DE3789813T2 - Pulverdiffraktionsverfahren und -vorrichtung. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft die Erkennung und Aufzeichnung von Beugungsmustern von pulverförmigen oder amorphen Materialien und insbesondere die Erkennung von Beugungsmustern mit einem Detektor mit stimulierbarem Phosphormaterial.
• Es ist bereits bekannt, daß die Streuung von einfallender Strahlung einer Materialprobe, wie beispielsweise von Röntgenstrahlen, Gammastrahlen, Kathodenstrahlen usw., Informationen über die Atomstruktur des Materials liefern kann. Wenn eine derartige Strahlung auf eine Probe trifft, wird ein Beugungsmuster der Strahlung erzeugt, dessen räumliche Intensitätsverteilung von der Wellenlänge der einfallenden Strahlung und von der Atomstruktur des Materials abhängt. In der folgenden Beschreibung wird die Röntgenpulverbeugung als Beispiel ohne diesbezügliche Einschränkung herausgestellt.
• Falls die Probe ein orientierter Einkristall ist, besteht das Beugungsmuster aus einer Reihe von Punkten, die einer Projektion des reziproken Gitters des Kristalls entsprechen. Falls die Moleküle der Probe unstrukturiert orientiert sind (z. B. polykristallin, amorph oder pulverförmig), wird das Beugungsmuster eine Reihe von konzentrisch mit dein einfallenden Strahl ausgerichteten Kegeln, wobei Intensität und Winkel des Kegels Informationen zur Materialstruktur wiedergeben. Die Untersuchung der Beugungsmuster von pulverförmigen Materialien wird im allgemeinen als Pulverbeugung bezeichnet. Die Funktion eines Pulverbeugungsdetektors ist es, den Winkel und die Intensität dieses Beugungsmusters zu bestimmen.
• Fotografischer Film ist ein weithin eingesetzter Detektor für die Pulverbeugung. Wird der Film mit Röntgenstrahlung belichtet, bildet sich ein Latentbild des Beugungsmusters, und bei der Entwicklung des Films ist die Dichte des entwickelten Bildes ein Maß der Röntgenstrahlenintensität im Beugungsmuster. Falls ein flacher Blattfilm senkrecht zum Röntgenstrahl angeordnet wird, ist das Bild des Pulverbeugungsmusters eine Reihe konzentrischer Kreise. Es ist oft wünschenswert, einen breiten Beugungswinkel aufzuzeichnen, der sich an 90 Grad annähert. Um dies zu erreichen, wird in eine sogenannte Debye-Scherrer-Kamera ein Filmstreifen auf einer zylindrischen Oberfläche angeordnet, die den Strahl schneidet, wobei die Zylinderachse durch die Probe hindurch verläuft. Der Filmstreifen zeichnet einen Teilbereich des Beugungsmusters mit Bögen der Beugungskreise auf. Obwohl der Film eine sehr gute räumliche Auflösung hat und große Musterflächen aufzeichnen kann, weist er einige Nachteile auf. Da der Film nur einen geringen Prozentanteil der auf ihn auftreffenden Röntgenstrahlenquanten absorbiert und relativ starke Hintergrundstörungen in Form chemisch zerstörter Emulsion aufweist, ist er ein langsamer beziehungsweise unsensibler Detektor für Röntgenstrahlung. Das heißt, daß die Probe mit hoch dosierter Röntgenstrahlung bestrahlt werden muß, um ein lesbares Bild mit akzeptablem Störabstand zu erzielen. Auch wenn konventionelle Röntgenverstärkungsschirme verwendet werden können, um die Empfindlichkeit von auf Film basierenden Pulverbeugungssystemen zu erhöhen, ist es schwierig, bei derartigen Schirmen eine konstante Kalibrierung der Intensität zu erreichen. Der Film hat einen eingeschränkten linear verlaufenden Bereich der Dichte als Funktion der Belichtung, der typischerweise weniger als zwei Größenordnungen beträgt, so daß stark unterschiedliche Intensitäten nicht auf dem gleichen Filmstück gemessen werden können. Außerdem muß der Film mit chemischen Naßverfahren verarbeitet werden, was hinderlich ist. Schließlich muß der Film, um zur Analyse der Daten Computer verwenden zu können, mit einem Densitometer abgetastet werden, um die Dichten in digitale Daten umzusetzen. Dies ist ein zeitaufwendiger Zwischenschritt. Allgemein erfolgt die Abtastung auf dem Filmstreifen in einer senkrecht zu den Bogensegmenten des durch die Debye-Scherrer-Kamera erzeugten Beugungsmusters verlaufenden Richtung.
