Durch die Miniaturisierung von Röntgenquellen für die industrielle Bildgebung werden deren Anwendungsmöglichkeiten enorm erweitert. Produktionsprozesse profitieren dadurch von verbesserten Qualitätskontrollen, und die dabei erzeugten Messdaten helfen den Unternehmen unmittelbar, ihre Effizienz zu steigern sowie Ressourcen und Energie zu sparen.
Röntgenstrahlung dient seit mehr als 125 Jahren als bildgebendes Verfahren, ob klassisch in der Medizin oder auch in Technik und Industrie. Letztere setzen sie als bildgebendes Messverfahren für die Qualitätskontrolle ein. Die notwendigen Röntgenquellen sind in der Regel jedoch sehr groß, was ihre Einsatzmöglichkeiten einschränkt. Ein weiteres Problem stellt die Erzeugung der freien Elektronen in der Röntgenquelle dar. Dies geschieht durch thermische Aufheizvorgänge, wodurch sich ein vergleichsweise träges Schaltverhalten der Röntgenquellen ergibt. Diese Nachteile verhindern, dass die Röntgentechnik in weiteren Bereichen als Instrument für Qualitätskontrollen eingesetzt zu wird.
Feld der Feld-Emissions-Effekt auf, wodurch Elektronen freigesetzt werden (Quelle: Ostbayerische Technische Hochschule Regensburg)
rechts: Feld-Emissions-Array mit aufgesetzter ringförmiger Elektronenlinse zur Fokussierung des Elektronenstrahls. (Quelle: Ostbayerische Technische Hochschule Regensburg)
In diesem Projekt sollen deshalb miniaturisierte Röntgenquellen umgesetzt werden. Kernkomponente sind auf Silizium-Chips hergestellte hochintegrierte Matrix-Strukturen, die als Elektronenquellen dienen. Dabei wird der sogenannte Feld-Emissions-Effekt genutzt, bei dem Elektronen
durch Anlegen eines starken elektrischen Feldes freigesetzt werden. Anschließend werden die Elektronen auf ein sogenanntes Metall-Target geschossen, wodurch Röntgenstrahlung erzeugt wird. Die Besonderheit an diesem Prinzip ist die digitale Schaltweise der Elektronenquellen, die sehr schnelle Röntgenpulse erzeugt.
Die Projektpartner entwickeln unterschiedliche Nano- Strukturen für die Elektronenquellen, bauen eine Elektronenoptik für die Fokussierung und Lenkung des Elektronenstrahls und verifizieren schließlich die Abbildungseigenschaften der fertigen Röntgenquelle.
Eine Besonderheit stellt die Verwendung von Silizium als günstiges Ausgangsmaterial dar. Teile der Röntgenquellen können daher mit den etablierten Produktionsverfahren aus der Halbleitertechnik direkt und kostengünstig hergestellt werden.
