DE102007048743B4

DE102007048743B4 - Method and device for determining the energetic composition of electromagnetic waves

Info

Publication number: DE102007048743B4
Application number: DE200710048743
Authority: DE
Inventors: Norbert Prof. Dr. Langhoff; Michael Dr. Haschke; Alexei Prof. Dr. Erko
Original assignee: IFG - INSTITUTE FOR SCIENTIFIC INSTRUMENTS GmbH; IFG INST FOR SCIENT INSTR GmbH
Current assignee: IFG - INSTITUTE FOR SCIENTIFIC INSTRUMENTS GmbH; IFG INST FOR SCIENT INSTR GmbH
Priority date: 2007-10-08
Filing date: 2007-10-08
Publication date: 2010-06-24
Anticipated expiration: 2027-10-09
Also published as: DE102007048743A1

Abstract

Verfahren zur Bestimmung der energetischen Zusammensetzung von Röntgenstrahlung einer Quelle (10, 11) mit folgenden Verfahrensschritten:
– Einstrahlen der polychromatischen Röntgenstrahlung der Quelle (10, 11) auf eine reflektierende Zonenplatte (12), wobei
– mindestens zwei verschiedene Wellenlängenbereiche der eingestrahlten Röntgenstrahlung jeweils durch vordefinierte, nebeneinander angeordnete, wellenlängen-selektive Bereiche (14) der reflektierenden Zonenplatte (12) reflektiert und gebeugt und in jeweils vordefinierte, voneinander getrennte, in einer Ebene (24) liegende Empfängerbereiche (22) fokussiert werden, und
– Detektion der von der Zonenplatte (12) reflektierten und gebeugten Röntgenstrahlung in den mindestens zwei Empfängerbereichen (22),
dadurch gekennzeichnet, dass
die reflektierte und/oder gebeugte Röntgenstrahlung unterschiedlicher Wellenlängen mittels der wellenlangen-selektiven Bereiche (14) jeweils in unterschiedliche Fokalpunkte oder Fokalbereiche derart fokussiert wird, dass die jeweiligen Fokalpunkte oder Fokalbereiche in der Ebene (24) der Empfängerbereiche (22) entlang einer Linie angeordnet sind, und die Längsachse der durch die jeweiligen Fokalpunkte oder Fokalbereiche gebildeten Linie senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht...Method for determining the energetic composition of X-radiation of a source (10, 11) with the following method steps:
- Injecting the polychromatic X-ray radiation of the source (10, 11) on a reflective zone plate (12), wherein
At least two different wavelength ranges of the irradiated X-ray radiation are respectively reflected and diffracted by predefined, wavelength-selective regions (14) of the reflective zone plate (12) and placed in respectively predefined receiver regions (22) lying in a plane (24). be focused, and
Detection of the X-ray radiation reflected and diffracted by the zone plate (12) in the at least two receiver regions (22),
characterized in that
the reflected and / or diffracted X-radiation of different wavelengths is respectively focused into different focal points or focal areas by means of the wavelength-selective regions (14) such that the respective focal points or focal areas in the plane (24) of the receiver regions (22) are arranged along a line , and the longitudinal axis of the line formed by the respective focal points or focal areas perpendicular or substantially perpendicular ...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur simultanen Bestimmung der energetischen Zusammensetzung von Röntgenstrahlung über einen großen Energiebereich.The The present invention relates to a method and an apparatus for the simultaneous determination of the energetic composition of X-radiation over one huge Energy sector.

Wellenlängendispersive Spektrometer (WDS) werden eingesetzt, um hohe Energieauflösungen in der Röntgenspektroskopie zu erreichen. Dabei wird die Strahlung an einem Gitter gestreut. Durch die Überlagerung der einzelnen gestreuten Strahlen kommt es zu richtungsabhängigen Interferenzen, die eine Wellenlängenabhängigkeit aufweisen. Das Erfassen der Interferenzen erfolgt durch eine sequentielle Veränderung des Auslesewinkels. Die Energieauflösung hängt dann von der geometrischen Anordnung (Form des Kristalls, Öffnungsspalt des Spektrometers) ab, aber auch von der Qualität des Kristalls sowie der Präzision des Spektrometers. Speziell für geringe Energien haben WDS-Spektrometer eine deutlich bessere Energieauflösung als EDS-Spektrometer. Gerade in diesem niederenergetischen Bereich ist aber auch eine hohe Liniendichte vorhanden, die für empfindliche Analysen und eindeutige Identifikationen eine gute Energieauflösung erfordert. Konventionell werden für WDS natürliche Kristalle oder künstliche Schichtstrukturen verwendet.wavelengthdispersive Spectrometers (WDS) are used to generate high energy resolution in X-ray spectroscopy to reach. The radiation is scattered on a grid. By the overlay the individual scattered rays cause directional interference, the one wavelength dependence exhibit. The detection of the interference is done by a sequential change the electoral angle. The energy resolution then depends on the geometric Arrangement (shape of the crystal, opening gap of the Spectrometer), but also on the quality of the crystal and the precision of the Spectrometer. Specially for low energies, WDS spectrometers have a significantly better energy resolution than EDS spectrometers. Just but in this low-energy area there is also a high density of lines, the for sensitive analyzes and clear identifications are a good one Energy resolution required. Becoming conventional for WDS natural crystals or artificial Layer structures used.

Die sequentielle Messanordnung erfordert einen hohen Zeitaufwand, da jedes Element einzeln angefahren und analysiert werden muss. Darüber hinaus ergeben sich Probleme bei der Analyse unbekannter Proben, da nicht vorhersehbar ist, welche Elemente vorhanden sind, d. h. ein kompletter Spektrenscann erforderlich ist. Man hat versucht, diesen Messzeitnachteil zu kompensieren durch den Aufbau von Mehrkanal-Spektrometern, bei denen für jeweils eine beschränkte Anzahl von Elementen ein gesondertes Spektrometer vorhanden ist. Das ist aber aufwendig und hat keine ausreichende Flexibilität. Darüber hinaus haben diese Spektrometer nur kleine Akzeptanzwinkel, so dass nur ein kleiner von der Probe kommender Strahlanteil erfasst wird und daher die Probe mit einer starken Anregungsintensität beaufschlagt werden muss, um ausreichende Fluoreszenzintensitäten zu erhalten.The Sequential measuring arrangement requires a lot of time since Each element has to be approached and analyzed individually. In addition, revealed problems with the analysis of unknown samples, because unpredictable is what elements are present, d. H. a complete spectrum scan is required. One has tried to compensate for this measurement time disadvantage by the construction of multi-channel spectrometers, where for each one limited Number of elements a separate spectrometer is present. But that's expensive and does not have enough flexibility. Furthermore These spectrometers have only small acceptance angles, so only a small proportion of the beam coming from the sample is detected and therefore, the sample is exposed to a strong excitation intensity must be in order to obtain sufficient fluorescence intensities.

Eine weitere Möglichkeit besteht in der Verwendung einer von-Hamos-Geometrie für den Spektrometeraufbau. Hier wird die von einer Punktquelle kommende Strahlung durch einen großen Kristall dispergiert. Durch die Variation des Einfallwinkels der Strahlung auf den Kristall ergibt sich eine ortsabhängige Abbildung des Spektrums, d. h. das gesamte Spektrum wird auf einer Linie abgebildet und kann dort simultan mit einem ortsabhängigen Detektor erfasst werden. Die Brillanz derartiger Spektrometer ist gut. Allerdings ergeben sich durch die beschränkte Verfügbarkeit von Kristallen mit großen Gitterkonstanten besonders im niederenergetischen Bereich Einschränkungen und es sind große kostenaufwendige Kristalle und Detektoren für die Abdeckung eines breiten Energiebereiches erforderlich.A another possibility consists of using a von Hamos geometry for the spectrometer setup. Here becomes the radiation coming from a point source through a large crystal dispersed. By varying the angle of incidence of the radiation on the crystal results a location-dependent mapping of the spectrum, d. H. the entire spectrum is mapped on a line and can be there simultaneously with a location-dependent Detected detector. The brilliance of such spectrometers is good. However, due to the limited availability of crystals with huge Lattice constants, especially in the low-energy range Restrictions and they are big costly crystals and detectors for covering a wide Energy range required.

