III

Experimentelle Entwicklung und Projekte / Experimental Development and Projects

7. Wissenstransfer	7. Know-How Transfer
7.1 Komplexitätsanalyse	7.1 Complexity Analysis
Die Arbeitsgruppe "Komplexe Systeme" - seit Januar 2000 integriert im "Centre for Interdisciplinary Plasma Science" CIPS - beschäftigt sich mit der Entwicklung und Anwendung von Methoden und Maßen zur Beschreibung von komplexen Systemen. Die dabei verfolgten Konzepte stützen sich vornehmlich auf Formulierungen, die Informationsgewinn, Informationstransport und Informationsdynamik beschreiben. Ausgangspunkt für die Analyse ist häufig die Darstellung von zeitabhängigen Meßgrößen oder Daten bildgebender Verfahren in hochdimensionalen Merkmalsräumen. Zur quantitativen Beschreibung der Daten verwendet man bei statischen Systemen beispielsweise die lokalen Skalierungseigenschaften der resultierenden Punkteverteilungen (Skalierungs-Index-Methode und damit verwandte Weiterentwicklungen). Im Falle dynamischer Systeme können Eigenschaften der (Pseudo-)Trajektorien im Zustandsraum den zugrunde liegenden Prozess charakterisieren. Beispiele physikalischer Anwendungen sind unter anderem die Zustandsbeschreibung des Plasmakristalls oder die Beschreibung der großräumigen Struktur im Universum mit dem Ziel eines quantitativen Vergleichs kosmologischer Modelle. Die hierfür entwickelten Verfahren lassen sich für Fragestellungen in ganz anderen Disziplinen wie den Biowissenschaften, der Medizin, Technik oder Wirtschaft (Stichwort Econophysics) transferieren.	The working group "complex systems" - integrated into the "Centre for Interdisciplinary Plasma Science" CIPS, since January 2000 - deals with the development of methods and measures for the description of complex systems and their application. The concepts used are based in particular on formulations that allow a quantitative characterisation of the information gain, information transport and information dynamics. The starting point of the analysis is very often the representation of time series or images in high-dimensional feature spaces. In the case of static systems the resulting point distributions are quantified, for instance, by their local scaling properties (e.g. by means of the scaling index method SIM and its derivatives). For dynamical systems a characterisation of the (pseudo-) trajectory in feature space can be used for a quantitative description of the underlying processes. Examples of physical applications are the state characterisation of the plasma crystal or the study of the large-scale structure of the universe (in order to differentiate between cosmological models) and to compare the data with measurements of galactic surveys. Experience shows that many of the developed techniques can be used for the study of questions in very different areas. The know-how transfer includes applications in biosciences, medicine, engineering, and economics ("econophysics").
Aus den zahlreichen Kooperationen mit Forschungsinstituten und Industriepartnern im Transferbereich können hier aus Platzmangel nur ausgewählte Beispiele zur Bild- und Zeitreihenanalyse dargestellt werden:	From the cooperation with various science institutes and industrial partners we present several examples of know-how transfer in the field of image analysis and time series analysis:
In Zusammenarbeit mit dem Institut für Kristallographie und angewandte Mineralogie der Universität München wurden Techniken zur Feinkartierung und Manipulation von Chromosomen mit Hilfe von Rastersondenmikroskopen entwickelt. Die Methoden wurden dazu benutzt, spezifische Bereiche des menschlichen Genoms aus Chromatin-Fasern und Metaphase-Chromosomen zu isolieren.	In cooperation with the Institute for Crystallography and Applied Mineralogy of the University of Munich we have developed new techniques for the fine charting and manipulation of chromosomes using scanning probe microscopes. The methods were used in order to isolate specific regions of the human genome from extended chromatine fibres and metaphase chromosomes.
