Rentgenová optika

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 27. srpna 2021; kontroly vyžadují 2 úpravy .

Rentgenová optika  je obor aplikované optiky , který studuje šíření rentgenového záření v médiích a také vyvíjí prvky pro rentgenová zařízení. Rentgenová optika na rozdíl od konvenční optiky uvažuje odraz a lom elektromagnetických vln v  rozsahu vlnových délek rentgenového záření 10 −4 až 100 Å (od 10 −14 do 10 −8 m ) a záření gama < 10 −4 Å .

Obecné informace

Jedním z důvodů rozvoje rentgenové optiky je možnost získání snímků neuvěřitelně malých objektů na rentgenových mikroskopech zvýšením rozlišení optických systémů pomocí kratších vlnových délek. Také rentgenová optika se používá v rentgenových laserech a rentgenových dalekohledech .

Materiály používané v konvenční optice nejsou použitelné v rentgenové optice kvůli blízkosti jednoty indexu lomu rentgenového záření pro všechny látky. Jinými slovy, rentgenové záření prochází hmotou téměř bez změny směru. Kromě toho je rentgenové záření silně absorbováno a rozptylováno v hmotě v důsledku fotoelektrického jevu a Comptonova jevu .

Rentgenová optika má oproti klasické optikě vlastnosti, např. 1 cm silná vrstva vzduchu je pro měkké rentgenové záření téměř zcela neprůhledná. Proto je pro provoz rentgenových optických systémů v oblasti měkkého rentgenového záření zapotřebí vakua a do vesmíru jsou vypouštěny rentgenové dalekohledy .

Historie

Rentgenová optika sahá až k objevu rentgenového záření v roce 1895 Wilhelmem Conradem Roentgenem . Po objevu začalo studium optických vlastností vln v oblasti rentgenového záření, což vedlo k jeho praktickému uplatnění v medicíně a technice. V roce 1901 získal Roentgen za svůj objev první Nobelovu cenu. V roce 1912 Max Laue , Walter Friedrich , Paul Knipping určili vlnovou povahu rentgenových paprsků. Když rentgenové záření interagovalo s krystaly, byl zaznamenán interferenční obrazec. Laue získal Nobelovu cenu v roce 1914 za objev rentgenové difrakce krystalů . Ve stejné době William Henry Bragg a jeho syn William Lawrence Bragg pracovali na univerzitě v Leedsu a v roce 1913 při studiu interakce rentgenového záření s hmotou založili zákon pojmenovaný po nich. V důsledku toho se objevila nová metoda pro studium atomové struktury látky - rentgenová difrakční analýza .

,

kde - úhel skluzu - přídavný úhel k úhlu dopadu, λ - vlnová délka , n (n = 1,2 ...) - celé číslo nazývané řád difrakce .

V roce 1915 Braggyho otec a syn obdrželi Nobelovu cenu za fyziku za přínos ke studiu krystalů pomocí rentgenového záření.

George Wulf , nezávisle na Braggs, dospěl ke stejnému závěru v roce 1913, a proto se Braggův zákon difrakce také nazývá Wulf-Braggova podmínka .



Principy činnosti

Hlavním úkolem rentgenové optiky je fokusace rentgenového záření. Proto jsou ohnisková vzdálenost a šířka výstupního paprsku nejdůležitějšími charakteristikami optických systémů. Existuje několik typů optických systémů v závislosti na principu činnosti.

Reflexní rentgenová optika

Rentgenové zrcadlo

Odraz elektromagnetických vln od rozhraní mezi dvěma prostředími je v optice popsán pomocí Fresnelových vzorců . Když rentgenové záření dopadá na zrcadlo v úhlech dopadu blízkých normálu , koeficient odrazu se ukáže jako příliš malý, to znamená, že rentgenové záření se prakticky neodráží, ale pouze absorbuje zrcadlo nebo jím prochází. Proto se taková zrcadla v rentgenové optice nepoužívají. S rostoucím úhlem dopadu roste koeficient odrazu, což umožňuje používat „šikmá“ dopadová zrcadla (paprsek v nich klouže po povrchu zrcadla) používaná v rentgenové astronomii (viz Voltairův dalekohled ).