Darüber hinaus gibt es weitere Anordnungen, die durch die Verwendung von Fresnel-Zonen-Platten die Dispersion erzeugen. Bei Fresnel-Strukturen erfolgt eine Überlagerung von phasenverschobenen Strahlanteilen und deren Interferenz.Furthermore There are other arrangements made by the use of Fresnel zone plates generate the dispersion. Fresnel structures are overlaid phase-shifted beam components and their interference.

Bei den verwendeten Strukturen handelt es sich um Transmissions-Zonenplatten, bei denen die Phasenverschiebungen durch Transmissionsunterschiede in den Zonen erzeugt werden. Es erfolgt eine energieabhängige Fokussierung auf der Zonenachse, d. h., dass das Spektrum ortsabhängig auf der optischen Achse der Zonenplatte abgebildet wird.at The structures used are transmission zone plates which the phase shifts due to transmission differences in the zones are generated. There is an energy-dependent focus on the zone axis, d. h., That the spectrum depends on location the optical axis of the zone plate is mapped.

DE 195 42 679 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur spektralen Zerlegung und Fokussierung von Röntgenstrahlung, wobei die Röntgenstrahlung einer bestimmten Energie mittels einer reflektierenden Zonenplatte auf einen möglichst kleinen Punkt eines Detektors fokussiert wird. Die Fokussierung auf einen möglichst kleinen Punkt dient der hochauflösenden Bestimmung von Emissions- oder Absorptionslinien einer Röntgenquelle und beabsichtigt insbesondere die Verwendung einer planaren Zonenplatte, die zur Erreichung einer geringen Oberflächenrauhigkeit (durch Polieren) gegenüber einer gekrümmten Zonenplatte für Winkeltangentenfehler weniger anfällig ist. DE 195 42 679 A1 discloses a method and a device for spectral decomposition and focusing of X-radiation, wherein the X-ray radiation of a certain energy is focused by means of a reflective zone plate on the smallest possible point of a detector. Focussing as small a point as possible is for the high resolution determination of emission or absorption lines of an X-ray source and, in particular, the use of a planar zone plate which is less susceptible to achieving low surface roughness (by polishing) over a curved zone plate for angular tangent errors.

US 62 59 764 B1 offenbart eine Zonenplatte mit unterschiedlichen Bereichen zur Erzeugung unterschiedlicher Brennpunkte, wobei die unterschiedlichen Bereiche voneinander getrennt sind. US 62 59 764 B1 discloses a zone plate having different regions for producing different foci, the different regions being separated from each other.

Die genannten Anordnungen haben den Nachteil, dass infolge der technologischen Bedingungen für die Herstellung derartiger Zonenplatten der Akzeptanzwinkel sehr klein ist und damit die Brillanz der Spektrometer gering ist und dass die Effektivität der Zonenplatten für höher energetische Strahlung gering ist, da sich für hochenergetische Strahlung keine ausreichenden Absorptionsunterschiede in den Zonen erzeugen lassen. Eine Registrierung des Spektrums wird durch eine Verschiebung des Detektors auf der Zonenplatten-Achse erreicht , d. h. auch hier ist nur eine sequentielle Beobachtung des Spektrums möglich.The said arrangements have the disadvantage that due to the technological Conditions for the production of such zone plates the acceptance angle very is small and thus the brilliance of the spectrometer is low and that the effectiveness of Zone plates for higher energetic Radiation is low, because of high-energy radiation does not have sufficient absorption differences in the zones. A registration of the spectrum will be achieved by a displacement of the detector on the zone plate axis, d. H. Again, just a sequential observation of the spectrum possible.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Röntgenspektroskopie anzugeben, mit dem eine simultane Registrierung der einzelnen Energien mit einer hohen Auflösung über einen breiten Energiebereich ermöglicht wird. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, das Spektrum der Röntgenstrahlung schnell, mit hoher Auflösung und mit preiswerten Komponenten detektieren zu können.It is therefore an object of the present invention to provide a method and an apparatus for X-ray spectroscopy, with the simultaneous registration of individual energies with a high resolution over a wide range of energy he is possible. A further object of the present invention is to be able to detect the spectrum of the X-ray radiation rapidly, with high resolution and with inexpensive components.

Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen sowie eine Vorrichtung mit den im Anspruch 11 genannten Merkmalen gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.These Tasks are performed according to the invention a method with the features mentioned in claim 1 and a Device solved with the features mentioned in claim 11. Preferred embodiments The invention are contained in the subclaims.

Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung (wellenlängendispersives Spektrometer) besteht in der Möglichkeit einer simultanen Registrierung über einen großen Energiebereich. Hierdurch kann ein sequentielles Auslesen für die einzelnen Wellenlängenbereiche vermieden werden, so dass entsprechende Messungen wesentlich schneller realisiert und alle in diesem Energiebereich befindlichen Elemente erfasst werden können. Zudem kann über einen sehr großen Energiebereich beispielsweise mehr als 1000 eV mit einer hohen Energieauflösung von beispielsweise kleiner 10 eV gemessen werden.One particular advantage of the device according to the invention (wavelength dispersive Spectrometer) is possible a simultaneous registration via a big Energy sector. This allows a sequential read-out for the individual Wavelength ranges be avoided, making appropriate measurements much faster realized and all elements in this energy range can be detected. In addition, over a very big one Energy range, for example, more than 1000 eV with a high energy resolution of be measured, for example, less than 10 eV.

Das Verfahren zur Bestimmung der energetischen Zusammensetzung von Röntgenstrahlung einer Quelle weist folgende Verfahrensschritte auf:

– Einstrahlen der polychromatischen Röntgenstrahlung der Quelle auf eine reflektierende Zonenplatte, wobei
– mindestens zwei verschiedene Wellenlängenbereiche der eingestrahlten Röntgenstrahlung jeweils durch vordefinierte, nebeneinander angeordnete, wellenlängen-selektive Bereiche der reflektierenden Zonenplatte reflektiert und gebeugt und in jeweils vordefinierte, voneinander getrennte, in einer Ebene liegende Empfängerbereiche fokussiert werden, und
– Detektion der von der Zonenplatte reflektierten und gebeugten Röntgenstrahlung in den mindestens zwei Empfängerbereichen,

wobei die reflektierte und/oder gebeugte Röntgenstrahlung unterschiedlicher Wellenlängen mittels der wellenlängen-selektiven Bereiche jeweils in unterschiedliche Fokalpunkte oder Fokalbereiche derart fokussiert wird, dass die jeweiligen Fokalpunkte oder Fokalbereiche in der Ebene der Empfängerbereiche entlang einer Linie angeordnet sind, und die Längsachse der durch die jeweiligen Fokalpunkte oder Fokalbereiche gebildeten Linie senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zur Beugungsrichtung der wellenlängen-selektiven Bereiche angeordnet ist, und aus den simultan detektierten Intensitäten der mindestens zwei Empfängerbereiche die energetische Zusammensetzung der Röntgenstrahlung der Quelle bestimmt wird.The method for determining the energetic composition of X-radiation of a source comprises the following method steps:

- Injecting the polychromatic X-radiation of the source onto a reflective zone plate, wherein
- At least two different wavelength ranges of the incident X-ray radiation each reflected by predefined, juxtaposed, wavelength-selective areas of the reflective zone plate and diffracted and focused in each case predefined, separate, lying in a plane receiver areas, and
Detection of the X-ray radiation reflected and diffracted by the zone plate in the at least two receiver regions,

wherein the reflected and / or diffracted X-ray radiation of different wavelengths is focused by means of the wavelength-selective areas respectively into different focal points or focal areas such that the respective focal points or focal areas in the plane of the receiver areas along a line are arranged, and the longitudinal axis of the respective Focal points or focal areas formed line is arranged perpendicular or substantially perpendicular to the diffraction direction of the wavelength-selective regions, and from the simultaneously detected intensities of the at least two receiver areas, the energetic composition of the X-radiation of the source is determined.

