close

Anmelden

Neues Passwort anfordern?

Anmeldung mit OpenID

Kulturgutanalyse mit DESY-Lichtquellen - was van - Fortbildung

EinbettenHerunterladen
Kulturgutanalyse mit DESY-Lichtquellen was van Gogh am DESY erzählt
Dr. Karen Appel
Öffentlicher Abendvortrag DESY Zeuthen,
30.11.2011
Gliederung
> DESY und Forschung mit Photonen
> Untersuchungen mit Röntgenbeugung
 Schmuck
> Untersuchungen mit Röntgenfluoreszenz
 Gemälde
© Max Wilke
 Schriften
> Untersuchungen mit Röntgenabsorption
 Gemälde
 Schriftausschnitte
> Neue Möglichkeiten mit Nanostrahlen an PETRA III & Pläne für die Zukunft
 Experimentierplatz P06
 Projekt Petra III Erweiterung
Karen Appel | Abendvortrag DESY Zeuthen | 30.11.2011 | Seite 2
Forschungszentrum DESY
Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY
Standort Hamburg
Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft
und mit öffentlichen Mitteln finanziert
o eines der weltweit führenden
Beschleunigerzentren zur
Erforschung der Materie
o entwickelt, baut und nutzt
Beschleuniger und Detektoren für
- Forschung mit Photonen
- Teilchenphysik
© DESY, 2010
Standort Zeuthen
© DESY, 2007
Karen Appel | Abendvortrag DESY Zeuthen | 30.11.2011 | Seite 3
2009
Synchrotronlicht bei DESY
50+ Jahre Forschung
bei DESY
2007
2005
Röntgenquelle
PETRA III
1993
1992
1984
1982
1979
2000
1992
Röntgenquelle
DORIS
1976
1970
1974
erste Experimente mit Synchrotronlicht
DESY einer der Pioniere weltweit !
1964
1963
1 micron
1959
© DESY, 2009
Karen Appel | Abendvortrag DESY Zeuthen | 30.11.2011 | Seite 4
Synchrotronlicht ?
Elektronenpakete im Teilchenbeschleuniger
mit nahezu Lichtgeschwindigkeit
bei Ablenkung entstehen
intensive Lichtblitze
Karen Appel | Abendvortrag DESY Zeuthen | 30.11.2011 | Seite 5
Synchrotronlicht
noch mehr Licht
durch viele Ablenkungen
mit zusätzlichen Magneten
("Undulatoren")
sehr feiner und
intensiver Lichtstrahl
Karen Appel | Abendvortrag DESY Zeuthen | 30.11.2011 | Seite 6
Weites Spektrum des Synchrotronlichts
~100000 mal intensiver
als Röntgenröhre
Karen Appel | Abendvortrag DESY Zeuthen | 30.11.2011 | Seite 7
© DESY, 2000
Beschleuniger-Lichtquellen bei DESY
© DESY, 2010
Karen Appel | Abendvortrag DESY Zeuthen | 30.11.2011 | Seite 9
Beispiel für typische Messplätze bei DESY
Röntgenlichtt
> Flexible Anpassung an Probe und
Anwendungsbereich
> Analyse mit Röntgenfluoreszenz
(oben)
> Messungen der Röntgenabsorption
(links)
Experimentieraufbau
Karen Appel | Abendvortrag DESY Zeuthen | 30.11.2011 | Seite 11
Experimente mit Synchrotronlicht
Unterschiedlichste Experimentiertechniken
für sehr verschiedene Anwendungen
o Physik
o Chemie
o Biologie
o Geologie
o Mineralogie
o Materialwissenschaften
o Umweltwissenschaften
o Ingenieurwissenschaften
o…
sowie auch
materialwissenschaftliche Untersuchungen
an Kulturgütern
Röntgenbeugung
am Beispiel von mittelalterlichem Schmuck
Karen Appel | Abendvortrag DESY Zeuthen | 30.11.2011 | Seite 13
Materialanalyse an mittelalterlichem Schmuck
Fragen:
> Fertigungstechniken durch Textur und
Mikrostruktur bestimmbar ?
> Entstehungszeiten der Objekte durch
Materialanalysen zu ermitteln?
Untersuchungsmethode:
Röntgenbeugung mit Synchrotronlicht
(H. Klein, Universität Göttingen)
Bilder © H. Klein
Karen Appel | Abendvortrag DESY Zeuthen | 30.11.2011 | Seite 14
Strukturbestimmung mittels Röntgenbeugung - Prinzip
> Methode beruht auf Beugung von Röntgenstrahlen an Kristallgittern
und benutzt Bragg'sches Gesetz
Quelle:
Max Planck Gesellschaft, Hamburg
