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Dissertation zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:gbv:18-94638
URL: http://ediss.sub.uni-hamburg.de/volltexte/2019/9463/


High-resolution grating-based phase-contrast imaging for synchrotron radiation sources

Hochauflösende gitterbasierte Phasenkontrastbildgebung an Synchrotronstrahlungsquellen

Hipp, Alexander

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SWD-Schlagwörter: Synchrotron , Harte Röntgenstrahlung , Brechzahlmessung , Tomografie
Freie Schlagwörter (Deutsch): Phasenkontrast
Freie Schlagwörter (Englisch): Phase-Contrast , X-ray , Tomography , Synchrotron Radiation
Basisklassifikation: 33.05
Institut: Physik
DDC-Sachgruppe: Physik
Dokumentart: Dissertation
Hauptberichter: Schreyer, Andreas (Prof. Dr.)
Sprache: Englisch
Tag der mündlichen Prüfung: 10.08.2018
Erstellungsjahr: 2018
Publikationsdatum: 10.01.2019
Kurzfassung auf Deutsch: Diverse Vorteile auf Phasenkontrast basierender Bildgebung gegenüber konven- tioneller absorptionsbasierte Radiographie oder Tomographie, besonders für die Untersuchung von schwach absorbierenden Materialien, wurden schon mehrfach demonstriert. Zwar kann der verbesserte Bildkontrast gitterbasierter Phasenkon- trastbildgebung von großem Vorteil sein, jedoch ist zumeist die vergleichsweise limitierte räumliche Auflösung von Nachteil.
Ziel dieser Arbeit ist der Aufbau eines Gitterinterferometers an der Synchrotron- Strahlungsquelle PETRA III (DESY), um quantitative Phasenkontrastbildgebung mit einer räumliche Auflösung im Bereich weniger Mikrometer zu ermöglichen. Hierzu wurden zwei verschiedene Arten von Gitterinterferometer, basierend auf einem einzelnen oder auf zwei Gittern, entworfen und aufgebaut. Beide Auf- bauten wurden dahingehend optimiert, einen möglichst weiten Energiebereich abzudecken und einen routinemäßigen Betrieb zu gewährleisten. Mit besonderem Augenmerk auf die Leistungsfähigkeit, die das Ein-Gitter-Interferometer bietet, wird hier analysiert wie sich dieser Aufbau mit dem konventionellen Zwei-Gitter- Interferometer misst. Unter die Bewertungskriterien fallen hierbei neben der räumlichen Auflösung besonders auch das Signal zu Rausch Verhalten sowie die Stabilität des jeweiligen Aufbaus.
Für diese Auswertungen wurden Testkörper bestehend aus wohldefinierten Materi- alien konstruiert und mit den jeweiligen Aufbauten untersucht. Basierend auf den Ergebnissen von Simulationen und den dazu passenden Experimenten kann gezeigt werden, dass ein Ein-Gitter-Interferometer bestens dazu geeignet ist quantitative Phasenkontrastbildgebung mit einer räumlichen Auflösung von bis zu 5 μm, bei einem Sichtfeld von 7 mm, zu ermöglichen.
Kurzfassung auf Englisch: The advantages of phase-contrast based imaging in comparison to conventional attenuation-based radiography or tomography, especially for the investigation of low absorbing material, has been demonstrated multiple times. On the one hand, grating-based phase-contrast imaging can provide a better contrast for such ma- terials, but on the other hand it usually comes with a limited spatial resolution. Aim of this work is the instrumentation of a grating-based phase-contrast imag- ing setup at the synchrotron radiation source PETRA III (DESY), to allow for quantitative phase-contrast imaging with a spatial resolution in the range a few micrometer. Two types of setups, namely single-grating and double-grating inter- ferometer were designed and established. Both setups were optimised to cover an energy range as large as possible and to allow for a routine operation.
Both setup types were studied and compared by simulations with the focus on the spatial resolution and signal-to-noise ratio as well as the influence of insta- bilities of the setup. The results of simulations indicate, that the single-grating interferometer is the preferable setup type. Although the performance in terms of signal-to-noise ratio and resolution is comparable for both setup types, the single-grating interferometer benefits from a much higher reliability through its high robustness against grating instabilities. Phantom samples were especially designed to verify the simulations results by equivalent experiments. The quan- titative data obtained from the measurements shows a high coincidence with the simulation prediction. The experimental results moreover prove, that the pre- sented single grating setup is an instrument that allows for a spatial resolution of up to 5 μm at a field of view of 7 mm.

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