Als Quelle im Sinne der Erfindung kann eine Primärquelle von Röntgenstrahlung, aber auch eine Probe verstanden werden, welche Röntgenstrahlung emittiert, reflektiert und/oder absorbiert (beispielsweise bei der Absorptionsspektroskopie).When Source in the sense of the invention may be a primary source of X-radiation, but also a sample can be understood, which emits X-rays reflected and / or absorbed (for example in absorption spectroscopy).

Erfindungsgemäß wird die Röntgenstrahlung in Abhängigkeit ihrer Wellenlänge (Energie) mittels der reflektierenden (Fresnelschen) Zonenplatte in eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten Bereichen fokussiert, so dass die unterschiedlichen Energien auf unterschiedliche Stellen eines ortsauflösenden Detektors treffen (der auch aus mehreren Detektoren aufgebaut sein kann) und aus den Messwerten des ortsauflösenden Detektors (bzw. der einzelnen Detektoren) auf das Spektrum bzw. die energetische Verteilung geschlossen werden kann.According to the invention X-radiation in dependence their wavelength (Energy) by means of the reflective (Fresnel) zone plate focused into a multitude of juxtaposed areas, so that the different energies in different places a spatially resolving Detector meet (which may also be composed of several detectors can) and from the measured values of the spatially resolving detector (or the individual detectors) on the spectrum or the energy distribution can be closed.

Vorzugsweise wird die von der Quelle stammende, polychromatische Röntgenstrahlung unter einem Winkel zwischen 0.05° (grad) und 5° (grad) auf die reflektierende Zonenplatte eingestrahlt. Vorzugsweise werden die reflektierende Zonenplatte von der Quelle in einem Abstand zwischen 5 mm und 50 mm angeordnet und/oder die Empfängerbereiche von der reflektierenden Zonenplatte in vergleichbaren Abständen angeordnet. Die Abstände hängen von der angestrebten Energieauflösung und der Größe des Detektors ab. Entsprechend kann die Fresnel-Struktur berechnet werden.Preferably becomes the source-derived polychromatic X-ray at an angle between 0.05 ° (degrees) and 5 ° (degrees) irradiated to the reflective zone plate. Preferably the reflective zone plate from the source at a distance between 5 mm and 50 mm arranged and / or the receiver areas of the reflective Zone plate arranged at comparable intervals. The distances depend on the desired energy resolution and the size of the detector from. Accordingly, the Fresnel structure can be calculated.

Gemäß der Erfindung wird die reflektierte und/oder gebeugte Röntgenstrahlung unterschiedlicher Wellenlänge mittels der wellenlängen-selektiven Bereiche jeweils in unterschiedliche Fokalpunkte oder Fokalbereiche derart fokussiert wird, dass die jeweiligen Fokalpunkte oder Fokalbereiche in der Ebene der Empfängerbereiche entlang einer Linie angeordnet sind, wobei die Längsachse der durch die jeweiligen Fokalpunkte oder Fokalbereiche gebildeten Linie senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zur Beugungsrichtung der wellenlangen-selektiven Bereiche angeordnet ist. Im Falle von Fokalbereichen wird die Linie durch die geometrischen Mittelpunkte der Fokalbereiche bestimmt.According to the invention the reflected and / or diffracted X-radiation becomes more different wavelength by means of the wavelength-selective regions each in different focal points or focal areas in such a way is focused that the respective focal points or focal areas in the level of recipient areas are arranged along a line, the longitudinal axis of which through the respective Focal points or focal areas formed line perpendicular or in Substantially perpendicular to the diffraction direction of the wavelength-selective regions is arranged. In the case of focal areas, the line is through determines the geometric centers of the focal areas.

Vorzugsweise wird die Fokussierung der eingestrahlten Röntgenstrahlung in voneinander getrennte Fokalpunkte oder Fokalbereiche in Abhängigkeit der Wellenlänge der Röntgenstrahlung mittels einer Vielzahl von reflektierenden Strukturen (vorzugsweise linienförmige Strukturen) realisiert, wobei die reflektierenden Strukturen vorzugsweise senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Röntgenstrahlung angeordnet sind. Vorzugsweise werden die wellenlängen-selektiven Bereiche in Bezug auf die Ausbreitungsrichtung der Röntgenstrahlung nebeneinander auf der Zonenplatte angeordnet.Preferably becomes the focusing of the irradiated X-radiation into each other separate focal points or focal areas depending on the wavelength of X-rays by means of a plurality of reflective structures (preferably linear Structures), wherein the reflective structures preferably perpendicular or substantially perpendicular to the direction of propagation the X-ray radiation are arranged. Preferably, the wavelength-selective regions in Reference to the propagation direction of the X-ray radiation next to each other arranged on the zone plate.

Der Vorteil der senkrechten Anordnung der reflektierenden Strukturen zur Ausbreitungsrichtung besteht in der Erfassung einer breiteren Energiebereiches mit einer gleichmäßigen Energieauflösung, im Gegensatz zu einer parallelen Anordnung, die eine gute Energieauflösung nur für einen schmalen Energiebereich ermöglicht.Of the Advantage of the vertical arrangement of the reflective structures to the direction of propagation consists in the detection of a broader Energy range with a uniform energy resolution, in the Unlike a parallel arrangement, the good energy resolution only for one narrow energy range allows.

Vorzugsweise verändern (vergrößern) sich die Abstände der einzelnen Strukturen eines wellenlängen-selektiven Bereichs entlang der Zonenplatte in Ausbreitungsrichtung der Röntgenstrahlung kontinuierlich. Vorzugsweise wird Röntgenstrahlung, welche auf die Empfängerebene außerhalb der durch die Fokalpunkte (oder Fokalbereiche) definierten Bereiche trifft, mittels einer Blende abgeschirmt oder auf einem zweidimensionalen Detektor nur im vorbestimmten Bereich ausgelesen; dadurch kann unerwünschtes Streulicht vermieden oder zumindest effektiv unterdrückt werden.Preferably change (enlarge) the distances the individual structures of a wavelength-selective area along the zone plate in the propagation direction of the X-ray continuously. Preferably, X-radiation, which at the receiver level outside the areas defined by the focal points (or focal areas) meets, shielded by a shutter or on a two-dimensional Detector read only in the predetermined range; This can be undesirable Scattered light can be avoided or at least effectively suppressed.