• Zur Messung von Pulverbeugungsmustern wurden verschiedene elektronische Detektoren verwendet, wie beispielsweise CCD- Bauelemente, Draht-Proportionalzähler, Scintillatoren und ähnliche Einrichtungen. Derartige Detektoren absorbieren Röntgenstrahlenquanten und weisen geringe Störungen auf, so daß sie sensibler als Film sind und digitale elektronische Daten auf direkterem Weg erzeugen. Elektronische Detektoren haben aber üblicherweise eine maximale Impulsrate, so daß sie starke Intensitäten nicht ohne Verluste durch Unempfindlichkeitszeiten aufzeichnen können. Ferner haben sie eine eingeschränkte Größe, so daß sie jeweils nur eine kleine Fläche abdecken können. Um eine vollständige Abtastung zu erzeugen, muß der elektronische Detektor bewegt werden, bis er nacheinander die gesamte Fläche abgedeckt hat. Dies führt zu zusätzlicher Belichtungszeit. In letzter Zeit wurden positionssensible Detektoren verwendet, die die Position von Quanten entlang einer Strecke und nicht an einem Punkt messen. Auch diese positionssensiblen Detektoren müssen bewegt werden, um eine Fläche abzudecken.
• Die Erfassung genauer Daten zur Pulverbeugung kann mit konventionellen Vorrichtungen viele Stunden oder sogar Tage erfordern. Dies ist eine schwerwiegende Einschränkung des Durchsatzes, wenn zahlreiche Proben schnell untersucht werden sollen.
• Eine weitere Technologie zur Aufzeichnung von Röntgenstrahlenintensität beruht auf stimulierbaren Phosphorspeichermaterialien. Derartige Phosphorspeichermaterialien speichern, wenn sie hochenergetischer Strahlung, wie beispielsweise Röntgenstrahlung, Kathodenstrahlung usw., ausgesetzt werden, einen Teil der einfallenden Strahlung. Falls das belichtete Phosphormaterial dann stimulierender Strahlung, wie beispielsweise Licht im sichtbaren Spektrum oder Hitze, ausgesetzt wird, gibt das Phosphormaterial eine Strahlung proportional zur gespeicherten Energie der Strahlung ab, der es ursprünglich ausgesetzt worden war. Aus derartigem stimulierbaren Phosphormaterial gebildete Bildschirme wurden in der Literatur beschrieben (J. Miyahara et al., Nuclear Instrumerts and Methods in Modern Physics Research A246(1986), 572-578) als Materialien mit sehr wünschenswerten Eigenschaften im Sinne von Empfindlichkeit und Belichtungsspielraum für die Erkennung von Röntgenstrahlungs-Beugungsmustern von Einkristallproben. Da stimulierbares Phosphormaterial einfallende Quanten bei sehr geringer Hintergrundstörung wirksam absorbiert, sind sie um das 5- bis 50fache empfindlicher als fotografischer Film. Röntgenbilderzeugungssysteme mit stimulierbarem Phosphormaterial haben Auflösungen in der Größenordnung von 0,1 mm, und sie können in großflächigen Formaten hergestellt werden, wobei Millionen von einzelnen Bildabtastelementen über einer großen Fläche gleichzeitig die Intensitäten integrieren, ohne die Impulsrate einzuschränken. Das stimulierte Signal steht über mindestens 5 Größenordnungen in linearer Beziehung zur Strahlungsbelichtung. Beugungsvorrichtungen für Röntgenstrahlung, die stimulierbares Phosphormaterial verwenden, würden die erforderliche Belichtungsmenge aber nur bezüglich des Verhältnisses zwischen Phorphorbildschirm und Filmempfindlichkeit verbessern. Wünschenswert ist eine noch weitergehendere Verbesserung.
