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Bisherige Diplomarbeiten (seit 2000):
- "Möglichkeiten der Identifizierung von Flüssigkeiten und
amorphen Substanzen mit Hilfe kohärenter Röntgenstreuung"
Ausgangspunkt der Arbeit war eine vorhandene
experimentelle Röntgenbeugungsanordnung zur Identifizierung kristalliner
Substanzen im Innern ausgedehnter Objekte. Innerhalb der Arbeit war die Frage
zu klären, inwieweit die verwendete Methode auch geeignet ist, Flüssigkeiten
und amorphe Substanzen zu erkennen. Daneben wurde die Frage untersucht, ob
und in welcher Weise Beugungsmuster solcher Substanzen mit Hilfe bekannter
Daten vorausberechnet (simuliert) werden können.
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- "Materialselektive Bildgebung mit Hilfe kohärenter
Röntgenstreuung - Methoden und technische Voraussetzungen"
Im Rahmen dieser Arbeit sollte die Bildgebung mit Hilfe kohärenter
Röntgenstreuung durch Erstellung eines Softwareprogramms (objektorientierte
Windows-Programmierung) zur Berechnung und Darstellung von
materialaufgelösten Bildern weiterentwickelt werden.
Als Signal- und Bildverarbeitungsalgorithmen sind dabei vor allem die Möglichkeit der Bildung von
Summenspektren, die Erzeugung von Bildern unter Einbeziehung mehrerer
Integrationsintervalle sowie Interpolations- und Statistikfunktionen zu
erwähnen. Unter den Visualisierungstools erweisen sich vor allem eine einstellbare
Falschfarbendarstellung sowie Möglichkeiten der Objektvermessung als
nützlich. Die zur Erprobung der Software erforderlichen ortsaufgelösten
Datensätze wurden durch Messungen an unterschiedlichen Objekten
bereitgestellt.
Ein weiterer Aspekt der Aufgabe beinhaltete die
Untersuchung der Bildgebungsmethode vor allem hinsichtlich vorhandener Möglichkeiten
zur Messzeitverkürzung.
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- "Experimentelle und theoretische Ansätze zur
rekonstruktiven Berechnung eindimensional ortsaufgelöster Röntgenbeugungsdaten"
Ziel dieser Diplomarbeit war es, die Ortsauflösung der
verwendeten Röntgenbeugungstechnik durch ein rekonstruktives Verfahren zu
verbessern. Grundlage der Methode ist dabei die Messung des Objektes in
unterschiedlichen Höhen innerhalb des Röntgennadelstrahls und die Verwendung
eines Rekonstruktionsalgorithmus zur Berechnung schichtweise ortsaufgelöster
Spektren. Im Gegensatz zu den im Rahmen einer Vorgängerarbeit verfolgten
Ansätzen waren hier verstärkt Methoden zur Anpassung ("Fit") theoretisch
berechneter Funktionsverläufe an die gemessenen Höhenprofile basierend auf
der Methode der kleinsten Quadrate einzusetzen, um durch Textur und Rauschen
bedingte Effekte in den rekonstruierten Spektren zu minimieren.
Unter Verwendung eines kommerziell erhältlichen
Softwarepaketes (ORIGIN) waren Fit-Prozeduren zu
implementieren, zu erproben und im Hinblick auf die gegebene Anwendung zu
beurteilen. Das gewählte Vorgehen bei der Rekonstruktion basiert dabei
darauf, dicke Materialbereiche
innerhalb des Messobjektes durch Überlagerung einer Anzahl dünnerer Schichten
zu modellieren, wobei diese jeweils bekannte Höhenprofile ergeben.
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- "Untersuchung und Optimierung von Streukollimatoren
für die energiedispersive Röntgenbeugung an
ausgedehnten Objekten"
Die Schlüsselkomponente eines Systems zur ortsaufgelösten
Röntgenbeugung ist der Streukollimator, mit dessen
Hilfe die vom Detektor zu registrierenden Quanten hinsichtlich ihres
Ausgangspunktes (Streuvolumen) sowie ihres Streuwinkels ausgewählt werden.
Mit der geeigneten Auslegung dieser Systemkomponente steht und fällt die
Empfindlichkeit des gesamten Experiments. Bislang wurden im Rahmen des
Projektes "Ortsaufgelöste Röntgenbeugung" an der Bergischen
Universität Kollimatoren eingesetzt, die auf einer
primären Röntgeneinstrahlung in Form eines Nadelstrahles basieren.