Vorzugsweise wird die von der Quelle stammende, polychromatische Röntgenstrahlung auf eine erste reflektierende Zonenplatte und mindestens eine zweite reflektierende Zonenplatte eingestrahlt, und die von den Zonenplatten reflektierte und gebeugte Röntgenstrahlung in den mindestens zwei Empfängerbereichen detektiert. Dadurch ist es möglich, mit jeder Zonenplatte einen gesonderten Energiebereich sehr hoch aufzulösen und simultan zu messen, diese Energiebereiche können aneinander anschließen oder sich überlagern. Vorzugsweise werden die erste reflektierende Zonenplatte und die zweite reflektierende Zonenplatte derart zueinander positioniert, dass die jeweils von den Zonenplatten reflektierte und gebeugte Röntgenstrahlung derart fokussiert wird, dass die jeweiligen Fokalpunkte oder Fokalbereiche auf einen gemeinsamen, ortsauflösenden Detektor treffen.Preferably becomes the source-derived polychromatic X-ray on a first reflective zone plate and at least one second reflecting zone plate irradiated, and that of the zone plates reflected and diffracted X-rays in the at least two receiver areas detected. This makes it possible with each zone plate a separate energy range very high dissolve and to measure simultaneously, these energy ranges can connect to each other or to overlap. Preferably, the first reflective zone plate and the second reflective zone plate positioned to each other such that each of the zone plates reflected and diffracted X-rays is focused such that the respective focal points or focal areas to a common, spatially resolving Meet detector.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung eines Spektrums von Röntgenstrahlung einer Quelle weist auf: mindestens eine reflektierende Zonenplatte und mindestens einen ortsauflösenden Detektor, wobei die reflektierende Zonenplatte mindestens zwei vordefinierte, nebeneinander angeordnete, wellenlängen-selektive Bereiche und der ortsauflösende Detektor mindestens zwei korrespondierende Empfängerbereiche aufweist, und die wellenlängen-selektiven Bereiche in Relation zu den Empfängerbereichen derart angeordnet sind, dass die Verbindungslinie zweier benachbarter wellenlängen-selektiver Bereiche entlang einer Linie angeordnet ist, und die Verbindungslinie zweier benachbarter wellenlängen-selektiver Bereiche senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zu einer Verbindungslinie zwischen den jeweiligen wellenlängen-selektiven Bereichen und einem korrespondierenden Empfängerbereich verläuft, wobei eine Vielzahl wellenlängen-selektiver Bereiche durch eine Vielzahl reflektierender Strukturen ausgebildet ist, wobei sich die reflektierenden Strukturen kontinuierlich über sämtliche wellenlängen-selektive Bereiche erstrecken, und sich der Abstand benachbarter Strukturen entlang der Längserstreckung der Strukturen von einem ersten Ende der benachbarten Strukturen zu einem zweiten Ende der benachbarten Strukturen entsprechend der Fresnel-Beziehung kontinuierlich verändert, und sich der Abstand benachbarter Strukturen entlang einer Achse senkrecht zur Längserstreckung der Strukturen von einem dem Detektor abgewandten Ende der Zonenplatte zu einem dem Detektor zugewandten Ende der Zonenplatte entsprechend der Fresnel-Beziehung kontinuierlich verändert, und die reflektierenden Strukturen auf der Oberfläche der Zonenplatte bogenförmig ausgebildet sind, wobei die reflektierenden Strukturen eine dem zu messenden Wellenlängenbereich sowie den geometrischen Dimensionen und Abständen von Quelle, Zonenplatte und Detektor entsprechende Krümmung aufweisen.The inventive device for determining a spectrum of X-radiation of a source indicates: at least one reflective zone plate and at least a spatially resolving detector, wherein the reflective zone plate has at least two predefined, juxtaposed, wavelength-selective areas and the spatially resolving Detector has at least two corresponding receiver areas, and the wavelength-selective Areas in relation to the receiver areas are arranged such that the connecting line of two adjacent wavelength-selective Areas are arranged along a line, and the connecting line two adjacent wavelength-selective Areas perpendicular or substantially perpendicular to a connecting line between the respective wavelength-selective Areas and a corresponding receiver area runs, wherein a variety of wavelength-selective Regions formed by a plurality of reflective structures is, wherein the reflective structures continuously over all wavelength-selective Ranges extend, and the spacing of adjacent structures along the longitudinal extent the structures of a first end of the adjacent structures to a second end of the adjacent structures according to the Fresnel relationship continuously changed and the spacing of adjacent structures along an axis perpendicular to the longitudinal extent the structures of a detector plate remote from the end of the zone plate to a detector-facing end of the zone plate accordingly the Fresnel relationship continuously changed, and the reflective structures on the surface of the Zone plate arcuate are formed, wherein the reflective structures a the to be measured wavelength range as well as the geometric dimensions and distances of source, zone plate and detector corresponding curvature exhibit.

Vorzugsweise verläuft die Verbindungslinie zweier benachbarter wellenlängenselektiver Bereiche senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zu einer Verbindungslinie zwischen den jeweiligen wellenlängen-selektiven Bereichen und einem korrespondierenden Empfängerbereich. Vorzugsweise weist die Zonenplatte ein Trägersubstrat mit einer planar ausgebildeten Oberseite auf. Vorzugsweise sind auf der Oberseite des Trägersubstrats reflektierende Strukturen (vorzugsweise linienförmige Strukturen) angeordnet.Preferably extends the connecting line of two adjacent wavelength-selective areas perpendicular or substantially perpendicular to a connecting line between the respective wavelength-selective Areas and a corresponding receiver area. Preferably, the Zone plate a carrier substrate with a planar upper side. Preferably on the top of the carrier substrate reflective structures (preferably line-shaped structures) arranged.

Vorzugsweise weist die Verbindungslinie zwischen dem ortsauflösenden Detektor und der Zonenplatte zur Oberseite des Trägersubstrats einen Winkel zwischen 0.05° (grad) und 5° (grad) auf und/oder die Empfängerbereiche sind von der reflektierenden Zonenplatte in einem Abstand zwischen 5 mm und 50 mm angeordnet. Vorzugsweise sind die reflektierenden Strukturen durch Stege mit einer Höhe zwischen 5 nm und 40 nm ausgebildet und/oder die Breite der der Strukturen liegen im Bereich zwischen 0.1 μm und 3 μm.Preferably indicates the connecting line between the spatially resolving detector and the zone plate to the top of the carrier substrate an angle between 0.05 ° (degrees) and 5 ° (degrees) on and / or the recipient areas are spaced from the reflective zone plate at a distance 5 mm and 50 mm arranged. Preferably, the reflective ones Structures by webs with a height between 5 nm and 40 nm formed and / or the width of the structures are in the range between 0.1 μm and 3 μm.

Vorzugsweise sind die wellenlängen-selektiven Bereiche durch eine Vielzahl reflektierender Strukturen ausgebildet, wobei die reflektierenden Strukturen benachbarter wellenlängen-selektiver Bereiche kontinuierlich ineinander übergehen und sich über sämtliche wellenlängen-selektive Bereiche erstrecken können, und sich der Abstand benachbarter Strukturen entlang der Längserstreckung der Strukturen von einem ersten Ende der benachbarten Strukturen zu einem zweiten Ende der benachbarten Strukturen entsprechend der Fresnel-Beziehung kontinuierlich verändert.Preferably are the wavelength-selective ones Areas formed by a plurality of reflective structures, wherein the reflective structures of adjacent wavelength-selective Areas continuously merge into each other and over all wavelength selective Can extend areas, and the spacing of adjacent structures along the longitudinal extent the structures of a first end of the adjacent structures to a second end of the adjacent structures corresponding to Fresnel relationship continuous changed.

Gemäß der Erfindung sind die Strukturen auf der Oberfläche der Zonenplatte bogenförmig ausgebildet, wobei die reflektierenden Strukturen eine dem zu messenden Wellenlängenbereich sowie den geometrischen Dimensionen und Abständen von Quelle, Zonenplatte und Detektor entsprechende Krümmung aufweisen. Vorzugsweise beträgt die Länge der Linien zwischen 5 mm und 50 mm. Vorzugsweise erhöht sich die Krümmung der reflektierenden Strukturen von einem ersten Ende der Strukturen zu einem zweiten Ende der Strukturen (entlang der Linie) kontinuierlich. Vorzugsweise ist die Form des Querschnitts der Strukturen (auf den Querschnitt bezogen) beliebig aperiodischer Art (rechteckförmig, trapezförmig oder sinusförmig).According to the invention, the structures on the surface of the zone plate are arcuate wherein the reflective structures have a curvature corresponding to the wavelength range to be measured and the geometric dimensions and distances of source, zone plate and detector. Preferably, the length of the lines is between 5 mm and 50 mm. Preferably, the curvature of the reflective structures continuously increases from a first end of the structures to a second end of the structures (along the line). Preferably, the shape of the cross section of the structures (relative to the cross section) is of any aperiodic type (rectangular, trapezoidal or sinusoidal).

Gemäß der Erfindung ist der Abstand benachbarter Empfängerbereiche entsprechend dem zu messenden Wellenlängenbereich sowie den geometrischen Dimensionen und Abständen von Quelle, Zonenplatte und Detektor ausgebildet. Vorzugsweise beträgt der Abstand benachbarter Empfängerbereiche zwischen 10 μm und einige mm (vorzugsweise 5 mm) und/oder sämtliche Empfängerbereiche sind entlang einer parallel zur Oberfläche des Trägersubstrats verlaufenden Linie angeordnet.According to the invention is the distance of adjacent receiver areas corresponding to that measuring wavelength range as well as the geometric dimensions and distances of source, zone plate and detector formed. Preferably, the distance is adjacent receiver areas between 10 μm and a few mm (preferably 5 mm) and / or all receiver areas are along a line parallel to the surface of the carrier substrate arranged.