• US-A-2,539,196 beschreibt einen Strahlungsdetektor zur Messung von Mustern zum Zweck der Röntgenspektrografie, wobei der Detektor eine Quelle umfaßt, die einen Strahl bereitstellt, der auf die Materie auftrifft, deren Röntgenstrahlungs-Beugungsmuster erhalten werden soll und die ein Pulver sein kann. Die gebeugten Strahlen werden in einer stimulierbaren Phosphormaterialschicht gespeichert, die infolge stimulierbarer IR-Strahlung Licht freigibt. Die Quelle der stimulierenden Strahlung und die dazugehörige Fotoröhre, die verwendet wird, um das Licht zu erkennen, werden bezüglich der Phosphormaterialschicht bewegt, um das dort gespeicherte Latentbild auszulesen. Die zitierte Schrift erwähnt nicht die Möglichkeit, den Mittelwert der erhaltenen Signale zu bilden, um den Störabstand und die spezifische Position der Phosphormaterialschicht zu verbessern; und es wird dort keine Kreissymmetrie bereitgestellt, und eine Rotation der Phosphormaterialschicht ist nicht vorgesehen.
• Der Artikel von Caffrey und Bilderback mit dem Titel "Real-Time X-Ray diffraction using synchrotron radiation: system characterization and applications", veröffentlicht unter "Nuclear Instruments and Methods" in Physics Research Vol. 208 (1983), April Nr. 1/3, Seiten 495-510, analysiert die Empfindlichkeit und den Dynamikbereich eines Echtzeit- Röntgenstrahlungs-Beugungserkennungssystems. In der Schlußfolgerung dieses Artikels wird erwähnt, daß "eine vorbestimmte Anzahl von Bildfeldern fortlaufend summiert werden kann" und daß "zum summierten Bild der Mittelwert gebildet werden kann, um den Störabstand zu verbessern".
• US-A-3,903,415 beschreibt eine Beugungsmessungsvorrichtung unter Verwendung von Röntgenstrahlung. Die Messung wird über einen kreisförmigen Halbleiterdetektor erreicht, der auf dem Röntgenstrahl zentriert ist, so daß kürzere Messungszeiträume möglich sind.
• Aufgabe der Erfindung ist es, ein Pulverbeugungsverfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, wobei ein stimulierbarer Phosphordetektor eingesetzt wird und wobei im Vergleich zu konventionellen Pulverbeugungsvorrichtungen und -verfahren auf der Grundlage von Film eine um mehr als um den Faktor 50 verbesserte Belichtungsreduktion erzeugt werden kann.
• Die Aufgabe der Erfindung wird entsprechend dem Kennzeichen in Anspruch 1 gelöst, indem ein Latentbild eines zweidimensionalen, kreissymmetrischen Pulverbeugungsmusters in einer stimulierbaren Phosphormaterialschicht gebildet wird; und indem das Bild aus der Phosphormaterialschicht bei deren Rotation ausgelesen wird, um ein Bildsignal zu erhalten, das das zweidimensionale Pulverbeugungsmuster wiedergibt; und indem das Pulverbeugungs-Bildsignal verarbeitet wird, so daß ein verarbeitetes Bildsignal mit der Darstellung eines eindimensionalen radialen Querschnitts des zweidimensionalen, kreissymmetrischen Beugungsmusters gebildet wird, wobei der Mittelwert der Signalwerte ermittelt wird, die Punkte darstellen, die einen gleichen Abstand vom Mittelpunkt des kreissymmetrischen Beugungsmusters haben.
• Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine Schicht stimulierbaren Phosphormaterials in der Form eines Mantels eines geraden Kreiskegelstumpfes gebildet, wobei dessen Achse mit dem einfallenden Strahl, der auf eine Pulverprobe gerichtet ist, fluchtet und wobei die Pulverprobe neben einer durch die Basis des Kegels bestimmten Ebene angeordnet ist, so daß eine wirksame Erkennung des Beugungsmusters mit Winkeln bis zu 90 Grad möglich ist.
• Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden zwei derartige Kegelstümpfe aus stimulierbarem Phosphormaterial verwendet, die Basis an Basis angeordnet sind, um sowohl die vorwärts als auch die reflektiert gestreuten Bereiche des Beugungsmusters zu erkennen.
