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Transmissions-Röntgenmikroskopie mit Laborquellen im harten Röntgenbereich
Baumbach, Stefan
The aim of this thesis is the development of a transmission x-ray microscope with laboratory sources in the hard x-ray region. This microscope differs from existing transmission hard x-ray microscopes due to a novel illumination method. The resolution of the well established projection microscopes in the hard x-ray region is in the micro meter scale, which has been clearly enlarged with this setup. As x-ray sources, micro focus tubes with a stationary target and a liquid-metall target (characteristic line at 8,05 keV and 9,25 keV respectively) are used. The microscope uses a novel x-ray condenser - a poly capillary - as illumination device. With this kind of optic, one is able to illuminate the sample in a Koehler-like way and therefore homogeneously. In addition, the condenser systems supply a higher numerical aperture than the objective lens. This leads to the possibility for dark-field imaging. The objective lens is a tungsten zone plate and two central stop concepts have been realized. This enables an object field of view of 30 µm and of 50 µm accordingly. The combination of condenser properties and with a suitable central stop concept leads for the first time to dark-field imaging in the lab with a transmission hard x-ray microscope. The detector system is a high efficient x-ray CCD. The microscope in current configuration is detector-limited. A resolution of about 200 nm is achieved in both imaging modes. Compared to bright-field imaging, dark-field imaging enables the same resolution power at much lower magnification and shorter exposure time. Within this work, the development of the microscope and the characterisation of all used components is described. The applicability of the microscope is demonstrated with the localisation of ostecyte-lacunae in chicken bone.
Ziel dieser Doktorarbeit ist ein Transmissions-Röntgenmikroskop mit Laborquellen für den harten Röntgenbereich zu entwickeln. Mit einem neuartigen Beleuchtungsverfahren, hebt sich dieses Mikroskop von den existierenden Transmissionsmikroskopen für harte Röntgenstrahlung ab. Die mit den etablierten Projektionsmikroskopen im harten Röntgenbereich erreichbare Auflösung von etwa einem Mikrometer, wird mit diesem Mikroskop deutlich verbessert. Als Lichtquellen werden Mikrofokusröhren mit stationärem Target, bzw. einem flüssigen Metalltarget (charakteristische Strahlung bei 8,05 keV bzw. 9,25 keV) verwendet. Das Mikroskop benutzt einen neuartigen Röntgenkondensor - eine Polykapillaroptik - als Beleuchtungsapparat. Mit dieser Optik ist es möglich die Probe auf köhler-ähnliche Weise und damit homogen zu beleuchten. Weiterhin haben die hier verwendeten Kondensorsysteme eine höhere numerische Apertur als das Objektiv. Somit ist neben der Hellfeld- auch die Dunkelfeldbildgebung möglich. Als Objektiv wird eine Zonenplatte aus Wolfram verwendet. Dazu werden zwei Mittenstop-Konzepte realisiert die ein Objektfeld von 30 µm, bzw. 50 µm ermöglichen. Mit der Kombination aus geeigneten Kondensoreigenschaften und dem Mittenstopkonzept wird zum ersten Mal die Dunkelfeldbildgebung mit einem Labor- Transmissionsmikroskop mit harter Röntgenstrahlung realisiert. Das Detektionssystem ist ein Röntgen-CCD mit hoher Effizienz. Das Mikroskop in seiner derzeitigen Konfiguration ist detektor-limitiert. Es wird eine Auflösung von etwa 200 nm in beiden bildgebenden Verfahren erzielt. Im Vergleich zum Hellfeldmodus wird im Dunkelfeldmodus die selbe Auflösung mit deutlich geringerer Vergrößerung und kürzerer Belichtungszeit erreicht. Im Verlauf dieser Arbeit wird die Entwicklung und die Charakterisierung aller verwendeten Komponenten beschrieben. Die Anwendbarkeit des Mikroskops wird anhand der Lokalisierung von Osteozyten-Lakunen in Hühnerknochen demonstriert.
