Moderne Röntgenphysik
Modern X-Ray Physics

Das Modul beinhaltet die grundlegenden Konzepte moderner Röntgenphysik mit Synchrotronstrahlung aber auch mit modernen Röntgenquellen, wie einem Kompakt-Synchrotron, im Labor. Der Fokus liegt dabei auf bildgebenden Verfahren.

Die Themen:

• Grundlagen: Röntgen-Quellen und Instrumentierung
• Erzeugung von Röntgenstrahlung mit Röntgenröhren, am Synchrotron und am Kompakt-Synchrotron MuCLS
• Elektronenbeschleuniger und Speicherring an MuCLS; Picosekunden Laser und Laser Cavity an MuCLS
• Wechselwirkung von Röntgenstrahlung mit Materie; Spektroskopie mit Röntgenstrahlung; Röntgenoptiken und Beamlines
• Röntgendetektoren
• Anwendungen: Bildgebung mit Röntgenstrahlung
• Absorptions-Bildgebung und Computer-Tomographie
• Röntgenstrahlung als Welle; Propagation und Kohärenz; Nah- und Fernfeld
• Röntgen-Phasenkontrast Bildgebung
• Röntgen-Mikroskopie und Bildgebung mit kohärent gestreuter Strahlung.

Nach der erfolgreichen Teilnahme an der Vorlesung sind die Studierenden in der Lage

• die unterschiedlichen Wechselwirkungen von Röntgenstrahlung mit Materie zu verstehen.
• die Entstehung von Absorptions-, Phasen- und Dunkelfeldkontrast zu verstehen und die Möglichkeiten für eine Messung dieser Modalitäten zu identifizieren.
• die Charakteristika von konventionellen Labor-Röntgenquellen und Synchrotron-Strahlungsquellen zu beschreiben.
• die Anforderungen an eine Röntgenquelle in Bezug auf Quellgröße, Kohärenz und Energieauflösung für ein erfolgreiches Experiment benennen zu können.
• die Wahl des Detektors hinsichtlich der notwendige Effizienz, der Ortsauflösung, der Auslesegeschwindigkeit und des Signal-zu-Rausch Verhältnisses zu treffen.
• die Daten von spektroskopischen Methoden und Bildgebungs-Verfahren zu analysieren und zu bewerten.

Keine Voraussetzungen, die über die Zulassungsvoraussetzungen zum Masterstudium hinaus gehen.

In der Vorlesung werden die Lerninhalte aufgeteilt in, zum einen, Grundlagen und fortgeschrittene Aspekte der Strahlenphysik, zum anderen in die technischen Aspekte der Erzeugung und Detektion der Strahlung. Dabei wird besonders auf die Querverbindungen dieser beiden Gebiete eingegangen. Eine aktive Beteiligung der Studierenden in Form von Fragen und Kommentaren ist dabei ausdrücklich erwünscht. Das Gebiet wird durch Übungen vertieft die sowohl Berechnungen als auch den "virtuellen" Aufbau einer Beamline unter Kosten-Nutzen Aspekten beinhaltet.

Die Inhalte der Lehrveranstaltung werden als PowerPoint Folien präsentiert. Ergänzungen werden entweder direkt in die Folien oder an die Tafel geschrieben. Eine pdf-Version des Inhalts ohne Ergänzungen ist jeweils kurz vor Vorlesungsbeginn auf Moodle abrufbar.

Philip Willmott
An introduction to Synchrotron Radiation, Wiley, 2011
http://lib.myilibrary.com/Open.aspx?id=317772

Jens Als-Nielsen & Des McMorrow
Elements of Modern X-ray Physics (2nd ed.), Wiley, 2011
http://onlinelibrary.wiley.com/book/10.1002/9781119998365

David Attwood,
Soft X-rays and Extreme Ultraviolet Radiation, Cambridge University Press, 1999
https://www.cambridge.org/core/books/soft-xrays-and-extreme-ultraviolet-radiation/189E4CC382657A1680B4C457B4B29057

Klaus Wille,
Physik der Teilchenbeschleuniger und Synchrotronstrahlungsquellen, Teubner Studienbuecher, 1996
http://link.springer.com/book/10.1007/978-3-663-11039-2

Es findet eine schriftliche Klausur von 90 Minuten Dauer statt. Darin wird exemplarisch das Erreichen der im Abschnitt Lernergebnisse dargestellten Kompetenzen mindestens in der dort angegebenen Erkenntnisstufe durch Verständnisfragen, Diskussionen anhand von Skizzen und einfachen Formeln überprüft.

Prüfungsaufgabe könnte beispielsweise sein:

• Skizzieren Sie bitte das Spektrum einer Röntgenröhre, eines Wigglers und eines Undulators und erklären Sie die Unterschiede.
• Beschreiben Sie die Möglichkeiten Röntgenstrahlung zu fokussieren.
• Welche Möglichkeiten gibt es, Röntgen-Phasenkontrast zu messen?

Die Teilnahme am Übungsbetrieb wird dringend empfohlen, da die Übungsaufgaben auf die in der Modulprüfung abgefragten Problemstellungen vorbereiten und somit die spezifischen Kompetenzen eingeübt werden.