• Bei der bevorzugten Ausführungsform beträgt der Kegelwinkel 90 Grad, und stimulierbares Phosphormaterial wird ausgelesen, indem der Kegel um seine Achse rotiert wird, während das Lichtmuster aufgrund des stimulierbaren Phosphormaterials an Strecken entlang, die über eine die Kegelachse durchlaufende Achse definiert sind, stimuliert und abgetastet wird.
• Der hierin verwendete Begriff "Pulverbeugung" bezeichnet Verfahren zur Erzeugung von Beugungsmustern über die Bestrahlung von Materialien mit ungeordneter Struktur. Das Pulverbeugungsmuster definiert konzentrische Kegel, deren Achsen mit denen der Strahls der einfallenden Strahlung fluchten. Beispiele für "pulverförmige" Materialien sind Materialien, die aus mehreren kleinen Kristallen bestehen, sowie polykristalline Materialien und amorphe Materialien.
• Die Pulverbeugungsvorrichtung zur Belichtung einer stimulierbaren Phosphormaterialschicht ist in allgemeiner Form in Fig. 1 dargestellt. Ein Strahl einfallender Röntgenstrahlung A wird von einer Röntgenröhre 10 erzeugt und durch eine Blende in der Platte 12 parallel gerichtet. Der Strahl A trifft auf eine Pulverprobe 14 in einem Probenhalter 16, und die gebeugte Strahlung zerstreut sich ausgehend von der Probe in einem Muster konzentrischer Kegel 18. Die relevanten Streuwinkel betreffen die Vorwärtsrichtung (durch gestrichelte Linien dargestellt) und die Rückwärtsrichtung (durch durchgehende Linien dargestellt), jeweils relativ zum eingehenden Strahl, und sie können sich an eine senkrecht zum Strahl verlaufende Richtung annähern. Die Mindestbeugung bestimmt sich durch die Atomstruktur der Pulverprobe und durch die Wellenlänge der einfallenden Strahlung, die durch die Braggsche Brechungsgleichung bestimmt ist. Es ist nicht erforderlich, Daten mit Winkeln zu erfassen, die kleiner als dieser Mindestwert sind, das heißt, daß der Detektor den ungebeugten Strahl (0 Grad) oder Winkel, die kleiner als der Mindestwinkel sind, nicht aufzeichnen braucht.
• Die Erfindung wird zunächst ausführlich anhand einer Ausführungsform beschrieben, die sich für die Detektion der Streuung bei kleinen Winkeln eignet, das heißt, die Beugungsmuster mit relativ kleinen Kegelwinkeln in der Vorwärtsrichtung erkennen kann.
• Wie in Fig. 1 dargestellt wird, ist eine stimulierbare Phosphormaterialschicht 20 im Strahlengang der gebeugten Strahlung senkrecht zum einfallenden Strahl A angeordnet. Das in der Materialschicht 20 gebildete Latentbild ist ein kreissymmetrisches Muster konzentrischer Ringe, die um den Strahl A herum zentriert sind. Die stimulierbare Phosphormaterialschicht umfaßt vorzugsweise ein stimulierbares Phosphormaterial entsprechend der Beschreibung im eingangs zitierten Artikel von Miyahara et al.; jedoch können auch andere stimulierbare Phosphormaterialien verwendet werden. Nach der Belichtung wird die stimulierbare Phosphormaterialschicht 20 zur Auslesevorrichtung bewegt, und das Latentbild des Beugungsmusters wird ausgelesen, indem das stimulierbare Phosphormaterial mittels eines Strahls stimulierender Strahlung abgetastet wird. Wie in Fig. 2 dargestellt ist, wird an der Abtaststation ein Strahl B stimulierender Strahlung erzeugt (beispielsweise Infrarotstrahlung), zum Beispiel durch eine Laserquelle 24, und er wird durch einen Spiegeldeflektor 24 abgelenkt, um den Strahl B über der stimulierbaren Phosphormaterialschicht abzutasten. Der Strahl B wird durch eine entsprechende Optik 26 fokussiert und über der stimulierbaren Phosphormaterialschicht 20 in der durch den Pfeil C angegebenen Richtung abgetastet. Ein Übersetzungsmechanismus 28 bewegt die stimulierbare Phosphormaterialschicht 20 in eine durch den Pfeil D angegebene und senkrecht zum abgelenkten Strahl verlaufende Richtung, wodurch eine Rasterabtastung der stimulierbaren Phosphormaterialschicht erfolgt. Die Intensität