Рентгеновское зеркало

Материал из свободной русской энциклопедии «Традиция»
Перейти к: навигация, поиск
Icons-mini-icon 2main.png Основная статья: Рентгеновская оптика
Файл:Prelomlenie skolsashich X-lutshey.jpg
Рентгеновское зеркало (принцип работы)
Схема работы ренгеновских зеркал в телескопах

Рентгеновское зеркалооптическое устройство, служащее для отражения, фокусирования и рассеивания рентгеновских лучей.

Рентгеновские зеркала (рентгеновская оптика преломления, фокусировки и рассеяния) применяются для рентгеновских лучей с длиной волны от 2 до 45—55 нм. Рентгеновское зеркало обычно изготавливается ионноплазменным способом нанесения тонких покрытий в глубоком ваккуме специальных материалов (например, кристаллов кремния и др. до нескольких сотен слоев) с разными коэффициентами преломления.

На Рис.1 показана схема работы рентгеновского зеркала. При этом ход рентгеновских лучей из центра — источника рентгеновсого пучка лучей(или из фокуса рентгеновской трубки) в результате скользящего падения и отражения, преломления от зеркальной кривой поверхности зеркала под углами порядка 0,001 радиана (для жёских лучей). В результате явлений дифракций и интерференции формируется вторичный пучок отражённых параллельных рентгеновских лучей с усилением их интенсивности рентгеновской флюоресценции. Применение рентгеновских зеркал в резонаторах и итерферометрах с применением чистой кристалличекой структурой (например, кристаллов кремния) поверхностей отражения и преломления показали, что они высокоэффективны, добротны и оцениваются показетелем в 109, а также обладают наивысшими монохроматизирующими свойствами. С другой стороны, работая в режиме космических исследований приходящих потоков рентгеновсих лучей из космоса, рентгеновские зеркала обеспечивают их фокусировку (см. на Рис.1 — они фокусируются в фокусе), т.е эти сигналы попадают на фокальную поверность, перпендикулярной главной оптической оси и дают возможность получить рентгеновское изображение.

Новое направление в рентгеновской оптике[править]

В настоящее время начинает применяться совместно разработанная технология российскими и зарубежными учёными Рентгеновская оптика преломления и фокусировки рентгеновских лучей (жёстких) — преломляющие линзы, фокусирующие оптические элементы на базе киноформных преломляющих профилей и оптических элементов призм, полученных из кремния.

Линза из кремния для преломления Х-лучей

[[Преломляющие Х-излучения оптические элементы и на их базе оптические устройства (микроскопы, телескопы и др.) отличаются новыми свойствами и характкристиками, которые дают возможность получать более высокое разрешение в микроскопи, телескопии по сравнению с существующими рентгенооптическими системаии. Применение, например, рентгеновских преломляющих составных линз (Рентгеновская оптика) является более перспективным напрвлением в исследованиях атомно-молекулярного и структурного анализа тонких плёнок, изучения скрытых слоёв, синтезированных периодических систем, например, фотонных кристаллов. Методы рентгеновской томографии базируются на применении преломляющих рентгеновские лучи линз и др. элементов рентгеновской оптики для передачи и получения рентгеновских изображений.

История рентгеновских зеркал[править]

Многослойные покрытия подбирают для балансировки ориентационных эффектов в малоугловом отражении рентгеновских лучей. Согласно приближениям Киргофа в области рассеяния электромагнитных волн, где ионы отражаются от отдельной касательной поскости в точке их соприкосновения, принято называть зеркальным отражением. При этом главным фактором преломления рентгеновских лучей (РЛ) является дифракция РЛ при взаимодействии с кристаллами и именно благодаря этому впервые учёные зафиксировали волновой харктер рентгеновского излучения. В 1912 году М. Лауэ, В.Фридрихом и П.Книппингом было экспериментально доказано и получена зависимость:

2d sin q = nl, где:
  • d — межплоскостное расстояние в кристалле;
  • q — угол скольжения;
  • n — порядок отражения;
  • l — длина волны.

При прохождении РЛ чрез кристаллическую рещётку обнаруживается интерференционный характер после прохождения РЛ. Экспериментально получены зависимости между межплоскостным расстоянем кристалла, углом скольжения и длиной проходящей эдекторомагнитной волны. Получены значения длин волн. Длины волн рентгеновсих лучей (мягкий, жёсткий рентген) по своему порядку близки к межплоскостным расстояниям в кристаллах (10-4 до 10² Å и гамма-излучения в диапазоне — от 10-14 до 10-8 м))и т. д. Слои покрытий в устройстве «рентгеновское зеркало» по толщине находятся в пределах межплоскостных расстояний кристаллов, и поэтому их применяют для получения нужных параметров преломления (каждый слой имеет свою кристаллическую решётку). Это напоминает многолинзовые объективы для лучей видимого спектра света. Откуда влияние шереховатости поверхностей и многослойности покрытий являются определяющим фактором.[1]

Области применения[править]

Макет телескопа XMM-Ньютона

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.

Широкое применение роентгеновские зеркала находя в телескопах. 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).

Материалы для рентгеновских зеркал[править]

Так как рентгеновское зеркало имеет многослойную структуру (до нескольких сотен слоев), их производство требует особых условий. 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 котором будет работать зеркало, и дополнительные условия и требования определяют применение тех или иных материалов.

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, поэтому их стоимость чрезвычайно высока.

В России головной организацией по производству и разработке рентгеновских зеркал является ФИАН[2].

Примечания[править]

  1. http://www.pereplet.ru/obrazovanie/stsoros/266.html
  2. http://www.stanford.edu/group/glam/xlab/XPert1/IncBeam.htm

См. также[править]

Литература[править]