Vorzugsweise weist die Vorrichtung Mittel zur Erfassung und Berechnung des Spektrums (energetische Verteilung) der Röntgenstrahlung der Quelle aus den simultan detektierten Intensitäten der mindestens zwei Empfängerbereiche auf.Preferably The device has means for acquiring and calculating the spectrum (energetic distribution) of the X-radiation the source of the simultaneously detected intensities of at least two receiver areas on.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung ist mindestens eine weitere (zweite) reflektierende Zonenplatte vorgesehen, wobei die erste reflektierende Zonenplatte und die zweite reflektierende Zonenplatte derart zueinander angeordnet sind, dass die jeweils von den Zonenplatten reflektierte und gebeugte Röntgenstrahlung derart fokussiert wird, dass die jeweiligen Fokalpunkte oder Fokalbereiche auf einen gemeinsamen, ortsauflösenden Detektor (bezüglich unterschiedlicher Energien der Strahlung räumlich getrennt) treffen. Vorzugsweise sind die erste reflektierende Zonenplatte und die zweite reflektierende Zonenplatte parallel zueinander angeordnet (übereinander oder hintereinander). Vorzugsweise weist auch die zweite Zonenplatte ein Trägersubstrat mit einer planar ausgebildeten Oberseite sowie auf der Oberseite des Trägersubstrats angeordnete reflektierende Strukturen auf, wobei die Strukturen der ersten reflektierenden Zonenplatte und die Strukturen der zweiten reflektierenden Zonenplatte derart dimensioniert sind, dass jeweils eine Fokussierung unterschiedlicher Wellenlängenbereiche) bzw. Energien der Röntgen-Strahlung auf den Detektor (bzw. entsprechende Detektoren) erfolgt.In a further preferred embodiment The invention is at least one further (second) reflective Zone plate provided, wherein the first reflective zone plate and the second reflective zone plate are arranged relative to each other are that each of the zone plates reflected and diffracted X-rays is focused such that the respective focal points or focal areas to a common, spatially resolving Detector (with respect different energies of the radiation spatially separated) meet. Preferably are the first reflective zone plate and the second reflective one Zone plate arranged parallel to each other (one above the other or behind each other). Preferably, the second zone plate also has a carrier substrate with a planar top side and on top of the carrier substrate arranged on reflective structures, wherein the structures the first reflective zone plate and the structures of the second reflective zone plate are dimensioned such that each one Focusing different wavelength ranges) or energies the x-ray radiation on the Detector (or corresponding detectors) takes place.

Die Erfindung soll nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Es zeigen:The Invention will be explained below with reference to exemplary embodiments. Show it:

1a: eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Röntgenspektroskopie in schematischer, perspektivischer Darstellung mit einer Zonenplatte, die ein Trägersubstrat mit einer ebenen Oberfläche aufweist, 1a FIG. 2 shows a schematic perspective view of a device according to the invention for X-ray spectroscopy with a zone plate having a carrier substrate with a planar surface, FIG.

1b: eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Röntgenspektroskopie in schematischer, perspektivischer Darstellung mit einer Zonenplatte, die ein Trägersubstrat mit einer gekrümmten Oberfläche aufweist, 1b FIG. 2 shows a schematic perspective view of a device according to the invention for X-ray spectroscopy with a zone plate having a carrier substrate with a curved surface, FIG.

2: die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Röntgenspektroskopie gemäß 1a in schematischer Aufsicht, 2 : the device according to the invention for X-ray spectroscopy according to 1a in a schematic view,

3: die in der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendete reflektierende Zonenplatte in schematischer, geschnittener Darstellung, 3 : the reflective zone plate used in the device according to the invention in a schematic, sectional representation,

4: eine alternative Ausführungsvariante einer in der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendeten reflektierenden Zonenplatte mit Blaze-Anordnung in schematischer, geschnittener Darstellung, 4 FIG. 2: an alternative embodiment of a reflective zone plate with blaze arrangement used in the device according to the invention, in a schematic, sectional illustration,

5: die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Röntgenfluoreszenz-Spektroskopie, 5 : the use of the device according to the invention for X-ray fluorescence spectroscopy,

6: die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur breitbandigen simultanen Charakterisierung von kurzzeitigen Plasmaquellen, 6 : the use of the device according to the invention for the broadband simultaneous characterization of short-term plasma sources,

7: die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur ortsabhängigen und hochaufgelösten Messung von Röntgenabsorptionsspektren, 7 : the use of the device according to the invention for the location-dependent and high-resolution measurement of X-ray absorption spectra,

8: eine erfindungsgemäße Vorrichtung nach einer weiteren Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung mit zwei reflektierenden Zonenplatten, und 8th a device according to the invention according to a further embodiment variant of the present invention with two reflective zone plates, and

9: eine erfindungsgemäße Vorrichtung nach einer alternativen Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung mit zwei reflektierenden Zonenplatten. 9 a device according to the invention according to an alternative embodiment of the present invention with two reflective zone plates.

1a zeigt eine bevorzugte Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Vorrichtung in schematischer, perspektivischer Darstellung. Zur Bestimmung der energetischen Zusammensetzung von elektromagnetischer Strahlung (bevorzugt Röntgenstrahlung) der Röntgenstrahlungsquelle 10 wird die von dieser Strahlungsquelle 10 stammende Röntgenstrahlung erfindungsgemäß auf die reflektierende Zonenplatte 12 gestrahlt, wobei die reflektierende Zonenplatte 12 derart ausgebildet ist, dass Röntgenstrahlung eines bestimmten Wellenlängenbereiches in einen vordefinierten Detektorbereich des ortsauflösenden Detektors 16 fokussiert wird. Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach 1a ist die Oberfläche der Zonenplatte 12 eben (planar) ausgebildet. Diese Planarität bezieht sich jedoch nicht auf die reflektierenden Linien 20 (siehe 3 und 4), sondern auf die Oberfläche des Trägersubstrats 18 der Zonenplatte 12. In einer alternativen Ausgestaltung (1b) ist es vorgesehen, dass die Oberfläche des Trägersubstrats 18 der zur Innenseite gekrümmt (konkav) ausgebildet ist. Durch die Verwendung einer gekrümmten Zonenplatte 12 kann eine höhere Lichtstärke im Detektor 16 erzielt werden; jedoch ist die Herstellung einer solchen gekrümmten Zonenplatte 12 (1b) technologisch deutlich aufwändiger als bei einer Zonenplatte mit planarem Trägersubstrat. Die Krümmung der Zonenplatte 12 ist den jeweiligen geometrischen Bedingungen (d. h. dem Abstand der Röntgenquelle 10 zur Zonenplatte 12 bzw. zu den einzelnen Bereichen 14 sowie dem Abstand der Bereiche 14 von den Detektorbereichen 22 sowie den entsprechenden Winkeln) derart angepasst, dass in den Detektorbereichen 22 eine maximale Lichtstärke erzielt wird. 1a shows a preferred embodiment of the device according to the invention in a schematic, perspective view. For determining the energetic composition of electromagnetic radiation (preferably X-radiation) of the X-ray source 10 becomes the of this radiation source 10 originating X-radiation according to the invention on the reflective zone plate 12 blasted, with the reflective zone plate 12 is formed such that X-radiation of a certain wavelength range in a predefined detector range of the spatially resolving detector 16 is focused. According to the Embodiment after 1a is the surface of the zone plate 12 planar (planar) formed. However, this planarity does not relate to the reflective lines 20 (please refer 3 and 4 ), but on the surface of the carrier substrate 18 the zone plate 12 , In an alternative embodiment ( 1b ) it is provided that the surface of the carrier substrate 18 which is curved to the inside (concave) is formed. By using a curved zone plate 12 can be a higher light level in the detector 16 be achieved; however, the production of such a curved zone plate is 12 ( 1b ) Technologically much more complex than in a zone plate with a planar carrier substrate. The curvature of the zone plate 12 is the respective geometric conditions (ie the distance of the X-ray source 10 to the zone plate 12 or to the individual areas 14 as well as the distance of the areas 14 from the detector areas 22 and the corresponding angles) adapted such that in the detector areas 22 a maximum light intensity is achieved.

