Positionierlösung Maßgeschneiderte Positionierlösung für Analysemethoden an einer Beamline

Autor / Redakteur: Dipl.-Phys. Birgit Schulze / Ute Drescher

Mit Radiografie- und Tomografieverfahren lassen sich heute immer feinere Strukturen im Inneren von Objekten erkennen. Brechende Röntgenoptiken erreichen mittlerweile Auflösungen um 100 nm. Die hohe mechanische Genauigkeit und Stabilität zu erreichen, die notwendig ist, um Optiken und Probe zu justieren, ist keineswegs trivial – aber machbar.

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Am Speicherring Petra III am DESY in Hamburg betreibt das Helmholtz-Zentrum Geesthacht die Imaging Beamline P05 mit zwei experimentellen Stationen, eine für Mikrotomografie, eine für Nanotomografie. Gezeigt ist hier der experimentelle Aufbau der Nanotomographie.
Am Speicherring Petra III am DESY in Hamburg betreibt das Helmholtz-Zentrum Geesthacht die Imaging Beamline P05 mit zwei experimentellen Stationen, eine für Mikrotomografie, eine für Nanotomografie. Gezeigt ist hier der experimentelle Aufbau der Nanotomographie.
(Bild: Physik Instrumente)

In Hamburg wird das Unsichtbare sichtbar: Am Speicherring Petra III des Desy (Deutsches Elektronen Synchrotron) durchleuchten Wissenschaftler des Helmholtz-Zentrums Geesthacht (HZG) Materialien, Werkstoffe und biologische Systeme zerstörungsfrei und können so immer feinere Strukturen im Inneren erkennen. Dabei entstehen dreidimensionale Aufnahmen mit Auflösungen um 100 nm ((Vergleich!!)).

Diese Untersuchungen passieren auf der Imaging Beamline P05 mit zwei experimentellen Stationen, eine für Nanotomografie (Bild 1) und eine weitere für Mikrotomografie. Der Name bezeichnet dabei jeweils die erreichbare (Orts-)Auflösung. Die Röntgenoptiken für dreidimensionale Aufnahmen bestehen aus vielen hundert brechenden Einzellinsen und wurden am Institut für Mikrostrukturtechnik des KIT in Karlsruhe entwickelt. Hinzu kommt noch eine Mikroskopieoptik für sichtbares Licht, mit deren Hilfe die röntgenoptischen Abbildungen weiter vergrößert und auf eine Kamera abgebildet werden.

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Die Instrumentierung muss hohe Standards erfüllen

Um möglichst viele unterschiedliche Experimente durchführen zu können, bietet das HZG zwei verschiedene röntgenoptische Konfigurationen an: Eine abbildende Anordnung, für die die Probe vor der Objektiv-Optik positioniert wird (Bild 2), und eine Kegelstrahlanordnung, bei der die Probe im divergierenden Strahl hinter der Optik platziert wird. In beiden Fällen kommt es auf eine hohe mechanische Stabilität und exakte Positionierung an, um Aufnahmen von hoher Qualität zu erhalten. Daher musste die Instrumentierung für die Experimente an der P05-Beamline sehr hohe Standards erfüllen.

Dank intensiver Zusammenarbeit der Auftraggeber mit den Ingenieuren und Entwicklern der Physik Instrumente (PI) ließ sich die komplexe Aufgabenstellung jedoch praxisgerecht lösen. Schließlich hat das Unternehmen im Bereich „Beamline Instrumentation“ gerade in diesem Anwendungsgebiet wertvolles Know-how und langjährige Erfahrung. Ziel des Spezialistenteams, das von PI Micos koordiniert wird, ist es, individuelle, anwendungsgerechte Lösungen zu entwickeln, die über das Anbieten von Einzelkomponenten hinausgehen und die Systemintegration ebenso einschließen wie die vollständige Instrumentierung. An der Beamline P05 wurden diese Fähigkeiten erneut unter Beweis gestellt. Eine besondere Herausforderung war hier die Ansteuerung, die auf Basis eines Industriecontrollers realisiert wurde. Es galt knapp 50 Achsen abhängig voneinander anzusteuern, wobei auf Kollionsschutz geachtet werden musste. Das ganze System wurde schließlich in die an Beamlines übliche Tango-Oberfläche eingebunden.

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