Røntgenoptik

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 27. august 2021; checks kræver 2 redigeringer .

Røntgenoptik  er en gren af ​​anvendt optik , der studerer udbredelsen af ​​røntgenstråler i medier og udvikler også elementer til røntgenapparater. Røntgenoptik tager i modsætning til konventionel optik hensyn til refleksion og brydning af elektromagnetiske bølger i røntgenbølgelængdeområdet  10 −4 til 100 Å (fra 10 −14 til 10 −8 m ) og gammastråling < 10 −4 Å .

Generel information

En af årsagerne til udviklingen af ​​røntgenoptik er muligheden for at få billeder af utroligt små objekter på røntgenmikroskoper ved at øge opløsningen af ​​optiske systemer ved brug af kortere bølgelængder. Også røntgenoptik bruges i røntgenlasere og røntgenteleskoper .

De materialer, der anvendes i konventionel optik, er ikke anvendelige i røntgenoptik på grund af nærheden til enhed af brydningsindekset for røntgenstråler for alle stoffer. Med andre ord passerer røntgenstråler gennem stof næsten uden at ændre deres retning. Derudover absorberes og spredes røntgenstråler kraftigt i stoffet på grund af den fotoelektriske effekt og Compton-effekten .

Røntgenoptik har funktioner sammenlignet med konventionel optik, for eksempel er et 1 cm tykt luftlag næsten helt uigennemsigtigt for bløde røntgenstråler. Derfor er et vakuum påkrævet til driften af ​​røntgenoptiske systemer i det bløde røntgenområde , og røntgenteleskoper sendes ud i rummet .

Historie

Røntgenoptik går tilbage til opdagelsen af ​​røntgenstråler i 1895 af Wilhelm Conrad Roentgen . Efter opdagelsen begyndte undersøgelsen af ​​de optiske egenskaber af bølger i røntgenområdet, hvilket førte til dens praktiske anvendelse inden for medicin og teknologi. I 1901 modtog Roentgen den første Nobelpris for sin opdagelse. I 1912 bestemte Max Laue , Walter Friedrich , Paul Knipping røntgenstrålernes bølgenatur . Når røntgenstråler interagerer med krystaller, blev der registreret et interferensmønster. Laue blev tildelt Nobelprisen i 1914 for opdagelsen af ​​røntgendiffraktion ved hjælp af krystaller . Samtidig arbejdede William Henry Bragg og hans søn William Lawrence Bragg på University of Leeds og etablerede i 1913 , mens de studerede røntgenstrålers interaktion med stof, en lov opkaldt efter dem. Som et resultat dukkede en ny metode til at studere atomstrukturen af ​​et stof op - røntgendiffraktionsanalyse .

,

hvor - glidevinkel - yderligere vinkel til indfaldsvinklen, λ - bølgelængde , n (n = 1,2 ...) - et heltal kaldet diffraktionsrækkefølgen .

I 1915 modtog Braggys far og søn Nobelprisen i fysik for deres bidrag til studiet af krystaller ved hjælp af røntgenstråler.

George Wulf , uafhængigt af Braggs, kom til samme konklusion i 1913, hvorfor Braggs diffraktionslov også kaldes Wulf-Bragg-tilstanden .



Funktionsprincipper

Røntgenoptikkens hovedopgave er fokusering af røntgenstråler. Derfor er brændvidden og bredden af ​​udgangsstrålen de vigtigste egenskaber ved optiske systemer. Der er flere typer optiske systemer afhængigt af driftsprincippet.

Reflekterende røntgenoptik

Røntgenspejl

Refleksionen af ​​elektromagnetiske bølger fra grænsefladen mellem to medier er beskrevet i optik ved Fresnel-formlerne . Når røntgenstråler falder på et spejl ved indfaldsvinkler tæt på normalen , viser refleksionskoefficienten sig at være for lille, det vil sige, at røntgenstråler praktisk talt ikke reflekteres, men kun absorberes af spejlet eller passerer gennem det. Derfor bruges sådanne spejle ikke i røntgenoptik. Med en stigning i indfaldsvinklen øges refleksionskoefficienten, hvilket gør det muligt at bruge "skrå" indfaldsspejle (strålen i dem glider langs spejlets overflade) brugt i røntgenastronomi (se Voltaire-teleskop ).

