
des Röntgengerätes anschließen.
– Ausgang Signal Out im Anschlussfeld des Röntgengerätes
mittels BNC-Kabel an VKA-Box anschließen.

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

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11 Energiekalibrierung
– In CASSY Lab mit den Tasten Alt+E das Dialogfenster „Energiekalibrierung“
öffnen und „globale Energiekalibrierung“
wählen.
– Energien zweier gemessener Linien eintragen.
– Im Popup-Menü des Diagrammfensters den Menüpunkt
„Weitere Auswertungen“ → „Peakschwerpunkt berechnen“
auswählen und den Bereich der ersten Linie markieren.
– Ergebnis in das Dialogfenster „Energiekalibrierung“ eintragen.
– Anschließend den Schwerpunkt der zweiten Linie bestimmen
und eintragen.
– Dialogfenster „Energiekalibrierung“ mit OK schließen.
Energiekalibriertes Fluoreszenzspektrum des Kalibriertargets,
zur Kalibrierung verwendete Linien: Fe Kα (E = 6,40 keV) und
Zn Kα (E = 8,63 keV)
Energiekalibriertes Spektrum des Primärstrahls einer Mo-Anode
bei der Röhren-Hochspannung U = 35 kV
zur Kalibrierung verwendete Linien: Mo Kα (E = 17,44 keV) und
Au Lα (9,71 keV)
12 Messbereiche
Verstärkung der VKA-Box maximal messbare Energie
1 ca. 84 keV
2 ca. 42 keV
3 ca. 28 keV
4 ca. 21 keV
5 ca. 17 keV
6 ca. 14 keV
13 Betrieb im Stativaufbau
– Mitgelieferte Stativstange mit Gewinde in die Gewindebuchse
des Röntgenenergiedetektors einschrauben und in Stativmaterial
montieren.
– Anschlusskabel des Tischnetzgerätes an Speisespannungseingang
des Röntgenenergiedetektors anschließen.
– Signalausgang des Röntgenenergiedetektors mittels BNC-
Kabel an VKA-Box anschließen.
– In CASSY Lab die Messparameter „Vielkanalmessung, negative
Pulse, Verstärkung -1“ wählen.
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