Entwicklung und Test eines hochauflösenden Detektors zur Bildgebung mit Synchrotronstrahlung

Anwendungen eines hochauflösenden Röntgendetektors sind die Kleinwinkelstreuung an Muskelfasern, um deren Kontraktion zu bestimmen oder die Verwendung in üblichen Kristalluntersuchungen bei hohen Energien.
In der medizinischen Forschung mit Röntgenstrahlung, speziell bei Untersuchungen der Herzdynamik, werden hochauflösende Röntgendetektoren benötigt, die sowohl eine Auslesegeschwindigkeit im Submillisekundenbereich, als auch eine Kontrastauflösung von besser als 1 % leisten können.
Eine medizinische Untersuchung der Flussdynamik wird nur durch die Verwendung eines Kontrastmittels möglich, so dass man Gefäße durch die K-Kanten Subtraktionsmethode deutlich vom restlichen Gewebe unterscheiden und den Absolutbetrag der Konzentration des Kontrastmittels bestimmen kann. Übliche Kontrastmittel sind Iod und Gadolinium, so dass Energien bis 51 keV benötigt werden.
Verschiedene Detektoren bzw. Detektormaterialien sind im Gebrauch bzw. im Test um diese Bedingungen zu erfüllen. Si-, Ge-, CdZnTe-, CdMnTe- und CdTe-Halbleiterdetektoren werden hauptsächlich benutzt oder getestet, wobei jeder Typ physikalische und/oder technische Schwierigkeiten besitzt, die eine Erfüllung der Forderungen verhindern. Diese Schwierigkeiten sind die geringe Absorptionseffizienz (Si) und verschlechterte Ortsauflösung unter Verwendung von Szintillatoren, Kühlung und schlechte Auflösung (Ge) und Elektronenüberlaufen der Pixel sowie technische Probleme beim Bau eines Detektorchips (CdZnTe-, CdMnTe- und CdTe).
Der Ansatz dieser Arbeit ist nun eine gasgefüllte Ionisationskammer, als integrierender Zeilendetektor aufgebaut. Allgemein besteht bei einer Ionisationskammer immer der Nachteil der geringeren Absorptionseffizienz. Betreibt man die Ionisationskammer allerdings bei einem hohen Druck in der Größenordnung von 50 bar, kann man unter Verwendung der Edelgase Ar, Kr oder Xe für eine entsprechende Länge des sensitiven Bereichs (im Bereich von cm) dieses Problem lösen. Bei diesen Längen der Auslesestreifen machen sich allerdings Parallaxefehler bemerkbar, deshalb muss man eine Strahlungsquelle verlangen, deren Strahl eine minimale Divergenz aufweist. In Kombination mit der eingangs geforderten Zeitauflösung und dem gewünschten Kontrast, sind nur Synchrotronstrahlungsquellen der 3. Generation wie das ESRF in Grenoble oder der DORIS Ring in Hamburg in der Lage, eine entsprechend kleine Strahldivergenz bei sehr hohem Photonenfluss zu liefern.
Die Aufgabe dieser Arbeit ist es nun, herauszufinden wo die Grenzen der Ortsauflösung einer oben beschriebenen gasgefüllten Ionisationskammer liegen. Dazu wurde eine Simulationssoftware entwickelt und ein Testdetektor gebaut. Die Simulation berücksichtigt sowohl die physikalischen Effekte im Gasvolumen nach einer Belichtung mit monoenergetischen Photonen als auch die Geometrie des Detektordesigns zur Berechnung der Ausdehnung der Ladungswolke. Der Bau des Detektors erfüllt nun zum Einen den Zweck, die technische Realisierung eines solchen Designs zu demonstrieren, als auch über eine einfache Messung die physikalischen Grenzen der Simulation aufzuzeigen. Desweiteren soll über diese Software eine Voraussage über mögliche Ortsauflösungen eines solchen Detektors gemacht werden.