der stimulierten Fluoreszenz von der stimulierbaren Phosphormaterialschicht wird erkannt, um ein Signal zu bilden, das das zweidimensionale Pulverbeugungsmuster wiedergibt. Der Detektor umfaßt eine Fotovervielfacherröhre 30, die durch ein optisches Filter, das stimulierende Wellenlängen sperrt, aber stimuliertes Licht passieren läßt, Licht empfängt. Das Signal von der Fotovervielfacherröhre 30 wird vom Verstärker 34 elektronisch verstärkt und gefiltert und durch einen Analog-Digital-(A/D)-Umsetzer 36 in ein digitales Signal umgesetzt. Das Signal wird in einem digitalen Computer 38 erfindungsgemäß verarbeitet und kann auf einem Speichermedium, wie beispielsweise auf Magnetband oder auf einer Platte 40, gespeichert oder über Anzeigemittel, wie beispielsweise eine Kathodenstrahlröhre (CRT) 42 oder einen Hardcopy-Drucker, wiedergegeben werden.
• Jeder durch das Pulverbeugungs-Bildsignal dargestellte Datenpunkt enthält Informationen über die Intensität des Pulverbeugungsmusters, wobei aber auch eine gewisse Unzuverlässigkeit in seiner Messung enthalten ist, die auf Störrauschen von elektronischen Quellen, Quantenstatistik, Hintergrundstrahlung usw. zurückgeht. Der Störabstand (SNR=signal-to-noise ratio) der Daten wird normalerweise durch die Erhöhung der Strahlungsbelichtung verbessert, wodurch es zu längeren Belichtungszeiten kommt, oder durch den Einsatz einer kostspieligeren Röntgenquelle zur Erzeugung stärkerer Röntgenstrahlen.
• Gemäß der Erfindung wird der Störabstand des Signals verbessert, indem Datenpunkte, die gleichen Teilen des Beugungsmusters entsprechen, summiert werden, das heißt, daß der Mittelwert der Signale gebildet wird. Die Signalverarbeitung erfolgt im digitalen Computer 38, indem der Mittelwert für alle Datenpunkte gebildet wird, die einen gleichen Abstand vom einfallenden Strahl haben, der der Mittelpunkt des kreissymmetrischen Beugungsmusters ist. Dieser Mittelwert gibt die Intensität des Beugungsmusters genauer wieder als jeder einzelne Punkt, und zwar typischerweise mit einem Unterschiedsbetrag, der proportional zur Quadratwurzel der Anzahl der gemittelten Punkte ist. Durch die Verwendung dieses Mittelwerts erreicht die Pulverbeugungsmessung bei niedrigerer Belichtung ein genaueres Ergebnis. Das verarbeitete Signal gibt die mittlere Intensität entlang eines vom Mittelpunkt des Beugungsmusters ausgehenden Radius wieder, wobei eine Umsetzung in die Intensität als Funktion des Beugungswinkels erfolgt und wobei das Signal verwendet wird, um die Atomstruktur des Musters im Vergleich zu bekannten Vergleichsmaterialien zu definieren. Durch die Verwendung des vollständigen Umfangs des Beugungsmusters zur Erzeugung des endgültigen Signals ist der Störabstand optimiert, da sämtliche erkannten Quanten verwendet werden.
• Das eingangs beschriebene Verfahren eignet sich bei Kleinwinkelstreuung. Um die Winkelauflösung der Vorrichtung zu erhöhen, muß ein größerer Winkel durch die stimulierbare Phosphormaterialschicht 20 eingegrenzt werden. Dies kann erreicht werden, indem entweder die Materialschicht 20 näher zum Muster bewegt wird oder indem die Größe der Materialschicht erhöht wird. Dar Nachteil der ersten Lösung ist eine reduzierte Winkelauflösung, da die begrenzte Auflösung der Materialschicht bei der Annäherung an das Muster einen größeren Winkel eingrenzt; und der Nachteil der zweiten Lösung besteht in der Notwendigkeit einer größeren Bildschirmfläche, die in der Auslesevorrichtung abgetastet werden muß. Innerhalb der Grenzwerte der Daten ist keine der Lösungen bei Winkeln von 90 Grad bezüglich des einfallenden Strahls einsetzbar. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Phosphorspeicherschirm 20 daher in der Form eines Mantels eines Kegelstumpfs ausgebildet, der so angeordnet ist, daß seine Achse mit dem Strahl A fluchtet. Fig. 3 ist eine Querschnittansicht eines derartigen konischen Detektors. Ist der konische Detektor wie eingangs beschrieben angeordnet, bewirken die Kegel des Beugungsmusters auf der Phosphorspeicherfläche, daß ein aus Kreisen, die in unterschiedlichen Abständen vom Muster senkrecht zur Detektorachse verlaufen, zusammengesetztes Latentbild ausgebildet wird. Dank dieser konischen Form des Kollektors können gebeugte Strahlungen mit Winkeln bis 90 Grad und darüber hinausgehend ohne Auflösungsverlust aufgezeichnet werden, wobei die Zunahme der Bildschirmfläche, die zur Erzeugung des Signals abgetastet werden muß, minimal ist. Um die Vorwärtsstreuung und die reflektierte Streuung zu erfassen, werden entsprechend der Darstellung in Fig. 4 auf beiden Seiten des Musters 14 jeweils Kegel aus stimulierbarem Phosphormaterial 20 und 20' verwendet.
• Wie in Fig. 5 dargestellt ist, wird der konische Detektor gebildet, indem das Innere einer konischen Aufnahme 46 mit Phosphormaterial 20 beschichtet wird. Alternativ dazu und wie in Fig. 6 dargestellt ist, kann aus einer Schicht eines flexiblen stimulierbaren Phosphormaterials 50 ein Kreisring ausgeschnitten werden. Ein radialer Teilabschnitt 52 des Kreisrings wird entfernt, und die Kanten 54 werden zusammengefügt, so daß ein Kegelstumpfmantel ausgebildet wird. Dieses kegelstumpfförmige Material wird in einer Halterung ähnlich der in Fig. 5 wiedergegebenen Halterung 46 aufgenommen. Um bei minimierter Oberfläche eine hohe Auflösung zu erhalten, ist ein Kegelwinkel α von 90 Grad vorzuziehen.
• Nach der Belichtung kann das Latentbild, das sich in der stimulierbaren Phosphormaterialschicht in einem konischen Detektor ausgebildet hat, auf verschiedene Arten ausgelesen werden. Bei Verwendung einer flexiblen Materialschicht wird die Materialschicht entfernt und flach ausgebreitet und anschließend durch einen Flachbett-Scanner der in Fig. 2 wiedergegebenen Bauart abgetastet. Alternativ dazu wird der flache kreisringförmige Abschnitt 48 aus stimulierbarem Phosphormaterial entsprechend der Darstellung in Fig. 7 auf eine Drehscheibe 55 aufgelegt, wobei der Mittelpunkt des Beugungsmusters mit dem Mittelpunkt 57 der Drehscheibe 55 zusammenfällt. Die Drehscheibe 55 rotiert, während die stimulierbare Phosphormaterialschicht in der Reihenfolge der Radiallinien stimuliert wird. Das Signal wird wie eingangs beschrieben verarbeitet, um den Mittelwert der Signale um jeden Punkt herum zu bilden, der vom Mittelpunkt des Beugungsmusters einen gleichen Abstand hat.
• Alternativ dazu und entsprechend der Darstellung in Fig. 8 wird der konische Detektor direkt abgetastet, indem ein stimulierender Strahl B entlang des Kegelmantels 20 abgelenkt wird, wobei er einem Streckenabschnitt folgt, der beschrieben wird durch den Schnittpunkt einer Ebene, in der die Kegelachse liegt, mit der Kegelmantelfläche. Die stimulierte Strahlung wird von einem Lichtdetektor 56 abgetastet. Nach der Abtastung jedes Streckenabschnitts wird die Kegelhalterung 46 um ihre Achse 58 rotiert, so daß ein neuer Streckenabschnitt zur Abtastung bereitgestellt wird. Wie eingangs beschrieben, wird der Mittelwert der Signale von entsprechenden Positionen entlang jeder einzelnen Strecke gebildet, um das verarbeitete Signal des Pulverbeugungsmusters zu erzeugen.
