BTU Cottbus

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BTU Cottbus Lehrstuhl Angewandte Physik -
Sensorik
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• Profil
• Angewandte Festkörper- und Halbleiterphysik
• Materialanalytik mit Synchrotronstrahlung
• Beschäftigte
• Studierende laut Einschreibungsstatistik
  (26.09.2006) 57
• Lehrstuhlmitarbeiter insgesamt 19
• Kernkompetenzen
• Si-Technologie
• Organische Elektronik
• Funktionale Oxide
• http//www.physik.tu-cottbus.de/physik/ap2/

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Thema Röntgenlicht nicht nur für den Onkel
Doktor Vortragende Dr. Patrick Hoffmann,
Prof. Dr. Dieter Schmeißer
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Röntgenlicht - nicht nur für den Onkel Doktor

• Was ist Röntgenlicht ?
• Eigenschaften von Röntgenlicht
• Erzeugung von Röntgenlicht
• Anwendung von Röntgenlicht in der Forschung

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Was ist Röntgenlicht ? Der erste Nobelpreis für
Physik

• Entdeckung der X-Strahlen am8. November 1895
• Nobelpreis im Jahre 1901
• öffnete das Tor in eine neue Welt ... ... der
  Medizin (seit 1920 gehörten Röntgenapparaturen
  zur Standardausrüstung)... der
  Naturwissenschaften (allein 4 Physiknobelpreise
  in den kommenden 25 Jahren, die direkt mit
  Röntgens Entdeckung verknüpft waren)

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Was ist Röntgenlicht ? Das elektromagnetische
Spektrum

• Teil der elektro-magnetischen Strahlung
• diese über-streicht einen weiten Bereich
• vielfältige Anwendungen

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Eigenschaften von Röntgenlicht Warum durchdringt
Röntgenlicht Materie ?

• Durchdringung von Materie Þ herausragendste
  Eigenschaften von Röntgenlicht
• Grund Aufbau der Materie aus Atomkern (positiv
  geladen) und Elektronen (negativ)
• diese elektrisch geladenen Teilchen reagieren mit
  der elektromagnetischen Strahlung

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Eigenschaften von Röntgenlicht Warum durchdringt
Röntgenlicht Materie ?
Bei langwelligem Licht (Radio, IR, sichtbares
Licht)

• Licht wird durch Elektronen abgeschirmt
• somit kann dieses Licht nicht in Materie
  eindringen (Faradayscher Käfig)
• Voraussetzung genug freie Elektronen (Metall)

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Eigenschaften von Röntgenlicht Warum durchdringt
Röntgenlicht Materie ?
Bei kurzwelligem Licht (UV, Röntgen, Gamma)

• Elektronen können dem Licht nicht mehr folgen
• darum können Elektronen das Licht nicht mehr
  abschirmen
• dieses kurzwellige Licht dringt nun in die
  Materie ein

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Eigenschaften von Röntgenlicht Warum durchdringt
Röntgenlicht Materie ?

• Kann man so etwas sehen ?
• ? Ja, bei dünne Folien aus Gold (Blatt-Gold) !
• nur 100 Nanometer dick ( ein 10-Millionstel
  Meter)
• das entspricht knapp 1.000 Atomlagen
• bei dieser Dicke wird Gold durchsichtigfür
  blaues Licht
• siehe Experiment

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Erzeugung von Röntgenlicht Was passiert in der
Röntgen-Röhre ?
Anode ()
Kathode (-)
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Erzeugung von Röntgenlicht Was passiert in der
Röntgen-Röhre ?
einige 1000V plus
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Erzeugung von Röntgenlicht Was passiert in der
Röntgen-Röhre ?
einige 1000V plus
Röntgen-Licht
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Erzeugung von Röntgenlicht Was passiert in der
Röntgen-Röhre ?
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Anwendung von Röntgenlicht Für den Onkel Doktor
Röntgenbilder
CT (Computer Tomographie)
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Erzeugung von Röntgenlicht Röntgenlicht für die
Wissenschaft Das Synchrotron

• Was ist ein Synchrotron ?
• beschleunigt Elektronen auf 99,999995 der
  LichtgeschwindigkeitEin Mensch mit 75kg würde
  dann 250.000kg wiegen !!!
• die Elektronen fliegen in einem Ring
• beim Ablenken durch Magnetfelderentsteht
  Röntgenlicht, dieSynchrotron-Strahlung

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Erzeugung von Röntgenlicht Röntgenlicht für die
Wissenschaft Das Synchrotron

• Ein Synchrotron ist groß !
• z.B. BESSY-II in Berlin / Adlershof (siehe
  Luftbild unten)
• Ringumfang 240m
• Durchmesser 76m

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Anwendung von Röntgenlicht Vielseitigkeit in der
Wissenschaft Beugung
Beugung und Interferenz sind allgemeine
Eigenschaften von Wellen
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Anwendung von Röntgenlicht Vielseitigkeit in der
Wissenschaft Beugung
Beugung und Interferenz sind allgemeine
Eigenschaften von Wellen
Bei Röntgenlicht ist die Wellenlänge so kurz,
dass Beugung an den Atomen des Kristalls auftritt
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Anwendung von Röntgenlicht Vielseitigkeit in der
Wissenschaft Beugung
Anwendung der Beugung in der Wissenschaft
Heute
Gestern
Beugungsbild an ZinkblendeMax von Laue
1912(Nobelpreis 1914)

• Entdeckung der Natur des Röntgenlichtes
• Erforschung der Kristallstruktur

• Pharmazie Entschlüsselung der Struktur von
  Proteinen

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Anwendung von Röntgenlicht Vielseitigkeit in der
Wissenschaft Spektroskopie

• Röntgen-Spektroskopie erlaubt die Untersuchung
  ...
• ... der elektronischen Struktur
• ... der chemischen Zusammensetzung
• ... von magnetischen Eigenschaften

Elektronische Struktur einer Solarzelle
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Anwendung von Röntgenlicht Vielseitigkeit in der
Wissenschaft Spektroskopie

• Röntgen-Spektroskopie erlaubt die Untersuchung
  ...
• ... der elektronischen Struktur
• ... der chemischen Zusammensetzung
• ... von magnetischen Eigenschaften

Selen-Verteilung in einer CuInSe2-Solarzelle
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Anwendung von Röntgenlicht Vielseitigkeit in der
Wissenschaft Spektroskopie

• Röntgen-Spektroskopie erlaubt die Untersuchung
  ...
• ... der elektronischen Struktur
• ... der chemischen Zusammensetzung
• ... von magnetischen Eigenschaften

Abbildung magnetischer Domänen auf Datenträgern
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Röntgenlicht - nicht nur für den Onkel Doktor
Vielen Dank für die Aufmerksamkeit