Kapillær optik

Funktionsprincippet for en røntgenkollimator er transmissionen af ​​en strøm af røntgenstråler gennem et absorberende stof med mange parallelle huller - kapillærer.

En anden kapillaranordning er det fokuserende kapillarrør, som er et hult konisk rør med konvergerende kapillærer. Vakuum til røntgenstråler er et optisk tættere medium, derfor, hvis en stråle falder på en glat overflade af en kapillar i en vinkel mindre end en vis kritisk vinkel, så oplever den total refleksion [1] . Dette fokuseringsprincip er implementeret i Kumakhov-optik .

Diffraktiv optik

Zoneplader

En Fresnel-zoneplade kan også bruges til at fokusere røntgenstråler. Princippet for dens fokusering er baseret på opdelingen af ​​bølgefronten i bølgezoner på en sådan måde, at strålingen fra nabozoner er i fase. For eksempel, hvis du lukker (mørker) alle lige bølgezoner, så vil de resterende åbne ulige zoner udstråle sekundære bølgefronter i én fase. Som et resultat af interferens vil intensiteten ved fokus ganges mange gange. De første røntgenzoneplader blev opnået i 1988 på Lawrence Livermore National Laboratory [1] .

Bragg Fresnel optik

Bredden af ​​zonerne i en Fresnel-plade afhænger af strålingens bølgelængde, så jo mere monokromatisk den er , jo bedre fokuserer pladen. Derfor aflejres en zoneplade på en enkelt krystal , og strålingens monokromaticitet sikres ved Bragg-diffraktion på krystalplaner [1] .

Røntgenbrydningsoptik

I røntgenområdet har næsten alle materialer et brydningsindeks tæt på enhed, og vakuumet for røntgenstråler er et optisk tættere medium end stoffet, så fokuseringslinser skal laves i form af hulrum i materialet. Derudover ville en enkelt linse have en ekstrem lang brændvidde, hvilket gør den ubrugelig.

Problemet med at forkorte brændvidden løses ved at skabe hulrum af en bestemt størrelse og form i et bestemt materiale, der er gennemsigtigt for røntgenstråler, som opfører sig som en stak linser, samt ved at skabe separate parabollinser, hvoraf et sæt har en ret kort brændvidde. Sådanne enheder i den engelsksprogede litteratur kaldes Compound refractive lens ( composite refractive linser ) [2] .

Røntgenbølgeledere

Sådanne anordninger er analoge med anordninger, der anvendes i konventionel optik. Strålingen transporteres langs buede bølgeledere og opsamles i et punkt [1] .

Andre måder at bygge et billede på

Se også

Noter

  1. ↑ 1 2 3 4 Pavlinskiy VG  Refraktion og refleksion af røntgenstråler. (Metodevejledning) Arkiveret 15. marts 2017 på Wayback Machine .
  2. ↑ Aristov V. V., Shabelnikov L. G. Moderne fremskridt inden for røntgenbrydningsoptik. . Hentet 7. juli 2020. Arkiveret fra originalen 23. oktober 2020.

Litteratur

  1. Pinsker ZG  røntgenkrystaloptik. Moskva: Nauka, 1982.
  2. Vysotsky, V.I., Vorontsov, V.I., Kuzmin, R.N., et al., Sagnacs eksperiment med røntgenstråler, Usp. Phys. Videnskaber. 1994. V. 164, nr. 3. S. 309-324.
  3. Bushuev VA, Kuzmin RN  Sekundære processer i røntgenoptik. M.: Forlag ved Moscow State University, 1990.
  4. Ingal VN, Beliaevskaya EA // J. Phys. D: Appl. Phys. 1995 bind. 28. S. 2314.
  5. Duax WL Holograhy med røntgen // Intern. Union Crystallography // Nyhedsbrev. 1996 bind. 4, nr. 2. S. 3.
  6. Elton R. Røntgenlasere / Pr. fra engelsk. udg. A. V. Vinogradova. M.: Mir, 1994.
  7. Schmal G., Rudolf D. Røntgenoptik og mikroskopi: Pr. fra engelsk. M.: Mir, 1987. 463 s.

Links

  Gå til Wikidata-elementet  Ordbøger og encyklopædier