Aufbau und Charakterisierung eines Guinier-Diffraktometers

Grundlagen 2 - 7
Röntgenenergie kann zum einen ein Elektron vom Valenz- in das Leitungsband
gehoben werden, wodurch sich ein freier negativer Ladungsträger im Leitungsband
und ein freies Loch im Valenzband ergibt. Zum anderen kann aber auch ein über die
Coulomb-Wechselwirkung gekoppeltes Elektronen-Loch-Paar (Exziton), welches sich
trotz der Kopplung frei im Kristall bewegen kann, erzeugt werden. Beide Arten von
Löchern können, wenn sie bei ihrer Bewegung durch das Gitter auf eine
Verunreinigung stoßen, diese ionisieren. Hierdurch entstehen in der Bandlücke
diskrete Energieniveaus, über die angeregte Elektronen des Leitungsbandes in ihren
Grundzustand zurückkehren können. Die dabei ausgesandten Photonen haben eine
größere Wellenlänge (bei NaI(Tl): λ=410nm [07]) als die ursprünglich zu
detektierenden Röntgenquanten.
Diese vielen kleinen Lichtblitze lösen in der an den Szintillationskristall angrenzenden
Photokathode des Photomultipliers, Elektronen nach dem Photoeffekt aus. Eine
Elektronenoptik sorgt dafür, daß die über der gesamten Fläche der Kathode verstreut
austretenden Elektronen gebündelt auf der ersten Dynode ankommen. Bei ihrem
Auftreffen geben sie einen Teil ihrer kinetischen Energie an die Dynode ab, wodurch
von dieser Sekundärelektronen emittiert werden. Eine weitere auf einem höheren
Potential liegende Dynode zieht die nun vergrößerte Zahl von Elektronen an und
beschleunigt sie ebenfalls. Abermals werden durch das Auftreffen Sekundär-
elektronen generiert. Auf diese Weise wächst durch die kaskadenartige Schaltung
der Dynoden die Zahl der Elektronen lawinenartig an. Nach Leo [07] erreichen
gewöhnliche Photomultiplier mit 10 bis 14 Stufen einen Verstärkungsfaktor von 10 7 .
Durch den Widerstand an der letzten Dynode, wird durch den Fluß der auftreffenden
Elektronen ein Spannungsstoß erzeugt, dessen Höhe proportional zur Energie des
auslösenden Röntgenquants ist. Zur weiteren Auswertung wird das Signal zunächst
noch einmal verstärkt und dann auf einen Einkanalanalysator, der auch als
Pulshöhenfilter bezeichnet wird, gegeben. Dieser besitzt eine einstellbare Unter- und
Obergrenze für die Spannung des eingehenden Signals. Nur wenn die Signalhöhe im
eingestellten „Spannungsfenster“ liegt, darf es den Filter passieren und wird
gleichzeitig in ein leicht zählbares rechteckförmiges Digitalsignal umgewandelt. Sind
die beiden Spannungsgrenzen der charakteristischen Linie der Röntgenröhre
angepaßt, so ergibt sich durch diesen Aufbau eine Art „Sekundärmonochromator“.
Die untere Grenze siebt das Rauschen der elektronischen Komponenten und den
Dunkelstrom des Photonenvielfachverstärkers aus. Durch Höhenstrahlung verur-