Ein wichtiges Ziel der biologischen Forschung besteht in der Manipulation einzelner Makromoleküle auf der Nanometer-Skala. Zu diesem Zweck wurde ein Rasterkraft-Mikroskop (AFM) zur Abbildung der Unterstrukturen von Chromosomen benutzt. Die Skalierungs-Indizes zweier Bilder - eines Ableitungssignals des AFM und eines (gewöhnlichen) optischen Mikroskops - desselben Objekts wurden berechnet. Die linke Spalte der Abb. III-23 zeigt das optische und das AFM-Bild. Offensichtlich ist das optische Bild aufgrund der Auflösungsbegrenzung viel unschärfer als das AFM-Bild. Darüber hinaus unterscheiden sich die Bilder in der Graustufenverteilung und sind leicht gegeneinander verzerrt, was einen quantitativen Vergleich mit Standardmethoden erschwert.	An important aim in biological research is the manipulation of single macromolecules on the nanometre scale. For that purpose we used an atomic force microscope (AFM) for the imaging of substructures of chromosomes. We computed the scaling-indices for two images, the deflection signal AFM-image and the (conventional) optical light-microscopic image of the same sample. The left column of Fig. III-23 shows the optical and the AFM-image. Obviously the optical image is fuzzier than the AFM-image due to resolution limitation of the optical imaging process. Moreover, the images differ in the grey level distribution and are somewhat distorted with respect to each other, which makes a quantitative comparison difficult using standard methods.
Die rechte Spalte der Abbildung zeigt die jeweiligen farbkodierten Skalierungsindizes im Skalierungsbereich r=5 bis 10 Pixel. Der Skalierungsbereich wurde entsprechend der vorherrschenden Skala der strukturellen Komponenten der Bilder gewählt. Während die Graustufenverteilungen der ursprünglichen AFM und optischen Bilder eher unterschiedlich sind, ähneln sich die Skalierungsindizes der beiden Bilder in bemerkenswerter Weise. Dies rührt daher, daß der Skalierungsindex ein Maß für die inhärente strukturelle Information darstellt, die in einem Bild enthalten ist, nämlich die Dimensionalität der lokalen Umgebung eines Bildpixels. Die N(alpha) Spektren können zur Identifikation der korrespondierenden Bereiche der Bilder benutzt werden. Die untere Reihe der Abbildung zeigt die N(alpha) Spektren zweier Teilbilder des optischen und des AFM-Bilds. Die Skalierungsindizes der Teilbilder sind als Inlays gezeigt. Die Spektren der entsprechenden Objekte können offensichtlich zur Identifikation benutzt werden. Auf diese Weise kann ein Fingerabdruck des Bilds erzeugt werden, der zur Klassifikation und Interpretation der gemessenen Daten benutzt werden kann.	The right column of Figure 1 shows the respective colour coded scaling-indices for the scaling range r = 5 to 10 pixels. The scaling range is chosen in accordance with the predominat scale of structural components visible in the image. While the grey level distribution of the original AFM and optical image are rather different, the scaling-indices of the two images are remarkably similar. This stems from the fact that the scaling index is a measure of inherent structural information contained in the image, namely the dimensionality of the local environment of each image pixel. The N(alpha)-spectra can be used for the identification of corresponding regions of the images. The lower panels of Figure 1 show the N(alpha)-spectra for two subimages of the optical and AFM-image. The scaling indices of the subimages are shown as inlays. Obviously the spectra of corresponding objects can be used for identification. In this way, a fingerprint of an image can be produced, which helps in the classification and interpretation of the measured data.
Im Rahmen einer Zusammenarbeit mit der Klinik für Anästhesiologie der Technischen Universität München werden Fragen im Umfeld der Narkosetiefebestimmung untersucht. Als Grundlage dienen neben der Narkosemitteldosierung verschiedene vitale Parameter (EKG, EEG, Blutdruck, respiratorische Kenngrößen, etc.), die während der Operation aufgezeichnet werden. Da die Narkotika vor allem auf das Gehirn wirken, erhofft man sich die Tiefe der Narkose allein aus den Skalpoberflächenpotentialen (Elektroenzephalogramm, EEG) ableiten zu können. Bislang gibt es nur wenige (zugelassene) Narkosetiefeindizes mit diesem Ansatz (z.B. Bispektralindex "BIS").	In cooperation with the department of anaesthesiology of the Technical University Munich we are investigating topics in the field of anaesthetic depth. Besides the dosage of the anaesthetic agent several vital parameters (ECG, EEG, blood pressure, respiratory parameters etc.) are recorded during an operation. As the narcotics interact mainly with the brain, it is claimed that the anaesthetic depth can be derived solely from non-invasive recordings of the brain potentials (electroencephalogram, EEG). Up to now there are only a few (approved) indices characterising the depth of anaesthesia derived from EEGs (e.g. Bispectral index "BIS").
Um die Eignung neuer Maße aus dem Bereich der nicht-linearen Dynamik für eine differenziertere Narkosetiefeneinschätzung zu untersuchen, werden die Resultate mit etablierten Indikatoren der Narkosetiefe verglichen. Einer der dabei untersuchten Ansätze benutzt die Trans-information der EEGs. In einem Raum, der von Transinformationen M (mit verschiedenen Verzögerungszeiten d) aufgespannt wird, kann eine Abbildungsvorschrift auf einen bekannten skalaren Narkosetiefeindex konstruiert werden. In Abb. III-24 links ist die Zuordnung der Orte in diesem Raum auf den Referenzwert farbkodiert dargestellt. Für die rechte Abbildung wurde mit Hilfe dieser Vorschrift die Transinformation eines EEGs aus dem Testsample abgebildet und mit dem zugehörigen Bispektralindex verglichen. Es handelt sich dabei um erste vorläufige Ergebnisse: Eine systematische Untersuchung der prinzipiellen Eignung der Transinformationen und der optimalen Parameter des Verfahrens (Verzögerungszeiten, etc.) muß erst noch durchgeführt werden.	To study the suitability of newly developed measures for the characterisation of anaesthetic depth the results are compared with clinically established parameters. In one approach we investigated memory-based reasoning by means of the mutual information applied to the EEG. In a state space spanned by mutual information M (with different delay times d) the coordinates are mapped onto a clinically used scale of anaesthesia. In the left panel of Fig. III-24 the locations in this state space are colour coded representing the reference value. In the right panel the mutual information of an EEG from the test sample is mapped using the above-mentioned relation and compared to the Bispectral index. These are only preliminary results: A systematic and comprehensive investigation of the capability of mutual information as well as the selection of optimal parameters (delay times etc.) still has to be conducted.
Da sich die Allgemeinanästhesie jedoch als mehrdimensionaler Komplex mit sich zum Teil gegenseitig beeinflußenden Komponenten (z.B. Hypnose, Analgesie, Amnesie, Relaxation) darstellt, ist das langfristige Ziel dieses Projektes die Entwicklung eines entsprechenden komponentenspezifischen Narkosetiefenmaßes, das letztendlich zu einer Minimierung der Patientenbelastung führen soll.	Since anaesthesia is a multidimensional complex with interactive components (e.g. hypnosis, analgesia, amnesia, relaxation) the long-term goal of this project is the development of a component-specific index of anaesthetic depth, which is intended to lead to a minimization of stress and risk for the patients.
Im Bereich der medizinischen Bildverarbeitung wurden die Arbeiten zur Verbesserung der Röntgendiagnostik in Zusammenarbeit mit dem Institut für Röntgendiagnostik der TU München am Klinikum rechts der Isar fortgeführt und erweitert. In der Tumordiagnostik wurden neuartige Segmentierungsalgorithmen, die sowohl Elemente herkömmlicher Segmentierungsmethoden wie dem Bereichswachstum- und Wasserscheideverfahrens, als auch nichtlineare Filtermethoden verwenden, weiterentwickelt. Diese Verfahren wurden auf die quantitative Auswertung von CT-Volumendatensätzen des Magen-Darm-Traktes, angewendet. Es konnte in einer umfangreichen klinischen Studie gezeigt werden, daß die volumetrische Auswertung der Bilddaten eine sehr gute Möglichkeit darstellt, (nicht-invasive) quantitative Verlaufskontrollen während einer Chemotherapie von Patienten mit malignen Magentumoren durchzuführen (Abb. III-25). Diese so ermöglichte exaktere Beurteilung des Therapieverlaufs ist insofern von großer Bedeutung, da sich je nach Ansprechverhalten des Patienten auf eine gewählte Therapieform das Therapiekonzept ändert oder beibehalten wird. Weitere interessante Ergebnisse dieser Studien stellten die Korrelationen der volumetrisch ausgewerteten CT-Daten mit den histopathologischen Befunden des resektierten Gewebes dar. Es konnte gezeigt werden, dass eine signifikante Verkleinerung des Tumors mit einer Abnahme der Malignität des Tumors, die sich durch den Prozentsatz der lebendigen Zellen im resektierten Tumorgewebe quantifizieren lässt, einhergeht.	We have also continued our work in the area of medical image processing. In particular, we worked on the improvement of radiological diagnostics in cooperation with the Technische Universität München. In the applications to tumour diagnostics we have developed new segmentation algorithms, which implement elements of well-known segmentation techniques such as region growing and watershed algorithms as well as non-linear filtering techniques. They have been applied to the quantitative analysis of CT volume data sets of the gastrointestinal (GI) tract. In a large clinical study it has been shown that the volumetric analysis of the image data yields a very good method for a (non-invasive) quantitative monitoring of chemotherapeutic treatment of patients with that kind of tumour (Fig. III-25). The exact evaluation of the success of the therapy is of great importance, because the therapy has to be retained or changed according to the patient’s response to the chosen treatment. Another interesting result of the study is the correlation of volumetrically analysed CT data with the histopathological findings of the resected tumorous tissue. We could show that a significant decrease of the tumour volume corresponds well with a decrease of the malignancy of the tumour, measured as the percentage of living cells in the resected tumour tissue.
Außerdem wurden die nichtlinearen strukturbeschreibenden Maße wie z.B. Skalierungsindex auf die quantitative Analyse von Knochenstrukturen, wie sie sich in hochaufgelösten NMR-Volumendaten darstellen, mit dem Ziel der Früherkennung von Osteoporose angewendet. Erste Pilotstudien hierzu lieferten äußerst vielversprechende Resultate (Abb. III-26). So konnte gezeigt werden, dass ein skalierungsindexbasiertes Strukturmaß eine sehr gute Korrelation mit dem histopathologischen Goldstandard aufweist.	In addition, we have applied non-linear scaling indices, which describe the structural content of images, to the quantitative analysis of the trabecular structure in bones as seen in high resolution NMR-images. The aim is the early recognition of osteoporosis. First studies yielded very promising results (Fig. III-26). It could be shown that a structure measure based on scaling indices correlates well with the histopathological "gold standard". This could lead to a non-invasive early and quantitative detection of osteoporosis.
Generell sind die Kooperationen mit Industriepartnern des Wissenstransferbereiches in die vorwettbewerbliche Phase einzuordnen. Der Technologietransfer wird schließlich über Garching Innovation - die Verwertungsgesellschaft der Max-Planck-Gesellschaft - durchgeführt: So sei beispielhaft ein Projekt im Bereich der digitalen Bildverarbeitung, das die Früherkennung des Malignen Melanoms ("Schwarzer Hautkrebs") zum Thema hat, genannt. Dieses in den letzten Jahren z. T. vom DLR geförderte Grundlagenprojekt, stellt nun das Kernstück zur Diagnoseunterstützung eines Dermatoskopie-Arbeitsplatzes dar, der seit Mitte des Jahres von der Firma Linos AG für den Einsatz in dermatologischen Praxen und Kliniken vertrieben wird.	In general, the cooperation with industrial partners concerning the know-how transfer has to be classified into the pre-competitive phase. The actual transfer of technology is managed and promoted by Garching Innovation. An example of a successful know-how transfer is a project in the field of digital image analysis that deals with the early detection of the malignant melanoma. The measures that have been derived in basic research (sponsored in part by the DLR) for the quantitative description of the skin lesions is the central item of a system, which assists the dermatologist in the diagnosis of melanocytic skin lesions. This analysis system is part of a dermatoscopic system that has been marketed since July 2000 by LINOS AG for the use in medical practice and hospitals.
Unsere Arbeiten im Wissenstransferbereich wurden unterstützt vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt DLR (50.TT.9527.9 und 50.TT.9731.0).	Our know-how transfer projects are supported by Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt DLR (50.TT.9527.9 und 50.TT.9731.0).
Abb. III-23: Linke Spalte: Optisches und rasterkraft-mikroskopisches (AFM) Bild von menschlichen GTG-gebänderten Metaphase-Chromosomen (wobei die G-Banden durch Trypsin und Giemsa erhalten wurden) Bildgröße: 75 x 75 mm. Rechte Spalte: Skalierungsindizes der ursprünglichen Bilder. Untere Reihe: N(alpha)-Spektren für zwei verschiedene Teilbilder des optischen und des rasterkraft-mikroskopischen Bilds. Die Teilbilder sind als Inlays gezeigt. Fig. II1-23: Left column: Optical and atomic force microscopical (AFM) images of human GTG-banded metaphase chromosomes (with G bands obtained by Trypsin using Giemsa), image size: 75 x 75 mm). Right column: Scaling Indices of the original micrographs. Lower Panel: N(alpha) spectra for two different subimages of the optical and the atomic force microscopic image. The subimages are shown as inlays.	Abb. III-26: Sagittaler Schnitt eines hochaufgelösten NMR Bildes (invertiert) bei einem gesunden Patienten (links oben) und bei einem Patienten mit einem osteoporotischen Bruch des Oberschenkelknochens (rechts oben). Die jeweiligen Spektren der Skalierungsindizes für die in den Bildern eingezeichneten Bereiche sind im unteren Diagramm dargestellt: Für den gesunden Patienten (ausgefülltes Spektrum) peakt die Verteilung bei Werten von alpha ~ 1, was klar die linienartige Trabekelstruktur des Knochen widerspiegelt. Für den osteoporotischen Patienten ist das Spektrum zu höheren Werten hin verschoben und verbreitert. Dies zeigt klar den Verlust der bälkchenförmigen Strukturen im Knochen an.> Fig. III-26: Sagittal high resolution MR images (inverted) in a healthy patient (left above) and in a patient with an osteoporotic fracture of the proximal femur (right above). Respective spectra of the scaling indices (below) for the regions of interest as indicated in the images: For the healthy patient (filled spectrum) the distribution peaks at values alpha ~ 1, which indicates the line-like trabecular structure. For the osteoporotic patient the spectrum is shifted to higher values and broadened, which clearly signifies the loss of (trabecular) structure in the bone.
Abb. III-24: Abbildung links zeigt die Farbkodierung des Transinformationsraumes nach dem zugehörigen Narkosetiefeindex. In der rechten Abbildung ist der Vergleich des so errechneten Narkosetiefenwertes mit dem klinischen Wert (schwarze Linie) dargestellt. Fig. III-24: On the left side the space made up of mutual information is colour coded according to an index of anaesthetic depth. In the right part of the figure the corresponding calculated value is compared to the Bispectral index.
Abb. III-25: 3D Volumenrekonstruktion des segmentierten Magentumors vor (links) und nach (rechts) einer Chemotherapie. Das Tumorvolumen reduzierte sich um 80 %. Der Patient hat also sehr gut auf die gewählte Therapieform angesprochen. Fig. III-25: 3D volume rendering of the segmented stomach cancer before (left) and after (right) chemotherapeutical treatment. The tumour volume has been reduced by 80 %. The patient responded well to the chosen therapy.
7.2 Integrierte Halbleitersensoren	7.2 The Semiconductor Laboratory's
Das Halbleiterlabor der Max-Planck-Institute für extraterrestrische Physik und für Physik (MPI-HLL) besteht in seiner jetzigen Form seit 1991. 1999 ist das MPI-HLL von München-Pasing nach München-Neuperlach umgezogen. Seine Aufgaben sind die Entwicklung und Fertigung von Halbleiterdetektoren für die Röntgenastronomie und für die Hochenergiephysik.	The "Halbleiterlabor der Max-Planck-Institute für Physik und extraterrestrische Physik'' (MPI HLL) has been in operation since 1991. In 1999 the MPI HLL moved from Munich-Pasing to its current location in Munich-Neuperlach. Its tasks are the development, fabrication and assembly of semiconductor detectors for experiments mainly for X-ray astronomy and high-energy physics.
Unterschiedlichste Randbedingungen, wie zum Beispiel sehr große Detektorflächen für die Experimente in der Hochenergiephysik oder den Betrieb spektroskopischer Systeme in der Materialanalyse oder Qualitätssicherung, machen den Transfer von Wissen an ausgewählte Industrieunternehmen über Herstellungsverfahren, Detektorkonzeption und -betrieb zu einem wichtigen Bestandteil der Arbeit am MPI-HLL.	We have an extensive transfer of know-how with our many industrial partners in order to meet the necessary specifications, such as large detector areas for high energy physics experiments, or spectroscopic systems for material analysis, quality control and assurance. The technology transfer includes fabrication techniques, detection concepts and operation.