• In Fig. 9 ist eine bevorzugte Ausführungsform des Lichtdetektors 56 dargestellt. Der Lichtdetektor enthält einen Spiegelkasten-Lichtkollektor 60 und eine Fotovervielfacherröhre 62. Die Fotovervielfacherröhre 62 hat eine rechteckige lichtaufnehmende Fläche mit 2,5 cm · 7,5 cm und ist eine Röhre der Art, die unter der Bestellnummer 1612 von der Hamamatsu Company angeboten wird. Der Spiegelkasten 60 ist ein spitz zulaufender rechteckiger Spiegelkasten mit einem ellipsenförmigen Reflektor 64 an einem Ende. Eine Seitenansicht des Lichtdetektors 56 ist in Fig. 10 dargestellt. Der Lichtkollektor 60 hat zwei definierte Schlitze 66 und 68 zum Durchgang des Strahls stimulierender Strahlung auf die Oberfläche des Phosphormaterials und zur Aufnahme des eingelassenen Lichts. Der Lichtdetektor enthält ein Filter 70 zur Absorption der stimulierenden Strahlung und zum Durchlassen der eingelassenen Strahlung.
• Bei der bevorzugten Ausführungsform ist der Kegelstumpf aus stimulierbarem Phosphormaterial ein gerader Kreiskegel mit einem Kegelwinkel α von 90 Grad, einem Basisdurchmesser von 140 mm und einer Höhe von 110 mm.
Vergleichsbeispiele
• 1. Eine Probe aus pulverförmigem AlO wurde in eine Debye- Scherrer-Kamera mit einem Radius von 5,65 cm eingeführt und einem Röntgenstrahl aus einer Cu-K-Leitung bei 40 kV und 25 mA ausgesetzt. Über zwei Stunden wurde ein Streifen aus 35 mm fotografischem Film verwendet. Der Film wurde entwickelt und in einer senkrecht zum Beugungsmuster verlaufenden Richtung abgetastet, wobei sich ein eindimensionales Pulverbeugungsmuster ergab. Das Beugungsmuster hatte einen Störabstand von 88, der gemessen wurde, indem ein Impulsboden zu einer herausragenden Spitze bestimmt, die Fläche unter der Spitze gemessen und anschließend eine Division durch die Standardabweichung des Impulsbodens vorgenommen wurde.
• 2. Die Debye-Scherrer-Kamera wurde ersetzt durch eine Schicht aus stimulierbarem Phosphormaterial der in dem Artikel von Miyahara et al. beschriebenen Art, die wie in Fig. 1 dargestellt angeordnet war und eine Minute lang dem Röntgenstrahl ausgesetzt wurde. Die stimulierbare Phosphormaterialschicht wurde mittels eines Flachbett-Scanners der in Fig. 2 wiedergegebenen Art ausgelesen, und das Signal wurde digitalisiert. Das Signal, das sich aus einer Einzelabtastung entlang eines Radius des Beugungsmusters ergab, wurde von den abgetasteten Daten extrahiert. Der wie eingangs beschrieben bestimmte Störabstand des Signals war etwa 3.
• 3. Das gesamte in Beispiel 2 erzeugte Signal wurde erfindungsgemäß verarbeitet, um das Signal zu bilden, das den Mittelwert sämtlicher Punkte darstellt, die einen gleichen Abstand vom Mittelpunkt des Beugungsmusters haben. Die Signalverarbeitung erfolgte mittels eines programmierten universellen digitalen Computers. Das in der Programmiersprache Fortran geschriebene Computerprogramm zur Ausführung der Signalverarbeitung ist als Anhang A beigefügt. Das sich ergebende eindimensionale Beugungsmuster hatte einen Störabstand von 162, der wie eingangs beschrieben errechnet wurde. Auf der Grundlage der entsprechenden Belichtungen und Störabstände, die in den eingangs geschilderten Vergleichsbeispielen erzielt wurden, wird geschätzt, daß durch die erfindungsgemäßen Verfahren und Vorrichtungen ein Belichtungsreduktionsfaktor zwischen 50 und 250 erzielt werden kann.
• Die Erfindung ist zweckmäßig bei der Pulverbeugung, und sie hat den Vorteil, daß ein Pulverbeugungssignal erzeugt wird, das bei Einsatz einer niedrigeren Belichtung einen höheren Störabstand hat als Verfahren und Vorrichtungen nach dem bisherigen Stand der Technik.
ANHANG A Programm CIRCL
• C PROGRAMM ZUR MITTELWERTBILDUNG VON PIXELN ALS FUNKTION DES URSPRUNGSRADIUS
• C IYC, IXC sind der Mittelpunkt des Beugungsmusters
• DO 1600
• READ DISK(DATA,LIN,PIXSTR) EINE PIXELZEILE WIRD VON DER PLATTE EINGELESEN
• 1400 Continue
• 1600 CONTINUE
• C Mittelwertbildung der Daten
• C
• C AUSGABE NORMALISIERTER ERGEBNISSE
• Do 2300 K=1, MAXR
• Write(6, *)K-1,Ave(K)/WR(K)
• 2300 Continue
• End
Fig. 2
• 34 VERSTÄRKER
• 36 A/D

