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Moderne Röntgenphysik
Modern X-Ray Physics

Modul PH2182

Diese Modulbeschreibung enthält neben den eigentlichen Beschreibungen der Inhalte, Lernergebnisse, Lehr- und Lernmethoden und Prüfungsformen auch Verweise auf die aktuellen Lehrveranstaltungen und Termine für die Modulprüfung in den jeweiligen Abschnitten.

Modulversion vom WS 2018/9 (aktuell)

Von dieser Modulbeschreibung gibt es historische Versionen. Eine Modulbeschreibung ist immer so lange gültig, bis sie von einer neuen abgelöst wird.

verfügbare Modulversionen
WS 2018/9SS 2018WS 2017/8SS 2017WS 2013/4

Basisdaten

PH2182 ist ein Semestermodul in Englisch oder Deutsch auf Master-Niveau das in jedem Semester angeboten wird.

Das Modul ist Bestandteil der folgenden Kataloge in den Studienangeboten der Physik.

  • Allgemeiner Spezialfachkatalog Physik
  • Spezifischer Spezialfachkatalog Applied and Engineering Physics
  • Spezifischer Spezialfachkatalog Biophysik
  • Spezifischer Spezialfachkatalog Physik der kondensierten Materie

Soweit nicht beim Export in einen fachfremden Studiengang ein anderer studentischer Arbeitsaufwand ("Workload") festgelegt wurde, ist der Umfang der folgenden Tabelle zu entnehmen.

GesamtaufwandPräsenzveranstaltungenUmfang (ECTS)
150 h 60 h 5 CP

Inhaltlich verantwortlich für das Modul PH2182 ist Klaus Achterhold.

Inhalte, Lernergebnisse und Voraussetzungen

Inhalt

Die Vorlesung beinhaltet die grundlegenden Konzepte moderner Röntgenphysik mit Synchrotronstrahlung aber auch mit modernen Röntgenquellen, wie einem Kompakt-Synchrotron, im Labor. Der Fokus liegt dabei auf bildgebenden Verfahren.

Die Themen:

  • Grundlagen: Röntgen-Quellen und Instrumentierung
  • Erzeugung von Röntgenstrahlung mit Röntgenröhren, am Synchrotron und am Kompakt-Synchrotron MuCLS
  • Elektronenbeschleuniger und Speicherring an MuCLS; Picosekunden Laser und Laser Cavity an MuCLS
  • Wechselwirkung von Röntgenstrahlung mit Materie; Spektroskopie mit Röntgenstrahlung; Röntgenoptiken und Beamlines
  • Röntgendetektoren
  • Anwendungen: Bildgebung mit Röntgenstrahlung
  • Absorptions-Bildgebung und Computer-Tomographie
  • Röntgenstrahlung als Welle; Propagation und Kohärenz; Nah- und Fernfeld
  • Röntgen-Phasenkontrast Bildgebung
  • Röntgen-Mikroskopie und Bildgebung mit kohärent gestreuter Strahlung.

Lernergebnisse

Nach der erfolgreichen Teilnahme an der Vorlesung sind die Studierenden in der Lage

  • die unterschiedlichen Wechselwirkungen von Röntgenstrahlung mit Materie zu verstehen.
  • die Entstehung von Absorptions-, Phasen- und Dunkelfeldkontrast zu verstehen und die Möglichkeiten für eine Messung dieser Modalitäten zu identifizieren.
  • die Charakteristika von konventionellen Labor-Röntgenquellen und Synchrotron-Strahlungsquellen zu beschreiben.
  • die Anforderungen an eine Röntgenquelle in Bezug auf Quellgröße, Kohärenz und Energieauflösung für ein erfolgreiches Experiment benennen zu können.
  • die Wahl des Detektors hinsichtlich der notwendige Effizienz, der Ortsauflösung, der Auslesegeschwindigkeit und des Signal-zu-Rausch Verhältnisses zu treffen.
  • die Daten von spektroskopischen Methoden und Bildgebungs-Verfahren zu analysieren und zu bewerten.

Voraussetzungen

Keine Voraussetzungen, die über die Zulassungsvoraussetzungen zum Masterstudium hinaus gehen.