Der Detektor 16 verfügt über eine Schlitzblende 26, die sich in der Fokalebene der Zonenplatte 12 vor dem Detektor 16 befindet und gestreutes, nicht fokussiertes Licht von der Detektion abhält. Eine Alternative zur Verwendung einer Schlitzblende 26 besteht darin, dass nur der Fokalbereich aus dem Detektor 16 ausgelesen wird, dann wäre die Schlitzblende 26 nicht erforderlich. Die Zonenplatte 12 ist derart konzipiert, dass unterschiedliche Wellenlängen in unterschiedliche Detektorbereiche 22 (2) fokussiert werden. Hierdurch kann das erfindungsgemäße wellenlängendispersive System eine simultane Registrierung der aufgespalteten Röntgenstrahlung über einen großen Energiebereich realisieren. Als Detektoren können vorzugsweise lineare Arrays von Fotodioden, CCD oder auch ortsauflösende Prop-Counter verwendet werden. Um eine Dispersion der Strahlung entlang des Detektors 16 in die einzelnen Detektorbereiche 22 (s. 2) zu erreichen, ist es erforderlich, dass jeder Bereich 14 der Zonenplatte 12 für eine andere Energie entworfen ist, so dass eine kontinuierliche Abbildung des Spektrums erfolgen kann. Die fünf unterschiedlichen Bereiche 14 der Zonenplatte 12 in 2 sind mit Indizes λ₁ bis λ₅ versehen, um zu visualisieren, dass die jeweiligen Bereiche fünf unterschiedlichen Wellenlängen λ₁ bis λ₅ in die entsprechend zugeordneten Detektorbereiche 22 fokussieren. Das Detektorsystem ist an die Energieauflösung, aber auch den detektierenden Energiebereich anzupassen. Im Ausführungsbeispiel wird ein Energiebereich von 1000 eV (beispielsweise zwischen 500 und 1500 eV) mit einer Auflösung von etwa 10 eV erreicht (bei einem Detektor mit 100 Kanälen). Die Zonenplatte 12 ist dazu den jeweiligen geometrischen Bedingungen, d. h. dem Abstand der Röntgenquelle 10 zur Zonenplatte 12 bzw. zu den einzelnen Bereichen 14 sowie dem Abstand der Bereiche 14 von den Detektorbereichen 22 sowie den entsprechenden Winkeln anzupassen.The detector 16 has a slit diaphragm 26 located in the focal plane of the zone plate 12 in front of the detector 16 and scatters scattered, non-focused light from the detection. An alternative to using a slit 26 is that only the focal area from the detector 16 is read, then the slit would be 26 not mandatory. The zone plate 12 is designed so that different wavelengths in different detector areas 22 ( 2 ). As a result, the wavelength-dispersive system according to the invention can realize a simultaneous registration of the split X-radiation over a large energy range. As detectors preferably linear arrays of photodiodes, CCD or even spatially resolving prop-counters can be used. To a dispersion of radiation along the detector 16 into the individual detector areas 22 (S. 2 To achieve it, it is required that every area 14 the zone plate 12 is designed for a different energy, so that a continuous mapping of the spectrum can take place. The five different areas 14 the zone plate 12 in 2 are provided with indices λ ₁ to λ ₅ in order to visualize that the respective regions of five different wavelengths λ ₁ to λ ₅ in the correspondingly associated detector areas 22 focus. The detector system must be adapted to the energy resolution but also to the detecting energy range. In the embodiment, an energy range of 1000 eV (for example, between 500 and 1500 eV) is achieved with a resolution of about 10 eV (for a detector with 100 channels). The zone plate 12 is to the respective geometric conditions, ie the distance of the X-ray source 10 to the zone plate 12 or to the individual areas 14 as well as the distance of the areas 14 from the detector areas 22 as well as the corresponding angles.

In den 3 und 4 ist die schematische Darstellung eines Querschnitts der verwendeten Zonenplatte 12 dargestellt. Die reflektierende Zonenplatte 12 kann aus einem Substrat 18 (beispielsweise ein superpolierter Si-Wafer 18 mit metallisch-reflektierenden Strukturen 20, z. B. aus Gold oder Silber) bestehen. Die entsprechenden Strukturen 20 auf der Oberfläche können beispielsweise durch Ätzen und/oder Bedampfen auf der Oberfläche 18 abgebildet werden. Wie aus 1a und 1b ersichtlich, ist es besonders bevorzugt, dass die reflektierenden. Strukturen 20 für die unterschiedlichen Bereiche 14 (2) kontinuierlich ineinander übergehen, so dass entlang der Linie des Detektors 16 ein kontinuierliches Spektrum der Röntgenstrahlung der Quelle 10 gemessen werden kann. Die Energieauflösung wird dann durch die Anzahl der Kanäle des Detektors 16 entlang der durch die Fokalpunkte gebildeten Linien (auch für die einzelnen Wellenlängen) sowie die Präzision der Strukturen bestimmt. Im Ausführungsbeispiel wurde beispielsweise ein Detektor 16 mit einer Länge von 25 mm und einer Auflösung von 1024 Kanälen verwendet. Die gemessenen Signale der einzelnen Kanäle können über entsprechende Nachweiseffektivitätskurven korrigiert werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung soll insbesondere zur Detektion von niederenergetischer Röntgenstrahlung bis 4 keV verwendet werden. 4 zeigt eine Blaze-Struktur, die ebenfalls für die Erzeugung der Phasenunterschiede eingesetzt werden kann.In the 3 and 4 is the schematic representation of a cross section of the zone plate used 12 shown. The reflective zone plate 12 can be from a substrate 18 (For example, a superpolished Si wafer 18 with metallic-reflective structures 20 , z. As gold or silver) exist. The corresponding structures 20 on the surface, for example, by etching and / or vapor deposition on the surface 18 be imaged. How out 1a and 1b it is particularly preferred that the reflective. structures 20 for the different areas 14 ( 2 ) continuously merge into each other, so that along the line of the detector 16 a continuous spectrum of X-rays of the source 10 can be measured. The energy resolution is then determined by the number of channels of the detector 16 along the lines formed by the focal points (also for the individual wavelengths) as well as the precision of the structures determined. In the exemplary embodiment, for example, a detector 16 used with a length of 25 mm and a resolution of 1024 channels. The measured signals of the individual channels can be corrected by means of corresponding detection effectiveness curves. The device according to the invention should be used in particular for the detection of low-energy X-radiation up to 4 keV. 4 shows a blaze structure, which can also be used for the generation of phase differences.

Die Abbildung des Spektrums kann durch eine derartige erfindungsgemäße Anordnung sowohl im Maßstab 1:1, aber auch vergrößernd oder verkleinernd erfolgen. Damit ergeben sich Möglichkeiten für die Anpassung der Energieauflösung und Geometrie an die jeweiligen Applikationen, so dass stets Detektoren mit vordefinierten Größen (Pixelgröße und -anzahl) verwendet werden können.The Illustration of the spectrum can by such an inventive arrangement both in scale 1: 1, but also enlarging or made smaller. This creates opportunities for customization the energy resolution and geometry to the respective applications, so that always detectors with predefined sizes (pixel size and number) can be used.

