Die Röntgenrefraktion beruht auf dem Effekt der Brechung elektromagnetischer Strahlung an Grenzflächen zwischen Bereichen unterschiedlicher Dichte. Dieser Effekt ist sehr ausgeprägt, wenn der Brechungsindexkontrast (also nicht unbedingt der Dichtenkontrast) an der Grenzfläche groß ist, wie z.B. zwischen Luft und Materie. Er wird in der technischen Optik (sichtbarer Bereich des elektromagnetischen Spektrums) genutzt, um Abbildungssysteme für z.B. Kameras und Mikroskope sowie Brillen und Kontaktlinsen herzustellen. In der Materialcharakterisierung und zerstörungsfreien Prüfung wird er dazu benutzt, freie Oberflächen in Form von Poren oder Rissen innerhalb eines Materials (oder Bauteils) zu detektieren. Im Unterschied zum sichtbaren Spektrum ist der Brechungsindex n der Materie für Röntgenstrahlen kleiner als 1 (n = 1 – 10-5), wodurch konvexe Linsen zu Streulinsen und konkave Linsen zu Sammellinsen werden und die Ablenkwinkel nur wenige Bogenminuten betragen, was eine sehr präzise Justierung und Temperaturstabilität der Messapparatur erfordert.
Eine typische Messapparatur für die Röntgenrefraktionsuntersuchung besteht aus einer Röntgenröhre nebst Hochspannungsgenerator, einem Kollimator- und Messspalt-System (Typ Kratky-Kammer, die für Röntgen-Kleinwinkel-Streuuntersuchungen entwickelt wurde), zwei Röntgendetektoren (Photomultiplier mit Szintillator) mit Messelektronik, einem Probenmanipulator-System (x, y, z linear und w Rotation) und einem PC, der die Probenbewegung und Messwerterfassung steuert.
Der Röntgenstrahl wird durch das Kollimator-System auf einen Strahlquerschnitt von ca. 50 mm × 2 mm reduziert. Der Probenmanipulator bewegt die Proben in einem Raster in der x-y-Ebene (senkrecht zur Strahlausbreitungsrichtung) durch den Röntgenstrahl. Mit den beiden Röntgendetektoren werden die Transmissions- und Refraktionseigenschaften der Proben ortsabhängig registriert. Aus dem Messwert werden die folgenden Größen bestimmt:
BAM - Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung
Division 8.5 - Micro- NDT
Unter den Eichen 87
D-12205 Berlin
Experimentelle Aufgabenstellung: