Рентгеновская оптика и монокристаллы

Линза из кремния для преломления Х-лучей

Файл:Prelomlenie skolsashich X-lutshey.jpg

Рентгеновское зеркало (принцип работы)

Монокристаллы осмий-скандий-кремний, гафний и его композиции с другими элементами и Рентгеновская оптика - основные материалы, которые применяются при изготовлении оптических устройств например, рентгеновских зеркал, служащих для управления рентгеновским излучением — отражения рентгеновских лучей, фокусирования и рассеивания) и Линз из кремния — для преломления Х-лучей при помощи рентгеновской оптики преломления.

Рентгеновскую оптику можно разделить на:

• Рентгеовская оптика отражения;
• Рентгеновская оптика преломления.

В рентгеновской оптике в отличие от обычного электромагнитного излучения используется — собственно рентгеновское излучение в диапазоне 10^-4 до 10² Å и гамма-излучения с длинами волн от 10^-14 до 10^-8 м).

В наиболее коротковолновой части диапазона 0,01-0,02 нм рентгеновские зеркала позволяют фокусировать излучение синхротронов или рентгеновских трубок на исследуемые объекты или формировать параллельные пучки. В частности, их применение увеличивает эффективность рентгеновских трубок в 30-100 раз, что делает возможным заменить синхротронное излучение в ряде биологических, структурных и материаловедческих исследований. Приблизительно в этом же диапазоне лежит излучение высокотемпературной плазмы (лазерной и ТОКАМАКов). Здесь зеркала нашли применение как дисперсионные элементы для спектральных исследований.

В диапазоне 0,6-6 нм лежит характеристическое излучение легких элементов(бора, фосфор). Здесь рентгеновские зеркала также используются для исследования спектров в приборах элементного анализа материалов.

Рентгеновская многослойная оптика широко применяется для формирования фильтрации и управления поляризацией в синхротронных источниках. В области 10-60 нм лежат линии излучения солнечной плазмы. Объективы космических телескопов из рентгеновских зеркал и сейчас находятся на орбите и регулярно передают на Землю изображение Солнца на линиях Fe IX?Fe XI (17,5 нм) и Не II (30,4 нм).

В настоящее время применение оптических материалов из монокристаллического кремния привело к созданию линзы и призмы, преломляющие и фокусирующие Х-лучи аналогично оптическим устройствам линзам, используемым в диапазоне видимых лучей света. Хотя до последнего времени считались невозможными использовать преломляющие оптические системы рентгеновские лучи в силу того, что показатель преломления Х-лучей мало отличается от единицы. Однако решена задача и достижения в рентгеновской оптике преломления «рентгеновских» оптических элементов (линз, призм, пластинок) позволяют рассматривать их как новое направление в области использования Х-лучей в микроскопии в качестве опорного освещения с применением «жёстких» Х-лучей в оптических системах как микроскопы, телескопы и др. с разрешающей способностью 1-10нм (особенно в телескопах с применением более длинофокусных многокомпонетных линзовых объективов). В век нанотехнологий, новых напровлений в физике, науке, медицине, астрономии, оборонной промышленности и др. это внесёт большой вклад.,

Материалы для рентгеновской оптики

Применяются:

• Оптические материалы на основе монокристаллического кремния;
• Композиции материалов осмий-кремний и осмий-скандий-кремний в длинноволновой части спектра мягкого рентгеновского излучения;
• Композиции материалов в более жесткой части рентгеновского спектра весьма эффективен гафний и его композиции с другими элементами.

Рентгеновские зеркала являются основными оптическими системами рентгеновской оптики.

Рентгеновское зеркало имеет многослойную структуру(до нескольких сотен слоев), что требует особых условий производства. Материалы для создания отражающих покрытий должны иметь сверхвысокую чистоту и осаждаются на основу зеркала напылением в вакууме. Для создания таких специальных слоев используются металлы и некоторые химические соединения. Диапазон длин волн в которых будет работать зеркало и дополнительные условия и требования и определяют применение тех или иных материалов для зеркала.

Наиболее употребительные материалы для производства отражающих поверхностей рентгеновских зеркал и их характеристики:

• W/Si -
• W/B4C -
• Cr/Sc -
• W/Sc -
• Ni/C -
• Cr/C -
• W/C -
• Mo/B4C -
• Mo/Si -
• W/Si -
• Sc/Si -
• Co/C -
• WC/Si -
• Mo2B5/B4C -
• WSi2/Si -
• CrB2/C -
• MoSi2/Si -

По мере развития рентгеновской оптики спектр применяемых материалов значительно шире чем указанный выше (наиболее широкоупотребительные композиции), так например в длинноволновой части спектра мягкого рентгеновского излучения весьма эффективны композиции осмий-кремний и осмий-скандий-кремний, а в более жесткой части рентгеновского спектра весьма эффективен гафний и его композиции с другими элементами. Очень важно отметить также то обстоятельство, что рентгеновские зеркала при малых размерах, устройства сложные и трудоемкие в производстве, и отсюда их стоимость чрезвычайно высока.

В России головной организацией по производству и разработке рентгеновских зеркал является ФИАН[1].

Рентгеновская оптика преломления

Рис.1,Схема преломляющего профиля линзы

При рентгеновском излучении в настоящее время применение оптических материалов из монокристаллического кремния привело к созданию линзы и призмы, преломляющие Х-лучи аналогично оптическим устройствам линзам, используемым в диапазоне видимых лучей света. Хотя до последнего времени считались невозможными использовать преломляющие оптические системы рентгеновские лучи в силу того, что показатель преломления Х-лучей мало отличается от единицы. Однако решена задача и достижения в рентгеновской оптике преломления «рентгеновских» оптических элементов (линз, призм, пластинок) позволяют рассматривать их как новое направление в области управления и использования Х-лучей в микроскопии с переходом на системы (микроскопы, телескопы и др.) с разрешающей способностью 1-10нм. В век нанотехнологий, новых напровлений в физике, науке, медицине, астрономии, оборонной промышленности и др. это внесёт большой вклад.,

См. также

• Рентгеновская оптика преломления
• Рентгеновское зеркало
• Оптические системы
• Оптические материалы
• Внутреннее отражение электромагнитных волн
• Отражение рентгеновских лучей
• Микроскоп
• Лазерный рентгеновский микроскоп
• Рентгеновский лазер

Литература

1. Пинскер З.Г. Рентгеновская кристаллооптика. М.: Наука, 1982.

2. Высоцкий В.И., Воронцов В.И., Кузьмин Р.Н. и др. Опыт Саньяка на рентгеновском излучении // Успехи физ. наук. 1994. Т. 164, № 3. С. 309-324.

3. Бушуев В.А., Кузьмин Р.Н. Вторичные процессы в рентгеновской оптике. М.: Изд-во МГУ, 1990.

4. Ingal V.N., Beliaevskaya E.A. // J. Phys. D.: Appl. Phys. 1995. Vol. 28. P. 2314.

5. Duax W.L. Holograhy with X-rays // Intern. Union Crystallography // Newsletter. 1996. Vol. 4, № 2. P. 3.

6. Элтон Р. Рентгеновские лазеры / Пер. с англ. под ред. А.В. Виноградова. М.: Мир, 1994.

7.Рентгеновская оптика