Claims (6)

1. Pulverbeugungsvorrichtung mit

a) Mitteln (10, 12) zur Erzeugung einfallender Strahlung;

b) Mitteln zum Verbringen einer Pulverprobe (14) in dem Strahl zur Erzeugung eines Pulverbeugungsmusters, das aus konzentrischen Kegeln (18) gebeugter Strahlung besteht;

c) einer stimulierbaren Phosphormaterialschicht (20, 20'), welche die gebeugte Strahlung empfängt, um ein zentrisch um den Strahl angeordnetes zweidimensionales, kreissymmetrisches Latentbild des Beugungsmusters zu erzeugen;

d) Mitteln (56), welche das Latentbild aus der stimulierbaren Phosphormaterialschicht ausliest und ein dem zweidimensionalen Beugungsmuster entsprechendes Bildsignal erzeugt; wobei die Mittel zum Auslesen des Latentbildes Mittel aufweisen, die einen Strahl (B) stimulierender Strahlung erzeugen, Mittel (24) zum Abtasten des Strahls stimulierender Strahlung entlang einer Kreislinie des kreissymmetrischen Latentbildmusters, Mitteln (56), welche die von der stimulierbaren Phosphormaterialschicht abgegebene Strahlung aufnehmen und ein deren entlang der Kreislinie erfaßten Intensität entsprechendes elektrisches Signal erzeugen;

gekennzeichnet durch

e) Mittel (46, 58), die eine rotatorische Relativbewegung zwischen der stimulierbaren Phosphormaterialschicht und den Abtast- und Aufnahmemitteln um das Zentrum des kreissymmetrischen Latentbildes bewirken; und

f) Signalverarbeitungsmittel (28), die auf das Bildsignal ansprechen und ein aufbereitetes Bildsignal erzeugen, welches dem Mittelwert des Beugungsmusters von von dessen Zentrum gleich weit entfernten Punkten entspricht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die stimulierbare Phosphormaterialschicht die Form des Mantels eines Kegelstumpfs besitzt, dessen Achse mit dem Strahl fluchtet, wobei die Probe nahe einer durch die Kegelbasis definierten Ebene angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kegelstumpf einen Kegelwinkel von 90º, einen Basisradius von 140 mm und eine Höhe von 110 mm besitzt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine zweite stimulierbare Phosphormaterialschicht, die die Form des Mantels eines zweiten Kegelstumpfs besitzt, dessen Achse mit dem Strahl fluchtet und dessen Basis benachbart zur Basis des ersten Kegels ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die stimulierbare Phosphormaterialschicht zur Erzeugung eines Latentbildes röntgenstrahlungsempfindlich und zur Ausgabe des Latentbildes im sichtbaren Spektrum IR- strahlungsempfindlich ist; wobei es sich bei der einfallenden Strahlung um Röntgenstrahlung und bei der Stimulationsstrahlung um IR-Strahlung handelt; und wobei die Aufnahme- und Erfassungsmittel im sichtbaren Spektrum arbeiten.

6. Pulverbeugungsverfahren mit folgenden Schritten:

a) Erzeugen einfallender Strahlung;

b) Verbringen einer Pulverprobe in den Strahl, um ein Pulverbeugungsmuster zu erzeugen;

c) Erfassen des Pulverbeugungsmusters mit einer stimulierbaren Phosphormaterialschicht, die so angeordnet ist, daß ein kreissymmetrisches, zweidimensionales Latentbild zentrisch zum Strahl erzeugt wird;

d) Auslesen des Latentbildes aus der stimulierbaren Phosphormaterialschicht, um ein dem zweidimensionalen Beugungsmuster entsprechendes Signal zu erzeugen, wobei der Ausleseschritt die Erzeugung eines Strahls stimulierbarer Strahlung, das Abtasten des Strahls entlang einer Kreislinie des kreissymmetrischen Latentbildmusters, das Aufnehmen und Erfassen der von der stimulierbaren Phosphormaterialschicht abgegebenen Strahlung zum Erzeugen eines der entlang der Kreislinie erfaßten Intensität der abgegebenen Strahlung entsprechenden elektrischen Signals umfaßt, gekennzeichnet durch folgende weitere Schritte:

e) Drehen der stimulierbaren Phosphormaterialschicht um das Zentrum des kreissymmetrischen Latentbildes, und

f) Verarbeiten des Signals zum Erzeugen eines aufbereiteten Signals, welches einen eindimensionalen Radialabschnitt des zweidimensionalen Bildes darstellt, der durch die Bildung des Mittelwerts der Intensität des Beugungsmusters an vom Zentrum des Beugungsmusters gleich weit entfernten Punkten erhalten wird.