Die Firma KETEK nimmt innerhalb des MPI-HLL besondere Funktionen wahr: Sie leistet als Subkontraktor für verschiedene Projekte des MPE personelle Unterstützung beim Layout, der Fertigung und dem Test von Detektoren für die Röntgenastronomie und ist voll in die wissenschaftlichen Aktivitäten des Halbleiterlabors integriert. Ein weiterer bedeutender Aufgabenbereich von KETEK ist der Technologietransfer und die Entwicklung kommerzieller Produkte aus den gemeinsamen Forschungsergebnissen - unter Einbindung von Garching Innovation (GI).	The company KETEK has played a special role in the main activities of the MPI HLL. As a subcontractor for the MPE, KETEK supports the scientific research, layout production and tests of the detectors for X-ray astronomy. On the industrial side KETEK has converted the research results into commercial products with the involvement of Garching Innovation (GI).
Fertigungstechnologie für die Massenherstellung von Siliziumstreifendetektoren	Fabrication technology for the mass production of silicon strip detectors
Aus dem Bereich der Hochenergiephysik wurden zuletzt strahlenharte Siliziumstreifendetektoren für das ATLAS Experiment am Large Hadron Collider (LHC) entwickelt, der im Jahr 2005/2006 in Betrieb gehen soll. Mit einer Gesamtfläche von 250 m2 an Siliziumdetektoren kommt es hier ganz besonders auf die zuverlässige, kostengünstige Herstellung an. Das am MPI-HLL ent-wickelte Detektorkonzept hat sich bei allen Tests behauptet. Die Firma CiS aus Erfurt hat die Herstellungsverfahren vom Halbleiterlabor übernommen und erfolgreich erste Prototypen hergestellt. Sie wird als einzige europäische Firma das ATLAS Konsortium mit Siliziumstreifendetektoren beliefern. In den Bereichen Qualitätssicherung und Technologieberatung wird das MPI-HLL die Firma CiS bis zum Abschluß der Fertigung begleiten.	A recent research activity for high-energy physics experiments was the development of extremely radiation hard silicon strip detectors for the ATLAS experiment at the Large Hadron Collider (LHC), which is planned to be in operation in 2005/2006. With a total area of 250 m2 of silicon detectors, reliable and inexpensive production techniques are mandatory. At the MPI HLL, we have been able to develop the detector concept to the desired specifications. This specific fabrication process was then transferred to the company CiS in Erfurt. With great success CiS has delivered the first prototypes to the ATLAS collaboration. CiS will be the only qualified European company manufacturing silicon strip detectors for the ATLAS consortium. MPI HLL will continue to consult CiS up to the end of the production phase in 2003.
Energieauflösende Detektoren in der Röntgenfluoreszenzanalyse	Energy resolving detectors for X-ray fluorescence analysis
Nach der erfolgreichen Inbetriebnahme der Röntgen-CCD Kamera auf XMM-Newton haben sich weitere Anwendungen des am Instituts entwickelten pn-CCD ergeben. Neben den ersten Einsätzen der pn-CCD Testkamera mit kleinen Chips am Forschungszentrum Jülich (1x1 cm2) oder an der Universität Mainz und am MPI für Quantenoptik (3x1 cm2) kommen die pn-CCDs bald in Göttingen in der Röntgenmikroskopie und bei Materialuntersuchungen (Emission Channeling) zum Einsatz. Diese Anwendungen liegen alle noch im Bereich der Grundlagenforschung oder der angewandten Forschung. Die Übertragung der Betriebserfahrung mit den pn-CCDs vom MPI-HLL zu den anderen Nutzern, wurde unter der Regie der Firma KETEK durchgeführt.	There have been a large variety of applications resulting from the MPE development of the recently commissioned X-ray pn-CCD camera for XMM-Newton. Subunits of the pn-CCD system (1x1 cm2 and 3x1 cm2) have been used in experiments of the Forschungszentrum Jülich, at the universities of Mainz and Bochum as well as at the MPI für Quantenoptik. In Göttingen at the institute of X-ray microscopy, they will be used as focal plane detectors behind the Fresnel optics and as detectors for emission channelling. All those applications are still related to basic and applied research. The system and its operational experience was transferred to the final users through KETEK.