Karen Appel | Abendvortrag DESY Zeuthen | 30.11.2011 | Seite 15
Bestimmung der Materialzusammensetzung
> Methode: Röntgenbeugung
Gitterabstände: reines Gold: 0,407894nm,
Armreif: 0,406469nm
© H. Klein
Karen Appel | Abendvortrag DESY Zeuthen | 30.11.2011 | Seite 16
Texturanalyse mit hochenergetischen Photonen
> Hochauflösende Polfigurmessung mittels der "kontinuierlich
bewegenden Detektormethode"
> Energie der Photonen: 200 keV (typische Röntgenröhre: 8 keV)
Textur: geometrische Anordnung der
Kristallite eines polykristallinen Materials
hat Einfluß auf die physikalischen
Eigenschaften des Materials, beinhaltet
Informationen über Herstellungsprozess
Methode: Bunge et al., 2003
Karen Appel | Abendvortrag DESY Zeuthen | 30.11.2011 | Seite 17
Textur und mikro-Texturanalyse
Ungeordnetes Material
Texture- and mikrostructure analysis
a)
Geordnetes Material
b)
bestimmte röntgenradiographische Poldichteverteilung der (111) Reflexion am
a) dicken Teil (Meßstelle 1)
b) dünnen Teil (Meßstelle 2)
© H. Klein
Karen Appel | Abendvortrag DESY Zeuthen | 30.11.2011 | Seite 18
Röntgenfluoreszenz
am Beispiel eines van Gogh Gemäldes
Karen Appel | Abendvortrag DESY Zeuthen | 30.11.2011 | Seite 19
Röntgenfluoreszenz - Prinzip
> Durch Röntgenlicht ausgelöste Röntgenlichtemission
von Materialien heisst "Fluoreszenz"
> Die Energie der Fluoreszenz ist charakteristisch
für das jeweilige Element
> Die Intensität der Fluoreszenz ist abhängig von der
Konzentration der Elemente im Material
typisches Fluoreszenzspektrum
Karen Appel | Abendvortrag DESY Zeuthen | 30.11.2011 | Seite 20
Rekontruktion eines übermalten Gemäldes
Van Gogh übermalte ca. 1/3 seiner Werke
- kann man die verborgenen Gemälde mit Synchrotronstrahlungsinduzierter
Röntgenfluoreszenzanalyse sichtbar machen?
Vorherige
Charakterisation der
Probe
Vincent van Gogh
Grasgrond
Paris, 1886
Kroeller Mueller Museum
Otterlo, Niederlande
Röntgenstrahlradiographie
Infrarotreflektometrie
Frauenportrait?
Nuenen, 1884/1885?
Dik et al., Anal. Chem., 2008
Karen Appel | Abendvortrag DESY Zeuthen | 30.11.2011 | Seite 21
Das Gemälde am Messplatz
Karen Appel | Abendvortrag DESY Zeuthen | 30.11.2011 | Seite 22
Einzelspektrum, ein Pixel
Synchrotronstrahlungs-induziertes
RöntgenfluoreszenzElementverteilungsbild
• 300x300 Quadratpixel
90.000 Pixel
•
Strahldurchmesser
• 0,5mm0,5mm
Schrittweite
•
1s/pixel Aufnahmezeit
•
gesamte Aufnahmezeit ca 50
•
Stunden
monochromatische
• 38,5keV
Anregungsbedingungen
Dik et al., 2008
Karen Appel | Abendvortrag DESY Zeuthen | 30.11.2011 | Seite 23
Auf Peakflächen basierte Rekonstruktion
Dik
etal.,
al.,Anal.
2008
Dik et
Chem., 2008
Karen Appel | Abendvortrag DESY Zeuthen | 30.11.2011 | Seite 24
Röntgenabsorption
am Beispiel des Gemäldes
Karen Appel | Abendvortrag DESY Zeuthen | 30.11.2011 | Seite 25
Röntgenabsorption - Prinzip
> Ein Strahl mit der Intensität I0 nach Durchqueren
einer Probe der Dicke d auf die Intensität I1
abgeschwächt
•
I1 (E) =I0 (E) e-µ(E)d (Lambert-Beersches Gesetz)
> Der Absorptionskoeffizient µ ist energieabhängig und
charakteristisch für Material und Struktur der Probe
Karen Appel | Abendvortrag DESY Zeuthen | 30.11.2011 | Seite 26
Röntgenabsorptionsspektroskopie
an ausgewählten Punkten & Materialien
Gemessene Referenzmaterialien:
Valentinit (Sb O )
2 3
Kermesit (Sb S O)
2 2
Neapelgelb (Pb Sb O )
2
2 7
Dik et al., Anal. Chem., 2008
Dik et al., 2008
Karen Appel | Abendvortrag DESY Zeuthen | 30.11.2011 | Seite 27