Kapilární optika

Principem činnosti rentgenového kolimátoru je přenos proudu rentgenového záření absorbující látkou s mnoha rovnoběžnými otvory - kapilárami.

Dalším kapilárním zařízením je fokusační kapilára, což je dutá kónická trubice se sbíhajícími se kapilárami. Vakuum pro rentgenové záření je opticky hustší prostředí, takže pokud paprsek dopadá na hladký povrch kapiláry pod úhlem menším, než je určitý kritický, dochází k úplnému odrazu [1] . Tento princip zaostřování je implementován v optice Kumakhov .

Difrakční optika

Zónové desky

Fresnelova zónová destička může být také použita pro zaostření rentgenového záření. Princip jeho fokusace je založen na rozdělení čela vlny na vlnové zóny tak, aby záření ze sousedních zón bylo ve fázi. Pokud například zavřete (ztmavíte) všechny zóny sudých vln, pak zbývající otevřené liché zóny budou vyzařovat čela sekundárních vln v jedné fázi. V důsledku interference se intenzita v ohnisku mnohonásobně znásobí. První rentgenové zónové desky byly získány v roce 1988 v Lawrence Livermore National Laboratory [1] .

Bragg Fresnel optika

Šířka zón ve Fresnelově destičce závisí na vlnové délce záření, takže čím je monochromatičtější , tím lépe destička zaostřuje. Na monokrystal je proto deponována zónová deska a monochromatičnost záření je zajištěna Braggovou difrakcí na krystalových rovinách [1] .

Rentgenová refrakční optika

V oblasti rentgenového záření mají téměř všechny materiály index lomu blízký jednotce a vakuum pro rentgenové záření je opticky hustší médium než látka, takže zaostřovací čočky musí být vyrobeny ve formě dutin v materiálu. Jediná čočka by navíc měla extrémně dlouhou ohniskovou vzdálenost, takže by byla nepoužitelná.

Problém zkrácení ohniskové vzdálenosti je vyřešen vytvořením dutin určité velikosti a tvaru v určitém materiálu propustném pro rentgenové záření, které se chovají jako svazek čoček, a také vytvořením samostatných parabolických čoček, jejichž sada má poměrně krátká ohnisková vzdálenost. Taková zařízení se v anglicky psané literatuře nazývají Compound refractive lens ( kompozitní refrakční čočky ) [2] .

Rentgenové vlnovody

Taková zařízení jsou analogická zařízením používaným v konvenční optice. Záření je transportováno podél zakřivených vlnovodů a shromažďováno v bodě [1] .

Jiné způsoby, jak vytvořit obrázek

Viz také

Poznámky

  1. ↑ 1 2 3 4 Pavlinskiy VG  Refrakce a odraz rentgenového záření. (Metodická příručka) Archivováno 15. března 2017 na Wayback Machine .
  2. ↑ Aristov V. V., Shabelnikov L. G. Moderní pokroky v rentgenové refrakční optice. . Získáno 7. července 2020. Archivováno z originálu dne 23. října 2020.

Literatura

  1.  Rentgenová krystalová optika Pinsker ZG . Moskva: Nauka, 1982.
  2. Vysotsky, V.I., Vorontsov, V.I., Kuzmin, R.N., et al., Sagnac's experiment on X-rays, Usp. Phys. vědy. 1994. V. 164, č. 3. S. 309-324.
  3. Bushuev VA, Kuzmin RN  Sekundární procesy v rentgenové optice. M.: Nakladatelství Moskevské státní univerzity, 1990.
  4. Ingal VN, Beliaevskaya EA // J. Phys. D: Appl. Phys. 1995 sv. 28. S. 2314.
  5. Duax WL Holograhy s RTG zářením // Intern. Union Crystallography // Newsletter. 1996 sv. 4, č. 2. P. 3.
  6. Elton R. Rentgenové lasery / Per. z angličtiny. vyd. A. V. Vinogradová. M.: Mir, 1994.
  7. Schmal G., Rudolf D. Rentgenová optika a mikroskopie: Per. z angličtiny. M.: Mir, 1987. 463 s.

Odkazy

  Přejděte na položku Wikidata  Slovníky a encyklopedie