Die Markteinführung der Siliziumdriftdetektoren (SDD) mit einer sensitiven Fläche von 5 mm2, hauptsächlich für die Röntgenfluoreszenzanalyse, verlief sehr erfolgreich, mit etwa 200 Einheiten im Berichtsjahr. Im gleichen Zeitraum wurden auch größere Siliziumdriftdetektoren (10 mm2) mit den gleichen guten Eigenschaften entwickelt. Sie sollen in diesem Jahr auf den Markt kommen. Mehrkanaldriftdetektoren wurden für ihren Einsatz in der Oberflächenanalytik vorbereitet, bis zu 19 Auslesekanäle werden hier gleichzeitig ausgelesen (Abb. III-27). Dieses weltweit einzigartige Produkt wird vornehmlich in der bildgebenden chemischen Analyse von Oberflächen eingesetzt werden. Diese breiter werdende Produktpalette wird möglicherweise bald ergänzt durch den kommerziellen Einsatz von Röntgen-CCD Systemen in der Röntgendiffraktometrie und in der medizinischen Diagnostik.	The launch-to-market of the silicon drift detectors, with a sensitive area of 5 mm2 used mainly for X-ray fluorescence analysis, was very promising with more than 200 units built in 2000. At the same time, we have developed silicon drift detectors with 10 mm2 and similarly good performance. Prototyping is now finished and first samples are being delivered to customers. Multichannel drift detectors Fig. III-27) have been prepared for use in surface analysis applications. Up to 19 read-out nodes will be operated in parallel. This unique product will be implemented mainly in high-count rate applications, such as imaging of chemical elements on surfaces. The growing array of products from KETEK may be completed by the commercial use of pn-CCD systems for X-ray diffractometry.
	Abb. III-27: Siliziumdriftdetektor Fig. III-27: Siliziumdriftdetektor
Abb. III-27 zeigt einen montierten 12 kanaligen Siliziumdriftdetektor in einem kundenspezifischen Gehäuse mit integriertem Peltier-Kühler. In der Mitte des Detektors wurde mit Hilfe eines Lasers ein 2mm großes Loch geschnitten. Hierdurch wird eine Röntgenlicht reflektierende Faser gelegt ("Khumakov Linse"), die das intensive Röntgenlicht auf einen etwa 20 µ großen Fleck konzentriert. Das am Untersuchungsobjekt angeregte Röntgenfluoreszenzlicht wird dann durch die ringförmig um das Loch angeordnete Detektorfläche spektral analysiert. Durch die hohe Signalverarbeitungsfähigkeit der 12 Siliziumdriftdetektoren im Bereich von 1 Million Photonen pro Sekunde kann mit diesem Gerät in vertretbarer Zeit eine Oberfläche ortsaufgelöst durchmustert und auf seine chemische Zusammensetzung hin untersucht werden. Der äußerst kompakte Aufbau erlaubt es sehr nahe an die zu untersuchende Probe heranzukommen.	Fig. III-27 shows a mounted 12-channel silicon drift detector in a custom designed carrier with an integrated Peltier cooler. With the help of a laser, a hole with 2 mm diameter was cut out of the centre of the detector. An X-ray light fibre will be guided through it to concentrate an X-ray beam with a diameter of 20 microns only on the object under test, e.g. works of art, environmental analysis etc. The X-ray fluorescent light is analysed eventually at the ring shaped detector array. The count rate capability of the detectors is of the order of 106 counts per second. This guarantees a macroscopic scan of a surface within a reasonable time. The compact design of the instrument allows for approaching closely the object under test, thus collecting the maximum number of X-rays.
Die Arbeiten zum Wissenschaftstransfer wurden durch Sonderzuwendungen der Max-Planck-Gesellschaft gefördert. Die europäische Raumfahrtagentur ESA hat das MPI HLL im Rahmen des TRP Programmes unter ESTEC 14807/00NL/NB gefördert. Die Dr. Johannes Heidenhain-Stiftung unterstützt diese Arbeiten seit 1996.	Our know-how transfer projects are supported by the Max-Planck-Gesellschaft. The European Space Agency (ESA) supported The HLL in the context of the TRP Program under ESTEC 14807/00NL/NB. The Dr. Johannes Heidenhain-Stiftung has supported our work since 1996.

MPE Jahresbericht 2000 / MPE Annual Report 2000