XRF Punktmessungen an Gemälden aus dem KröllerMüller Museum der gleichen Periode
Mobile Röntgenquelle
auf einem XYZ-Tisch
Röhrenspannung: 40keV
Strahlstrom: 2.3 mA
Messdauer 200 sec
Strahlgröße 1 cm2
© Joris Dik
Karen Appel | Abendvortrag DESY Zeuthen | 30.11.2011 | Seite 28
Ergebnisse von Messungen an dem Gemälde
© TU Delft/DESY 2008
Karen Appel | Abendvortrag DESY Zeuthen | 30.11.2011 | Seite 29
Einordnung in die Kunstgeschichte
‘art pull’
Röntgenradiographie
Auf RFA Messungen
basierende farbige
Rekonstruktion
Existierendes Gemälde
'technology push’
© Joris Dik
Karen Appel | Abendvortrag DESY Zeuthen | 30.11.2011 | Seite 30
Wiederentdeckung verlorener Schriften
© Leif Glaser
Karen Appel | Abendvortrag DESY Zeuthen | 30.11.2011 | Seite 31
Untersuchung mit Mikrostrahlen
Strahlgröße
Strahlgröße
20 µm2
> Schriften aus Eisengallustinten auf Papier, 18. & 19. Jh., z. Tl. behandelt
> Abhängigkeit der Fe-Bindung & des Fe-Oxidationszustandes
 von Konservierungsmethode des Manuskriptes
 Bereich der Schrift (Rand - Mitte)
> Verwendete Methoden bewirken Oxidation von Fe (Fe3+/Fetot : 0.75 - 1)
Wilke et al., JAAS, 2009
Karen Appel | Abendvortrag DESY Zeuthen | 30.11.2011 | Seite 32
Untersuchungen mit noch höherer Ortsauflösung
Zweidimensionale Messungen
Dreidimensionale Messungen
> Experimente an Schrift: 20 µm2
(Strahldurchmesser: 1/3 von menschlichem Kopfhaar)
> Strahlgröße bis zu 50 nm2 möglich
> Dreidimensionale Untersuchungen durch spezielle Detektoroptiken
an bis zu 5 µm dünnen Schichten
Karen Appel | Abendvortrag DESY Zeuthen | 30.11.2011 | Seite 33
Beispiel für zwei - und dreidimensionale Messungen
> Flüssigkeitseinschluss in dem Mineral Quarz
K & Zn
Zn
K
Mn
Pb
Cl
Fe
W
Br
Messungen an ID22, ESRF
dreidimensionale Messungen
W
Pixelgröße
1 x 4 µm2
Karen Appel | Abendvortrag DESY Zeuthen | 30.11.2011 | Seite 34
zweidimensionale Messungen
Analytik mit nanoStrahl an der neuen Quelle PETRA III
Strahlrohr P06, eines von 14 an PETRA III
Hauptziel: 2- und 3-dimensionale Analytik mit höchster Ortsauflösung
Analysemethoden:
Röntgenfluoreszenz (XRF)
Röntgenbeugung (XRD)
Röntgenabsorption (XAS)
Zwei Experimentierplätze:
MikroStrahl:
0.3 µm Strahlgröße
Spektroskopie
schnelles Scannen (hoher Fluss)
spezielle Probenumgebungen
Weissstrahl-Laue Diffraktion
NanoStrahl:
bis zu 50 nm Strahlgröße
kohärente Röntgenbeugung
wird von TU Dresden gebaut, BMBF Projekt
Pigeon dendrite
Maghemite
Magnetite
© Gerald Falkenberg
Karen Appel | Abendvortrag DESY Zeuthen | 30.11.2011 | Seite 35
Messhütte für Nanostrahl
Probenposition
Detektortisch
Karen Appel | Abendvortrag DESY Zeuthen | 30.11.2011 | Seite 36
PETRA III Erweiterungsprojekt
>
>
>
>
Neue Strahllinien an PETRA III nach Schliessung von DORIS III (Okt. 2012)
"Neuordnung" von erfolgreichen DORIS III Techniken
Zusätzliche Strahllinien für hochbrilliante Techniken
Zwei neue Experimentierhallen
Karen Appel | Abendvortrag DESY Zeuthen | 30.11.2011 | Seite 37
Strahlführungen in Halle Nord (P61 - P65)
PDF
HZG
LVP
SAXS
fluo.
Nord
XAFS
Karen Appel | Abendvortrag DESY Zeuthen | 30.11.2011 | Seite 38
Acknowledgement
L. Van der Loeff,
Peter Nijhuis,
Rini van Beck,
Willem van Breukelen
C. Mackert
M. Wilke
D. Deckers
H. Klein
M. Cotte
Universität Göttingen
W. Drube
L. Glaser
J. Dik
K. Janssens
M. Alfeld
http://hasylab.desy.de/
Karen Appel | Abendvortrag DESY Zeuthen | 30.11.2011 | Seite 39
Vielen Dank
für Ihre Aufmerksamkeit
Document
Kategorie
Bildung
Seitenansichten
1
Dateigröße
3 638 KB
Tags
1/--Seiten
melden