5 zeigt die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Fluoreszenz-Spektroskopie in einem Elektronenmikroskop. Durch den Elektronenstrahl 30 eines Elektronenmikroskops (das Bezugszeichen 32 bezieht sich hier auf den Polschuh des Elektronenmikroskops) wird die Probe 11 zur Fluoreszenz und damit zur Emission von Röntgenstrahlung angeregt und stellt somit die Quelle 10 für die Röntgenspektroskopie dar. Die von der Probe 11 emittierte, polychromatische Röntgenstrahlung 28 wird nun durch die reflektierende Zonenplatte 12 auf den Detektor 16 abgebildet, wobei die Röntgenstrahlung analog 1a (und 1b) in Abhängigkeit ihrer Energie in unterschiedliche Bereiche 22 des Detektors 16 fokussiert und somit getrennt detektiert werden kann, wodurch das Spektrum der von der Probe 11 emittierten Röntgenstrahlung simultan ermittelt werden kann. 5 shows the use of the device according to the invention for fluorescence spectroscopy in an electron microscope. Through the electron beam 30 an electron microscope (the reference numeral 32 here refers to the pole piece of the electron microscope) becomes the sample 11 stimulated the fluorescence and thus the emission of X-rays and thus represents the source 10 for X-ray spectroscopy. That of the sample 11 emitted, polychromatic X-ray radiation 28 will now pass through the reflective zone plate 12 on the detector 16 imaged, where the x-ray radiation analog 1a (and 1b ) depending on their energy in different areas 22 of the detector 16 focused and thus can be detected separately, reducing the spectrum of the sample 11 emitted X-ray simultaneously can be averaged.

6 zeigt die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur breitbindigen simultanen Charakterisierung von Plasmaquellen. Dabei wird die Strahlung 38 eines Pump-Lasers (Anregungsstrahlung) auf ein Target-Material 36 fokussiert, wodurch ein Plasma 34 angeregt wird, welches als Quelle 10 der Röntgenstrahlung dient. Die vom Plasma 34 emittierte Röntgenstrahlung 28 wird nun wieder über die reflektierende Zonenplatte 12 auf den Detektor 16 geleitet und dabei in Abhängigkeit der Wellenlänge in unterschiedliche Bereiche 22 des Detektors 16 (ortsauflösend) fokussiert (analog 1a, 1b und 2), so dass hierdurch die energetische Zusammensetzung der polychromatischen Röntgenstrahlung 28 des Plasmas 34 bestimmt werden kann. 6 shows the use of the device according to the invention for the broad-spectrum simultaneous characterization of plasma sources. This is the radiation 38 a pump laser (excitation radiation) on a target material 36 focused, creating a plasma 34 is stimulated, which as a source 10 the X-radiation is used. The plasma 34 emitted x-radiation 28 will now go back over the reflective zone plate 12 on the detector 16 guided and thereby depending on the wavelength in different areas 22 of the detector 16 (local resolution) focused (analog 1a . 1b and 2 ), so that thereby the energetic composition of the polychromatic X-ray 28 of the plasma 34 can be determined.

In 7 ist die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur hochauflösenden Absorptionsspektroskopie von Röntgenstrahlung schematisch dargestellt. Die Röntgenstrahlung einer Röntgenquelle 10 wird in Transmission auf eine Probe 11 eingestrahlt, wobei die von der Röntgenstrahlungsquelle 10 emittierte Röntgenstrahlung teilweise durch die Probe 11 absorbiert wird, wodurch aus dem detektierten Spektrum Rückschlüsse auf die Probe 11 gezogen werden können. Die durch die Probe 11 modifizierte Röntgenstrahlung 28 wird nun wiederum über die reflektierende Zonenplatte 12 auf den ortsauflösenden Detektor 16 geleitet und dabei entsprechend der Wellenlänge in unterschiedlichen Bereichen fokussiert (analog 1a, 1b und 2), so dass hierdurch das Absorptionsspektrum der Probe 11 bestimmt werden kann.In 7 the use of the device according to the invention for high-resolution absorption spectroscopy of X-radiation is shown schematically. The x-ray radiation of an x-ray source 10 is in transmission to a sample 11 irradiated, that of the X-ray source 10 emitted X-rays partly through the sample 11 is absorbed, which from the detected spectrum conclusions on the sample 11 can be pulled. The through the sample 11 modified X-radiation 28 will turn over the reflective zone plate 12 on the spatially resolving detector 16 directed and thereby focused according to the wavelength in different areas (analog 1a . 1b and 2 ), so that thereby the absorption spectrum of the sample 11 can be determined.

8 und zeigen jeweils eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung, wobei eine erste reflektierende Zonenplatte 12 und eine zweite reflektierende Zonenplatte 13, welche für unterschiedliche Energiebereiche ausgelegt sind, derart angeordnet werden, dass die Röntgenstrahlung der Quelle 10 sowohl über die erste reflektierende Zonenplatte 12 als auch über die zweite reflektierende Zonenplatte 13 auf einen Detektor 16 bzw. eine Vielzahl von Detektoren geleitet wird. Dabei sind die reflektierenden Zonenplatten 12 und 13 für unterschiedliche, sich vorzugsweise nicht überlappende Energiebereiche ausgelegt, d. h., dass die reflektierende Zonenplatte 12 Röntgenstrahlung auf den Detektor 16 fokussiert, die sich in ihrer Wellenlänge von der Röntgenstrahlung unterscheidet, die durch die reflektierende Zonenplatte 13 auf den Detektor 16 fokussiert wird. Mit dieser bevorzugten Ausführungsvariante ist es möglich, besonders große Energiebereiche simultan zu detektieren. 8th and each show a further preferred embodiment of the invention, wherein a first reflective zone plate 12 and a second reflective zone plate 13 , which are designed for different energy ranges, are arranged such that the X-radiation of the source 10 over both the first reflective zone plate 12 as well as over the second reflective zone plate 13 on a detector 16 or a plurality of detectors is passed. Here are the reflective zone plates 12 and 13 designed for different, preferably non-overlapping energy ranges, ie that the reflective zone plate 12 X-radiation on the detector 16 which differs in wavelength from the X-ray radiation passing through the reflective zone plate 13 on the detector 16 is focused. With this preferred embodiment, it is possible to simultaneously detect particularly large energy ranges.

Wie in 8 und 9 dargestellt, sind die beiden Zonenplatten 12, 13 vorzugsweise übereinander oder nebeneinander angeordnet.As in 8th and 9 shown, are the two zone plates 12 . 13 preferably arranged one above the other or side by side.

1010: Quellesource
1111: Probesample
1212: Zonenplattezone plate
1313: zusätzliche (zweite) Zonenplatteadditional (second) zone plate
1414: wellenlängen-selektiver Bereichwavelength-selective Area
1616: ortsauflösender DetektorSpatial resolution detector
1818: Trägersubstrat der Zonenplattecarrier substrate the zone plate
2020: reflektierende Struktur/Linie der Zonenplattereflective Structure / line of the zone plate
2222: Empfängerbereichrecipient scope
2424: Empfängerebenereceiver plane
2626: Schlitzblendeslit
2828: Röntgenstrahlung (polychromatisch)X-rays (Polychromatic)
3030: Elektronenstrahlelectron beam
3232: Polschuh eines REMpole a REM
3434: Plasmaplasma
3636: Target-MaterialTarget Material
3838: Anregungsstrahlung (fokussierte Pumplaserstrahlung)excitation radiation (focused pump laser radiation)

Claims

Method for determining the energetic composition of X-radiation of a source ( 10 . 11 ) comprising the following steps: - irradiation of the polychromatic X-ray source ( 10 . 11 ) on a reflective zone plate ( 12 ), wherein - at least two different wavelength ranges of the irradiated X-ray radiation in each case by predefined, juxtaposed, wavelength-selective regions ( 14 ) of the reflective zone plate ( 12 ) reflected and diffracted and in each case predefined, separated, in one plane ( 24 ) receiver areas ( 22 ), and - detection of the zone plate ( 12 ) reflected and diffracted X-radiation in the at least two receiver areas ( 22 ), characterized in that the reflected and / or diffracted X-radiation of different wavelengths by means of the wavelength-selective regions ( 14 ) is focused in each case in different focal points or focal areas such that the respective focal points or focal areas in the plane ( 24 ) of the recipient areas ( 22 ) are arranged along a line, and the longitudinal axis of the line formed by the respective focal points or focal regions perpendicular or substantially perpendicular to the diffraction direction of the wavelength-selective regions (FIG. 14 ), and from the simultaneously detected intensities of the at least two receiver regions ( 22 ) the energetic composition of the X-ray source ( 10 . 11 ) is determined.

