Rentgenový mikroskop je zařízení pro zkoumání velmi malých předmětů, jejichž rozměry jsou srovnatelné s délkou rentgenové vlny. Na základě použití rentgenového záření o vlnové délce 0,01 až 10 nanometrů. V dlouhovlnné části rozsahu je vlnový úsek 2,3 - 4,4 nm, odpovídající tzv. „ okno průhlednosti vody “, ve kterém se provádějí studie biologických vzorků. V krátkovlnné části rozsahu se rentgenové mikroskopy používají ke studiu struktury různých strukturních materiálů obsahujících prvky s velkým atomovým číslem.
Rentgenové mikroskopy se z hlediska rozlišení řadí mezi elektronové a optické mikroskopy. Teoretické rozlišení rentgenového mikroskopu dosahuje 2-20 nanometrů , což je řádově větší rozlišení než rozlišení optického mikroskopu (až 150 nanometrů ). V současné době existují rentgenové mikroskopy s rozlišením kolem 5 nanometrů [1] .
Vývoj rentgenových mikroskopů je spojen s řadou závažných obtíží. Rentgenové záření je téměř nemožné zaostřit běžnými čočkami. Faktem je, že index lomu rentgenových paprsků v různých pro ně průhledných médiích je přibližně stejný a velmi málo se liší od jednoty. Fluktuace jsou v řádu 10 −4 -10 −5 . Pro srovnání, index lomu viditelného světla ve vodě při 20 °C je přibližně 1,33. Rentgenové záření také není vychylováno elektrickými a magnetickými poli, což znemožňuje použití elektrických nebo magnetických čoček k zaostřování. V moderní rentgenové optice se však nedávno objevily a již našly široké uplatnění čočky, působící na základě efektu lomu (na základě rozdílu indexů lomu v kondenzované hmotě vůči vzduchu). Funkci čočky plní čočková dutina uvnitř materiálu, zvaná Snigirevova čočka [2] .
Rentgenové záření lidské oko přímo nevnímá. Pro pozorování a záznam výsledků je proto nutné použít technické prostředky (fotografická zařízení nebo elektronově-optické převodníky ).
První komerční rentgenový mikroskop vytvořil v 50. letech minulého století americký inženýr Sterling Newbury , zaměstnanec General Electric . Byl to projekční mikroskop, k získání obrazu se v něm používaly fotografické desky.
Existují dva typy rentgenových mikroskopů – reflexní a projekční. Reflexní mikroskopy využívají fenoménu lomu rentgenového záření při dopadu pastvy. Projekční mikroskopy využívají vysokou pronikavost rentgenového záření. V nich je studovaný objekt umístěn před zdrojem záření a osvětlen rentgenovými paprsky. Vzhledem k tomu, že koeficient absorpce rentgenového záření závisí na velikosti atomů, kterými prochází, umožňuje tato metoda získat informace nejen o struktuře, ale také o chemickém složení studovaného objektu.
Projekční rentgenové mikroskopy jsou komorou se zdrojem záření a záznamovým zařízením na opačných koncích. Pro získání čistého obrazu je nutné, aby úhlová apertura zdroje byla co nejmenší.
Zvětšení (M) u metody rentgenové projekční mikroskopie je určeno poměrem vzdáleností od zdroje rentgenového záření k detektoru (b) ke vzdálenosti od zdroje k předmětu (a):
M = b/aDonedávna se v mikroskopech tohoto typu nepoužívala přídavná optická zařízení. Hlavním způsobem, jak dosáhnout maximálního zvětšení, je umístit objekt co nejblíže ke zdroji rentgenového záření. Za tímto účelem je ohnisko trubice umístěno přímo na okénku rentgenky nebo na horní části jehly anody umístěné poblíž okénka trubice. Nedávno byly vyvinuty mikroskopy, které k zaostření obrazu využívají destičky Fresnelovy zóny . Tyto mikroskopy mají rozlišení až 30 nanometrů.
V mikroskopech tohoto typu se používají techniky k dosažení maximálního zvětšení, díky čemuž lineární rozlišení projekčních rentgenových mikroskopů dosahuje 0,1-0,5 mikronu . Jako čočky používají systém zrcadel. Obrazy vytvořené reflexními rentgenovými mikroskopy jsou i s přesným profilem jejich zrcadel zkresleny různými aberacemi optických systémů : astigmatismus , kóma .
Zakřivené monokrystaly se také používají k zaostření rentgenového záření. Ale zároveň je kvalita obrazu ovlivněna strukturálními nedokonalostmi monokrystalů a také konečnou hodnotou Braggových difrakčních úhlů . Dříve nebyly reflexní rentgenové mikroskopy široce používány kvůli technickým potížím při jejich výrobě a provozu.
V roce 2019 ruští vědci z Tomské státní univerzity (TSU) spolu se svými německými kolegy z německého výzkumného centra pro částicovou fyziku DESY informovali o dokončení vývoje a testování zásadně nového reflexního rentgenového mikroskopu - tzv. volala. „Comptonův mikroskop“ (pojmenovaný podle nositele Nobelovy ceny Arthura Comptona ), jehož princip činnosti je založen na fixaci rentgenového záření rozptýleného studovaným objektem [3] . Pomocí nové metody rentgenové mikroskopie je možné nedestruktivně studovat tenké buněčné struktury, které byly dříve nepřístupné ani elektronové mikroskopii, včetně mikrovyšetření intracelulárních a membránových struktur nepřipravených živých buněk v procesu jejich fungování. Rusko-německému týmu vědců se podařilo dosáhnout kontrastu obrazu dříve nedosažitelného na rentgenových mikroskopech projekčního typu díky použití domácích chrom-galliových senzorů vyrobených v Tomsku [4] (právě tyto ruské chrom-galliové senzory se používají v CERN Large Hadron Collider ve Švýcarsku, protože .jsou řádově přesnější než dovážené křemíkové). [3] [4]
Projekční mikroskopy byly široce používány v různých oblastech vědy, včetně lékařství , mineralogie , metalurgie .
Pomocí rentgenového projekčního mikroskopu můžete:
Důležitou výhodou rentgenových mikroskopů je, že je lze použít k pozorování nepřipravených živých buněk. [5]