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Mikroskopie und Tomographie Poster: Mi., 14:00–16:30 M-P102
Mikroskopie mit niederenergetischen gepulsten Positronenstrahlen
Werner Egger 1 , Peter Sperr 1 , Gottfried Kögel 1 , Günther Dollinger 1
1 Institut für Angewandte Physik und Messtechnik, Universität der Bundeswehr
München, Werner-Heisenberg-Weg 39, D-85577 Neubiberg
Positronen sind ideale Sonden zur zerstörungsfreien Untersuchung von leerstellenartigen
Defekten im Festkörper. Aus Positronenlebensdauermessungen erhält man Information
über Art und Konzentration von Leerstellen, Leerstellenclustern und Versetzungen.
Konventionelle Positronenannihilationsmethoden erlauben jedoch keine tiefenselektive
Zuordnung der Defekte, da über makroskopische Volumina gemittelt wird.
Zudem beschränkt Sättigungseinfang der Positronen in einem Defekt die Möglichkeit
zur Bestimmung der Defektkonzentration. Diese Nachteile werden durch den Einsatz
gepulster, niederenergetischer Positronenstrahlen zur Lebensdauermessung weitgehend
beseitigt. Mit gepulsten Positronenstrahlen variabler Energie können Tiefenauflösungen
im Nanometerbereich erzielt werden. Aus Tiefenprofilmessungen kann zudem selbst
bei Sättigungseinfang die Defektkonzentration ermittelt werden.
An der Universität der Bundeswehr in München wurden zwei gepulste Positronenstrahlsysteme
zur Lebensdauermessung entwickelt: Die gepulste Positronenquelle PLEPS
[1] zur Tiefenprofilierung von Defektverteilungen, sowie das Rasterpositronenmikroskop
SPM [2] mit einer zusätzlichen lateralen Auflösung von derzeit 2 µm.
Mit beiden Systemen wurden unter anderem Defektverteilungen in der Nähe von
Rissoberflächen in Aluminiumlegierungen und in reinem Kupfer, die von Ermüdungsund
Gewaltbrüchen herrühren, erfolgreich untersucht [3,4]. Dabei konnte anhand der
Positronenlebensdauer quantitativ zwischen Gewalt- und Ermüdungsbruch unterschieden
werden: Neben hohen Vesetzungsdichten wurden in der Nähe von Ermüdungsrissen
auch Leerstellencluster nachgewiesen. Bei Gewaltbrüchen wurde hingegen nur eine hohe
Versetzungsdichte in Rissnähe beobachtet.
Beide Strahlsysteme werden zur Zeit an die Hochflusspositronenquelle (NEPOMUC)
am Forschungsreaktor FRM-II in München transferiert. Eine um den Faktor 10 4 erhöhte
Positronenstrahlintensität eröffnet einzigartige neue Möglichkeiten zur Untersuchung
der Defektstruktur in Rissnähe [5].
[1] W. Bauer-Kugelmann, P. Sperr, G. Kögel, W. Triftshäuser, Mater. Sci. Forum,
363-365 (2001), 529
[2] A. David, G. Kögel, P. Sperr, W. Triftshäuser, Phys. Rev. Lett. 87 (2001) 067402-1.
[3] W. Egger, G. Kögel, P. Sperr, W. Triftshäuser, J. Bär, S. Rödling, H. J. Gudladt,
Z. Metallkunde, 94, (2003), 687
[4] A. Dupasquier, G. Kögel, A. Somoza, Acta Mater., 52, (2004), 4707
[5] G. Kögel, G. Dollinger, Appl. Surf. Science A 252 (2006), 3111