Röntgen optika

Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt közreműködők, és jelentősen eltérhet a 2021. augusztus 27-én felülvizsgált verziótól ; az ellenőrzések 2 szerkesztést igényelnek .

A röntgenoptika az alkalmazott optika  egyik ága, amely a röntgensugárzás terjedését vizsgálja a közegben, valamint röntgenkészülékekhez fejleszt elemeket. A röntgenoptika a hagyományos optikától eltérően az elektromágneses hullámok visszaverődését és törését a 10 -4 és 100 Å (10 -14 és 10 -8 m közötti ) röntgenhullámhossz-  tartományban, valamint a 10 -4 Å alatti gamma-sugárzást veszi figyelembe. .

Általános információk

A röntgenoptika fejlődésének egyik oka az a lehetőség, hogy a rövidebb hullámhosszú optikai rendszerek felbontásának növelésével röntgenmikroszkópokon hihetetlenül kicsi tárgyakról lehet képeket készíteni. A röntgenoptikát röntgenlézerekben és röntgenteleszkópokban is használják .

A hagyományos optikában használt anyagok nem alkalmazhatók a röntgenoptikában, mivel a röntgensugárzás törésmutatója minden anyag esetében közel áll az egységhez. Más szóval, a röntgensugarak szinte irányuk megváltoztatása nélkül haladnak át az anyagon. Ezenkívül a röntgensugárzás erősen elnyelődik és szétszóródik az anyagban a fotoelektromos hatás és a Compton-effektus miatt .

A röntgenoptika a hagyományos optikához képest rendelkezik jellemzőkkel, például egy 1 cm vastag levegőréteg szinte teljesen átlátszatlan a lágy röntgensugárzás számára. Ezért a lágyröntgen-tartományban a röntgenoptikai rendszerek működéséhez vákuumra van szükség , és röntgenteleszkópokat bocsátanak ki az űrbe .

Történelem

A röntgenoptika Wilhelm Conrad Roentgen 1895 -ös felfedezéséig nyúlik vissza . A felfedezés után megkezdődött a hullámok optikai tulajdonságainak tanulmányozása a röntgentartományban, ami elvezetett gyakorlati alkalmazásához az orvostudományban és a technikában. 1901 - ben felfedezéséért Roentgen megkapta az első Nobel-díjat. 1912- ben Max Laue , Walter Friedrich , Paul Knipping meghatározta a röntgensugarak hullámtermészetét. Amikor a röntgensugarak kölcsönhatásba léptek a kristályokkal, interferenciamintázatot rögzítettek. Laue 1914 -ben Nobel-díjat kapott a kristályok röntgendiffrakciójának felfedezéséért . Ugyanakkor William Henry Bragg és fia, William Lawrence Bragg a Leedsi Egyetemen dolgoztak, és 1913 -ban , miközben a röntgensugárzás és az anyag kölcsönhatását tanulmányozták, létrehoztak egy róluk elnevezett törvényt . Ennek eredményeként megjelent egy új módszer egy anyag atomszerkezetének tanulmányozására - a röntgendiffrakciós elemzés .

,

ahol - csúszási szög - további szög a beesési szöghez képest, λ - hullámhossz , n (n = 1,2 ...) - diffrakciós sorrendnek nevezett egész szám .

1915 -ben Braggy apja és fia megkapta a fizikai Nobel-díjat a kristályok röntgensugarakkal történő tanulmányozásában végzett munkájukért.

George Wulf Braggéktől függetlenül ugyanerre a következtetésre jutott 1913-ban, ezért a Bragg-féle diffrakciós törvényt Wulf-Bragg feltételnek is nevezik .



Működési elvek

A röntgenoptika fő feladata a röntgensugarak fókuszálása. Ezért a kimenő sugár fókusztávolsága és szélessége az optikai rendszerek legfontosabb jellemzője. A működési elvtől függően többféle optikai rendszer létezik.

Fényvisszaverő röntgen optika

Röntgentükör

Az elektromágneses hullámok visszaverődését a két közeg határfelületéről az optikában a Fresnel-képlet írja le . Ha a röntgensugarak a normálhoz közeli beesési szögben esnek egy tükörre , a visszaverődési együttható túl kicsinek bizonyul, vagyis a röntgensugarak gyakorlatilag nem verődnek vissza, hanem csak a tükörben nyelődnek el vagy haladnak át rajta. Ezért az ilyen tükröket nem használják a röntgenoptikában. A beesési szög növekedésével a reflexiós együttható növekszik, ami lehetővé teszi a röntgencsillagászatban használt "ferde" beesési tükrök használatát (a bennük lévő nyaláb végigcsúszik a tükör felületén) (lásd Voltaire teleszkóp ).