Lehrveranstaltungen, Lern- und Lehrmethoden und Literaturhinweise

Lehrveranstaltungen und Termine

Lern- und Lehrmethoden

In der Vorlesung werden die Lerninhalte aufgeteilt in, zum einen, Grundlagen und fortgeschrittene Aspekte der Strahlenphysik, zum anderen in die technischen Aspekte der Erzeugung und Detektion der Strahlung. Dabei wird besonders auf die Querverbindungen dieser beiden Gebiete eingegangen. Eine aktive Beteiligung der Studierenden in Form von Fragen und Kommentaren ist dabei ausdrücklich erwünscht. Das Gebiet wird durch Übungen vertieft die sowohl Berechnungen als auch den "virtuellen" Aufbau einer Beamline unter Kosten-Nutzen Aspekten beinhaltet. In einem Hauptseminar können die Studierenden aus etwa 20 Veröffentlichung über die physikalischen und etwa 20 Veröffentlichungen über die technischen Aspekte der Strahlenphysik jeweils eine auswählen, sich in das Thema einarbeiten und ihren Kommilitonen in zwei entsprechenden Vorträgen präsentieren.

Medienformen

Die Inhalte der Lehrveranstaltung werden als PowerPoint Folien präsentiert. Ergänzungen werden entweder direkt in die Folien oder an die Tafel geschrieben. Eine pdf-Version des Inhalts ohne Ergänzungen ist jeweils kurz vor Vorlesungsbeginn auf Moodle abrufbar.

Literatur

Philip Willmott
An introduction to Synchrotron Radiation, Wiley, 2011
http://lib.myilibrary.com/Open.aspx?id=317772

Jens Als-Nielsen & Des McMorrow
Elements of Modern X-ray Physics (2nd ed.), Wiley, 2011
http://onlinelibrary.wiley.com/book/10.1002/9781119998365

David Attwood,
Soft X-rays and Extreme Ultraviolet Radiation, Cambridge University Press, 1999
https://www.cambridge.org/core/books/soft-xrays-and-extreme-ultraviolet-radiation/189E4CC382657A1680B4C457B4B29057

Klaus Wille,
Physik der Teilchenbeschleuniger und Synchrotronstrahlungsquellen, Teubner Studienbuecher, 1996
http://link.springer.com/book/10.1007/978-3-663-11039-2

Modulprüfung

Beschreibung der Prüfungs- und Studienleistungen

Es findet eine mündliche Prüfung von etwa 25 Minuten Dauer statt. Darin wird das Erreichen der im Abschnitt Lernergebnisse dargestellten Kompetenzen mindestens in der dort angegebenen Erkenntnisstufe exemplarisch durch Verständnisfragen, Diskussionen anhand von Skizzen und einfachen Formeln überprüft.

Prüfungsaufgabe könnte beispielsweise sein:

  • Skizzieren Sie bitte das Spektrum einer Röntgenröhre, eines Wigglers und eines Undulators und erklären Sie die Unterschiede.
  • Beschreiben Sie die Möglichkeiten Röntgenstrahlung zu fokussieren.
  • Welche Möglichkeiten gibt es, Röntgen-Phasenkontrast zu messen?

Die Teilnahme am Übungsbetrieb wird dringend empfohlen, da die Übungsaufgaben auf die in der Modulprüfung abgefragten Problemstellungen vorbereiten und somit die spezifischen Kompetenzen eingeübt werden.

Wiederholbarkeit

Eine Wiederholungsmöglichkeit wird am Semesterende angeboten.

Aktuell zugeordnete Prüfungstermine

Derzeit sind in TUMonline die folgenden Prüfungstermine angelegt. Bitte beachten Sie neben den oben stehenden allgemeinen Hinweisen auch stets aktuelle Ankündigungen während der Lehrveranstaltungen.

Titel
ZeitOrtInfoAnmeldung
Prüfung zu Moderne Röntgenphysik
Mo, 4.2.2019 Dummy-Termin. Wenden Sie sich zur individuellen Terminvereinbarung an die/den Prüfer(in). Anmeldung für Prüfungstermin vor So, 24.03.2019. // Dummy date. Contact examiner for individual appointment. Registration for exam date before Sun, 2019-03-24. bis 15.1.2019 (Abmeldung bis 3.2.2019)
Di, 26.3.2019 Dummy-Termin. Wenden Sie sich zur individuellen Terminvereinbarung an die/den Prüfer(in). Anmeldung für Prüfungstermin von Mo, 25.03.2019 bis Sa, 27.04.2019. // Dummy date. Contact examiner for individual appointment. Registration for exam date from Mon, 25.03.2019 till Sat, 27.04.2019. bis 25.3.2019
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