Gegenstand dieser Diplomarbeit war die Entwicklung und
Erprobung alternativer Röntgengeometrien auf Basis einer primären
Einstrahlung als Kegel- oder Kegelmantelstrahl. Dabei stand das Ziel der
Erhöhung der Empfindlichkeit durch Nutzung der gestreuten Strahlung aus einem
größeren Volumenbereich im Vordergrund. Daneben umfasste die Arbeit die
Realisierung der Idee eines "Viellochkollimators"
sowie die Untersuchung und Interpretation der Auswirkung der Neigung der
Anode der Röntgenröhre.
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- "Pulsformanalyse
zur ortsaufgelösten Röntgendetektion mit einem
p-type HPGe-Detektor"
Bei dem im Bereich Technische Physik an der BUW angewandten
Verfahren der ortsaufgelösten Röntgenbeugung werden in ausgedehnten Objekten
gestreute Röntgenquanten mit Hilfe eines energieauflösenden Detektors
gemessen, um anhand der Bragg-Gleichung das
Material im Streuort zu bestimmen. Da hierbei die
Messung der Quanten mit Hilfe eines Streukollimators
auf einen festen Winkelbereich beschränkt und somit bei jeder Messung nur ein
kleiner Teil der gestreuten Quanten detektiert wird, besteht ein wesentliches
Problem des Verfahrens in der geringen Empfindlichkeit. Abhilfe kann hier
zwar durch den Einsatz segmentierter Detektoren geschaffen werden, die in
Kombination mit entsprechend mehrfach ausgelegter Datenaufnahme-Elektronik
Simultanmessungen unter mehreren Winkeln erlauben. Der sehr hohe Aufwand für
einen solchen Detektor sowie die mehrfach erforderliche Elektronik schränkt
jedoch die Anwendbarkeit dieser Möglichkeit stark ein.
Diese Diplomarbeit beschäftigt sich mit einer anderen
Möglichkeit, die Quantenausbeute zu erhöhen: Durch Digitalisierung jedes einzelnen
Detektorpulses wird versucht, anhand der Pulsform den Detektorort
zu bestimmen, an dem das einfallende Quant absorbiert wurde. Diese
Information erlaubt - in gewissen Grenzen - Rückschlüsse auf den Streuwinkel,
so dass dieser weit weniger durch Kollimatoren
beschränkt werden muss.
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- "Möglichkeiten
zur Identifikation von Bakterien-Endosporen
durch kohärente Röntgenstreuung"
Aufgabe dieser überwiegend experimentellen Diplomarbeit
war es, die Methode der ortsaufgelösten Röntgendiffraktometrie
hinsichtlich ihrer Eignung zur Erkennung von Bakterien-Endosporen
zu prüfen. Übergeordnetes Ziel ist dabei die Anwendung der Methode in der
Kontrolle von Postsendungen oder Gepäckstücken zur Abwehr terroristischer
Angriffe mit Biowaffen. Im Einzelnen sollten die entsprechenden Anforderungen
an die Apparatur hinsichtlich Empfindlichkeit und spektraler Auflösung
beurteilt werden. Als Untersuchungsmaterial standen hierzu Sporen der
Bakterienart Bacillus Subtilis
sowie weitere Proben zur Verfügung.
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- "Aufbau und Erprobung einer Röntgenanlage
hoher Leistung zur ortsaufgelösten Röntgendiffraktometrie"
Aufgabe dieser überwiegend experimentellen Diplomarbeit
war es, eine vorhandene 150kV-Röntgenanlage mit Festanode durch ein
leistungsstärkeres 160kV-Modell mit Drehanode zu ersetzen und den
Empfindlichkeitsgewinn quantitativ zu vermessen.
Nach erfolgter Installation, Inbetriebnahme und Vermessung
der neuen Röntgenanlage wurden zur Bewertung der Leistungssteigerung u.a.
ortsaufgelöste Röntgendiffraktometriemessungen an
verschiedenen Proben durchgeführt.
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- "Entwicklung
einer Wavelet-basierten Software zur
Signalanalyse in der energiedispersiven Röntgendiffraktometrie"
Diese Diplomarbeit befasst sich mit Möglichkeiten zur
rechnerunterstützten Auswertung von Messungen der ortsaufgelösten Röntgendiffraktometrie. Die Aufgabe bestand dabei darin,
das Verfahren der Wavelettransformation (WLT) auf
das Problem der Erkennung bestimmter Röntgenbeugungsmuster und anderer
Signalformen anzuwenden sowie eine Software-Umgebung zur Waveletanalyse
zu entwickeln und anhand von Beispielen zu erproben. Hierzu gehörten neben
den Beugungsmustern auch zeitaufgelöste Signale eines HPGe-Detektors.