Method according to claim 1, characterized in that X-ray radiation directed to the receiver plane ( 24 outside of by the Focal points or focal areas defined areas, is shielded by a diaphragm or that only the predetermined range is read on a two-dimensional detector.

Method according to claim 1 or 2, characterized in that the polychromatic X-radiation of the source ( 10 . 11 ) below the limit angle for the total reflection on the reflective zone plate ( 12 ) is irradiated.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the polychromatic X-radiation of the source ( 10 . 11 ) at an angle between 0.05 and 5 ° on the reflective zone plate ( 12 ) is irradiated.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the polychromatic X-radiation of the source ( 10 . 11 ) at the BRAGG angle on the structured multilayer and / or crystal zone plate ( 12 ) is irradiated.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the focusing of the irradiated X-radiation in separate focal points or focal areas in dependence of the wavelengths of the X-ray radiation by means of a plurality of reflective structures ( 20 ) is realized, wherein the reflective structures ( 20 ) are arranged perpendicular or substantially perpendicular to the propagation direction of the X-radiation.

Method according to claim 6, characterized in that the reflecting structures ( 20 ) are formed by lines.

Method according to one of the claims 6 and 7, characterized in that the distances of the individual structures ( 20 ) of a wavelength-selective region ( 14 ) along the zone plate ( 12 ) continuously change in the propagation direction of the X-radiation.

Method according to claim 8, characterized in that the distances between the individual structures ( 20 ) of a wavelength-selective range ( 14 ) along the zone plate ( 12 ) continuously increase in the propagation direction of the X-ray radiation.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the source ( 10 . 11 ), polychromatic X-ray radiation on a first reflective zone plate ( 12 ) and at least one second reflective zone plate ( 13 ) and that of the zone plates ( 12 . 13 ) reflected and diffracted X-radiation in the at least two receiver areas ( 22 ), and the first reflective zone plate ( 12 ) and the second reflective zone plate ( 13 ) are positioned relative to each other such that each of the zone plates ( 12 . 13 Reflected and diffracted X-ray radiation is focused such that the respective focal points or focal areas on a common, spatially resolving detector ( 16 ), the first reflective zone plate ( 12 ) and the at least second reflective zone plate ( 13 ) are designed to focus different energy ranges.

Device for determining a spectrum of X-radiation of a source ( 10 . 11 ) comprising: at least one reflective zone plate ( 12 ) and at least one spatially resolving detector ( 16 ), wherein the reflective zone plate ( 12 ) at least two predefined, juxtaposed, wavelength-selective regions ( 14 ) and the spatially resolving detector ( 16 ) at least two corresponding receiver areas ( 22 ), and the wavelength-selective regions ( 14 ) in relation to the recipient areas ( 22 ) are arranged such that the connecting line of two adjacent wavelength-selective regions ( 14 ) is arranged along a line, and the connecting line of two adjacent wavelength-selective regions ( 14 ) perpendicular or substantially perpendicular to a connecting line between the respective wavelength-selective regions ( 14 ) and a corresponding receiver area ( 22 ), characterized in that a plurality of wavelength-selective regions ( 14 ) by a plurality of reflective structures ( 20 ), wherein the reflective structures ( 20 ) continuously over all wavelength-selective regions ( 14 ), and the spacing of adjacent structures ( 20 ) along the longitudinal extent of the structures ( 20 ) from a first end of the adjacent structures ( 20 ) to a second end of the adjacent structures ( 20 ) is continuously changed according to the Fresnel relationship, and the spacing of adjacent structures ( 20 ) along an axis perpendicular to the longitudinal extent of the structures ( 20 ) from a detector ( 16 ) facing away from the zone plate ( 12 ) to a detector ( 16 ) facing end of the zone plate ( 12 ) is continuously changed according to the Fresnel relationship, and the reflective structures ( 20 ) on the surface of the zone plate ( 12 ) are arc-shaped, wherein the reflective structures ( 20 ) a wavelength range to be measured as well as the geometric dimensions and distances from source ( 10 . 11 ), Zone plate ( 12 ) and detector ( 16 ) have corresponding curvature.

Device according to claim 11, since characterized in that the zone plate ( 12 ) a carrier substrate ( 18 ) with a planar upper side and on the upper side of the carrier substrate ( 18 ) arranged reflective structures ( 20 ) and / or that the reflective structures ( 20 ) are formed by lines.

Device according to one of the claims 11 and 12, characterized in that the connecting line between the spatially resolving detector ( 16 ) and the zone plate ( 12 ) to the top of the carrier substrate ( 18 ) has an angle between 0.05 and 5 ° and / or the receiver areas ( 22 ) from the reflective zone plate ( 12 ) are arranged at a distance between 5 mm and 50 mm.

Device according to one of the claims 11 to 13, characterized in that the reflecting structures ( 20 ) are formed by webs with a height between 5 nm and 40 nm and / or adjacent reflecting structures ( 20 ) have a distance between 0.1 .mu.m and 3 .mu.m.

Device according to one of the claims 11 to 14, characterized in that the wavelength-selective regions ( 14 ) by a plurality of reflective structures ( 20 ), wherein the reflective structures ( 20 ) of adjacent wavelength-selective regions ( 14 ) continuously merge.

Device according to claim 11, characterized in that the reflecting structures ( 20 ) on the surface of the zone plate ( 12 ) have a length between 5 mm and 50 mm.

Device according to one of the claims 11 to 16, characterized in that the curvature of the reflecting structures ( 20 ) from a first end of the structures ( 20 ) to a second end of the structures ( 20 ) continuously increased.

Device according to one of the claims 11 to 17, characterized in that the cross section of the structures ( 20 ) of any aperiodic type and different reflection directions in different sections of the structure ( 20 ) exhibit.

Device according to claims 11 to 18, characterized in that the cross section of the structures ( 20 ) is rectangular, trapezoidal or sinusoidal.

Device according to one of the claims 11 to 19, characterized in that the distance between adjacent receiver areas ( 22 ) according to the wavelength range to be measured as well as the geometric dimensions and distances of source ( 10 . 11 ), Zone plate ( 12 ) and detector ( 16 ) is trained.

Device according to claim 20, characterized in that the distance between adjacent receiver areas ( 22 ) is between 10 μm and 5 mm and / or all receiver areas ( 22 ) along a plane parallel to the surface of the carrier substrate ( 18 ) extending line are arranged.

Device according to one of the claims 11 to 21, characterized in that means for calculating the spectrum of the X-radiation of the source ( 10 . 11 ) from the simultaneously detected intensities of the at least two receiver regions ( 22 ) are provided.

Device according to one of the claims 11 to 22, characterized in that at least one second reflective zone plate ( 13 ), wherein the first reflective zone plate ( 12 ) and the second reflective zone plate ( 13 ) are arranged to each other such that each of the zone plates ( 12 . 13 Reflected and diffracted X-ray radiation is focused such that the respective focal points or focal areas on a common, spatially resolving detector ( 16 ) and the structures ( 20 ) of the first reflective zone plate ( 12 ) and the structures ( 20 ) of the second reflective zone plate ( 13 ) are dimensioned such that in each case a focusing of different wavelength ranges of the X-ray radiation on the detector ( 16 ) he follows.

Device according to claim 23, characterized in that the first reflective zone plate ( 12 ) and the second reflective zone plate ( 13 ) are arranged parallel to each other.

Device according to claim 24, characterized in that the reflecting structures ( 20 ) of the second zone plates ( 13 ) are formed by lines.

Device according to one of the claims 11 to 25, characterized in that in the region of the detector ( 16 ) a slit is provided.