Michael Kolbe

Depolarisationserscheinungen bei der Röntgenbeugung in Mosaikkristallen

Dissertation zur Erlangung des akademischen Grades doctor rerum naturalium (Dr. rer. nat.) vorgelegt an der Mathematisch-Naturwissenschaftlich-Technischen Fakultät der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg
verteidigt am 19.09.2002

Abstract
Das Ziel dieser Arbeit war die systematische Untersuchung des Polarisationszustandes der in Mosaikkristallen gebeugten Röntgenwelle.
Dazu wurde eine vollständige polarisationsoptische Bank bestehend aus Analysator und zwei Lambdaviertelplättchen für den Röntgenbereich aufgebaut. Mit Hilfe dieser optischen Einrichtung wurde die Polarisationseigenschaften der in den Lithiumfluorid-Mosaikkristall gebeugten Röntgenstrahlung untersucht. Die Experimente sind im Hamburger Synchrotronstrahlungslabor (HASYLAB) durchgeführt worden.
Zunächst lag der Schwerpunkt der Untersuchungen in der Beantwortung der Frage, ob eine Änderung des Polarisationszustandes abhängig von dem Grad der Perfektion des verwendeten Kristalls ist. Der Lithiumfluoridprobenkristall wurde dafür sowohl as-grown als auch durch Verbiegung zusätzlich gestört verwendet. Eine Abhängigkeit des Polarisationszustandes vom Perfektionsgrad konnte im Zweistrahlfall nicht verifiziert werden.
Dagegen hat sich bei der Anregung von mehreren Reflexen gleichzeitig eine deutliche Veränderung des Polarisationszustandes des primär reflektierten Strahls gezeigt. Die systematische Untersuchung des Polarisationszustandes dieses Strahls in Abhängigkeit von der Anregung von Mehrstrahlfällen wurde vorgenommen. Der Strahl depolarisiert. Die Phasenbeziehung zwischen den beiden senkrecht zueinander stehenden Polarisationskomponenten geht verloren. Die Stärke der Depolarisation wird dabei durch die Geometrie der beteiligten Beugungsebenen bestimmt.
Das im Rahmen der Arbeit entwickelte Modell des sukzessiven Intensitätsübertrags beschreibt die experimentellen Ergebnisse. Dabei wird von einem inkohärenten Streuprozess im Mosaikkristall ausgegangen.

In this work the depolarisation phenomena at x-ray diffraction in mosaic crystals were investigated.
For this purpose a complete polarisation optical bench including an analyser and two quarter wave plates for the x-ray spectrum was constructed. This bench was used for the investigation of the polarisation properties of the beam diffracted inside a mosaic crystal. Therefore it was assembled at the synchrotron radiation laboratory in Hamburg (HASYLAB).
At first the investigation was dominated by the question, whether there is a change of the polarisation state in dependence on the degree of perfection of the used crystal. For this reason the crystal was applied both as-grown and additionally bent. A dependence of the polarisation state on the degree of perfection in the two beam case couldn't be verified.
However, a significant change of the polarisation state of the primaryly diffracted beam at the excitation of more than one reflection at once was determined. A systematic investigation of the polarisation state of this beam in dependence on the excitation in many beam geometries was carried out. The primaryly diffracted beam depolarises in these geometries. The phase relation between the two polarisation components, which are perpendicular to each other, gets lost. The strength of the depolarisation is determined by the geometry of the contributing diffraction planes.
In this work a model was developed, which explains the experimental results. This model of the gradual intensity transfer is based on an incoherent diffraction process inside the mosaic crystal.

Keywords:
Mosaikkristall, Lithiumfluorid, Röntgenstrahlung, Depolarisation, inkohärenter Streuprozess, Synchrotronstrahlung

Mosaic crystal, lithium fluoride, x-ray radiation, depolarisation, incoherent diffraction process, synchrotron radiation

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Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis (1-2)
1. Einleitung (3-11)
2. Aufgabenstellung (12)
3. Theoretische Grundlagen (13-29)
4. Experimenteller Aufbau (30-46)
5. Diskussion der experimentellen Ergebnisse (47-61)
6. Zusammenfassung und Ausblick (62-64)
7. Literaturverzeichnis (65-67)
Anhang, Abkürzungsverzeichnis (68-73)