Das Ziel einer automatisierten Identifizierung von
Signalformen wurde durch kombinierte Nutzung mehrerer Signalmerkmale einer
WLT unter Einsatz von „Splines“ zur Definition
geeigneter „Wavelets“ verfolgt. Neben der in der
Arbeit erstellten Programmierumgebung (Wavelet-Analyzer)
wurden weitere MS-Windows Programme u.a. zur
Motorsteuerung für die Aufnahme von Beugungsbildern unter Einbindung des
Datenaufnahmeprogramms WINTMCA entwickelt und erprobt.
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- "Identifizierung
von amorphen Substanzen durch elastische Röntgenstreuung im
hochenergetischen Bereich"
Im Gegensatz zu kristallinen Stoffen liefern Flüssigkeiten
und amorphe Materialien breite und verwaschene Beugungspeaks.
Die durch ihre Messung gewonnene Information ist daher wenig selektiv, was
insbesondere bei Anwendungen zur Substanzidentifizierung in der
Sicherheitstechnik problematisch ist.
Der grobe Verlauf des gesamten differentiellen
Streuquerschnitts über dem Impulsübertrag ist (ohne Interferenzen) durch die
Formfaktoren sowie die inkohärenten Streufunktionen
der in der Substanz vorhandenen Atome bestimmt. Diese, der Literatur zu
entnehmenden, Daten lassen sich für größere Impulsüberträge speziell zum
„hochenergetischen“ Verlauf
experimentell bestimmter Röntgenstreumuster in Beziehung setzen.
Diese Diplomarbeit befasst sich mit Möglichkeiten, anhand
dieser hochenergetischen Verläufe Materialien entsprechend ihrer
Zusammensetzung aus Atomen unterschiedlicher Ordnungszahl zu unterscheiden.
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- "Untersuchungen
zur Pulsformanalyse mit einem „true-coaxial“ p-type HPGe-Detektor im
Röntgenbereich"
In Fortsetzung früherer Arbeiten sollte hier erstmals ein
für die Pulsformanalyse angepasster HPGe-Detektor
verwendet werden. Dieser sog. true-coaxial Detektor
wurde als Prototyp durch „Umdrehen“ eines herkömmlichen Koaxialdetektors (mit
planarer Zone im Eintrittsbereich der Strahlung)
kommerziell hergestellt.
Das Ziel dieser durch Drittmittel geförderten Arbeit
bestand darin, die radiale Pulsformabhängigkeit zu demonstrieren, ihre Übereinstimmung
mit Simulationen zu überprüfen und eine Einschätzung hinsichtlich der mit dem
Verfahren erreichbaren radialen Auflösung zu geben.
Deutliche radiale Signalunterschiede wurden bei guter Übereinstimmung
(Pulslänge und –form) von Simulation und Experiment demonstriert, wobei nach
umfangreicher S/N-Optimierung sogar die Auswertung auf Basis einzelner Pulse,
d.h. ohne Signalmittelung gelang. Eine radiale Auflösung im Bereich von 5-7
mm erscheint dabei möglich. Die Resultate wurden publiziert, und Vorschläge
für zu entwickelnde spezielle Vorverstärker sowie zur Weiterentwicklung von
true-coaxial-Detektoren wurden gemacht.
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- "Schichtaufgelöste
Rekonstruktion von Röntgenbeugungsmustern durch Anwendung des Gauß’schen Normalengleichungsverfahrens unter
Nebenbedingungen"
Das Thema knüpft an frühere Arbeiten zur
schichtaufgelösten Rekonstruktion von Röntgenbeugungsmustern aus Messdaten
niedriger Ortsauflösung an. Dabei sollte das bereits früher verwendete
Entfaltungsverfahren durch Lösung der sog. Gauß’schen Normalengleichungen
angewendet werden, wobei jedoch dieses durch geeignete Nebenbedingungen
speziell auf das vorliegende Problem anzupassen war.
Im Rahmen der Arbeit wurde anhand idealisierter Signale
vor allem eine Untersuchung der Empfindlichkeit des Algorithmus gegenüber im
realen Experiment auftretenden Störsignalen (Rauschen, Signaluntergrund)
durchgeführt. Die Ergebnisse stellen damit eine Vorstufe zur Verwendung
simulierter oder experimentell gewonnener Daten dar.
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