Kapilláris optika

A röntgenkollimátor működési elve a röntgensugár áramlásának továbbítása egy sok párhuzamos lyukkal - kapillárisokkal - rendelkező abszorbeáló anyagon keresztül.

Egy másik kapilláris eszköz a fókuszáló kapilláriscső, amely egy üreges kúpos cső konvergáló kapillárisokkal. A röntgensugarak vákuumja optikailag sűrűbb közeg, ezért ha egy sugár egy kapilláris sima felületére egy bizonyos kritikusnál kisebb szögben esik, akkor teljes visszaverődést tapasztal [1] . Ezt a fókuszálási elvet a Kumakhov optikában valósítják meg .

Diffrakciós optika

Zónalemezek

Fresnel zónalemez is használható a röntgensugarak fókuszálására. Fókuszálásának elve a hullámfront hullámzónákra való felosztásán alapul, oly módon, hogy a szomszédos zónák sugárzása fázisban legyen. Például, ha bezárja (sötétíti) az összes páros hullámzónát, akkor a fennmaradó nyitott páratlan zónák egy fázisban másodlagos hullámfrontokat sugároznak. Az interferencia következtében az intenzitás a fókuszban többszörösére nő. Az első röntgenzóna lemezeket 1988-ban szerezték be a Lawrence Livermore National Laboratory-ban [1] .

Bragg Fresnel optika

A Fresnel-lemez zónáinak szélessége a sugárzás hullámhosszától függ, tehát minél monokromatikusabb , annál jobban fókuszál a lemez. Ezért egy egykristályra zónalemezt raknak le , és a sugárzás monokromatikusságát Bragg-diffrakció biztosítja a kristálysíkon [1] .

Röntgen fénytörés optika

A röntgentartományban szinte minden anyag egységhez közeli törésmutatója van, és a röntgensugárzás vákuumja optikailag sűrűbb közeg, mint az anyag, ezért a fókuszáló lencséket az anyagban lévő üregek formájában kell elkészíteni. Ráadásul egyetlen objektívnek rendkívül nagy gyújtótávolsága lenne, ami használhatatlanná tenné.

A gyújtótávolság lerövidítésének problémáját úgy oldják meg, hogy bizonyos méretű és alakú üregeket hoznak létre egy bizonyos röntgensugárzás számára átlátszó anyagban, amelyek úgy viselkednek, mint egy halom lencse, valamint külön parabola lencsék létrehozásával, amelyekből egy halmaz van elég rövid gyújtótávolság. Az ilyen eszközöket az angol nyelvű szakirodalom Compound refractive lens ( compozit refractive lenses ) nevezi [2] .

Röntgenhullámvezetők

Az ilyen eszközök hasonlóak a hagyományos optikában használt eszközökhöz. A sugárzást görbe hullámvezetők mentén továbbítják és egy pontban összegyűjtik [1] .

A kép készítésének egyéb módjai

Lásd még

Jegyzetek

  1. ↑ 1 2 3 4 Pavlinskiy VG Röntgensugarak  fénytörése és visszaverődése. (Módszertani útmutató) Archivált 2017. március 15-én a Wayback Machine -nél .
  2. ↑ Arisztov V. V., Shabelnikov L. G. A röntgen fénytörő optika modern fejlődése. . Letöltve: 2020. július 7. Az eredetiből archiválva : 2020. október 23.

Irodalom

  1. Pinsker ZG  röntgenkristály optika. Moszkva: Nauka, 1982.
  2. Vysotsky, V. I., Vorontsov, V. I., Kuzmin, R. N. et al., Sagnac's experiment on X-rays, Usp. Phys. Tudományok. 1994. V. 164., 3. sz. S. 309-324.
  3. Bushuev VA, Kuzmin RN  Másodlagos folyamatok a röntgenoptikában. M.: Moszkvai Állami Egyetem Kiadója, 1990.
  4. Ingal VN, Beliaevskaya EA // J. Phys. D: Alk. Phys. 1995. évf. 28. 2314. o.
  5. Duax WL Holograhy röntgensugárzással // Intern. Union Crystalography // Hírlevél. 1996. évf. 4, 2. sz. 3. o.
  6. Elton R. Röntgenlézerek / Per. angolról. szerk. A. V. Vinogradova. M.: Mir, 1994.
  7. Schmal G., Rudolf D. Röntgenoptika és mikroszkópia: Per. angolról. M.: Mir, 1987. 463 p.

Linkek

  Ugrás a Wikidata elemre  Szótárak és enciklopédiák