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Röntgendetektor zur Untersuchung von Materialeigenschaften

Bildnachweis: Cornell University Moderne Synchrotron-Röntgenquellen wie das Cornell High Energy Synchrotron (CHESS) erzeugen Röntgenstrahlen mit beispiellosen Fähigkeiten. Wissenschaftler und Ingenieure verwenden die Strahlen, um die Eigenschaften von Materialien zu untersuchen, wenn sie raschen Änderungen der Umgebungsbedingungen ausgesetzt sind.

Die Gruppe von Sol M. Gruner, Physik, war führend in der Entwicklung von Röntgendetektoren für wissenschaftliche Synchrotronanwendungen, und die Technologie des Teams wird weltweit eingesetzt. Ihre Detektoren verwenden pixelierte Siliziumschichten mit integrierten Schaltkreisen, um Röntgenstrahlen zu absorbieren und elektrische Signale zu erzeugen. Der große Dynamikbereich, die hohe Empfindlichkeit und die schnelle Bildfrequenz der Detektoren ermöglichen viele zeitaufgelöste Röntgenexperimente, die bisher nur schwer durchzuführen waren.

Die Detektoren sind durch die Siliziumschicht begrenzt. Materialien mit niedriger Atomzahl wie Silizium werden für Röntgenstrahlen zunehmend transparent, wenn die Energie der Röntgenstrahlen ansteigt. Die Gruppe von Gruner entwickelt nun eine Variante ihres Detektors, bei der Halbleiter verwendet werden, die aus Elementen mit hohem Atomgewicht bestehen, um die Röntgenstrahlen zu absorbieren und die resultierenden elektrischen Signale zu erzeugen. Die Detector Group unter der Leitung von Antonio Miceli vom US-Energieministerium Advanced Photon Source (APS) wird gleichzeitig die Hilfselektronik und die Schnittstellen entwickeln, die für die Herstellung voll funktionsfähiger Prototypen erforderlich sind, die für Experimente mit hoher Röntgenenergie am APS und am CHESS geeignet sind.

Beispiele für vom Detektor ermöglichte Experimente wären Untersuchungen zur Entwicklung von Rissen in Stählen und Legierungen für Flugzeuge und Turbinen, von Brennstäben für Kernreaktoren, der Festigkeit von dreidimensional bedruckten Metallen und Keramiken sowie von Metallschweißnähten. Der Detektor würde auch zeitaufgelöste In-situ-Untersuchungen von Speicherbatterien und Untersuchungen zur Herstellung schlagfester Substanzen für eine Vielzahl von Anwendungen ermöglichen.

Zur Verfügung gestellt von der Cornell University