- Преломление рентгеновских лучей
Преломление рентгеновских лучей — физический процесс взаимодействия электромагнитных волн рентгеновского диапазона с поверхностью, сопровождающийся изменением направления волнового фронта на границе двух сред с разными оптическими свойствами.
Является разновидностью полного внутреннего отражения электомагнитных волн.
Главной проблемой построения рентгеновских оптических систем длительное время являлось отсутствие открытия предсказанного Артуром Комптоном в 1923 году явления преломления при скользящем падении рентгеновских лучей. [http://dssplab.karelia.ru/sources/BOOK/glava1/01.html ]
Общие сведения
Для рентгеновского излучения, в соответствии с общей формулой значений коэффициента преломления:: [http://window.edu.ru/window_catalog/redir?id=21207&file=0110_095.pdf АЗУРИЦКИЙ М. И. «СПОСОБЫ ФОКУСИРОВКИ И РАЗЛОЖЕНИЯ В СПЕКТР РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ»] , гдезначения коэффициента для рентгеновских лучей лежат в области между и и зависят от квантовой энергии излучения, констант кристаллической решётки и плотности вещества.
Оптическая плотность вакуума для рентгеновского излучения максимальна.
Для одного из наиболее плотных элементов Pt (ρ=21,5 г/см3) и длины волны падающего излучения λ = 2 ангстрема, δ составляет около . Обычно же δ порядка , поэтому для обнаружения преломления рентгеновских лучей необходимы тонкие опыты.
Из Уравнения Френеля:
,
где (θ) — углы скольжения падающего и отражённого луча,следует, что показатели δ и показатель поглощения рентгеновских лучей β малы и составляют (~10-4), то есть отражение при больших углах падения ничтожно мало.
"При небольших углах падения, наблюдается эффект скольжения, преломления рентгеновских лучей с отражением под углом, равным углу падения (θ) " . Углы скольжения для «жёстких» рентгеновских лучей составляют доли градуса, для «мягких» — примерно 10-20 градусов. [http://dssplab.karelia.ru/sources/BOOK/glava1/01.html] [http://www.issep.rssi.ru/pdf/0110_095.pdf]
. [http://dssplab.karelia.ru/sources/BOOK/glava1/01.html]
Применение полного отражения (X-ray)
Благодаря открытиям М. А. Кумакова и Артура Комптона появилась возможность создания рентгеновской оптики и оптических элементов, способных фокусировать рентгеновское излучение и получать изображения объектов, в том числе стереоизображения. [http://www.issep.rssi.ru/pdf/0110_095.pdf]
В настоящее время Оптические системы для рентгеновской оптики используются всё шире и шире, например, с целью создания рентгеновских телескопов, микроскопов и др.
Рентгеновский телескоп
Впервые Рентгеновский телескоп под названием был разработан немецким физиком Ханом Волтером в 1952 году и был впервые реализован в 1978 году на спутнике Эйнштейн. Он использовал асферические зеркальные поверхности, обработанные с высоким классом чистоты (высота микронеровностей порядка одной миллионной доли миллиметра). На них была нанесена пленка из алюминиевой фольги или осаждённых монокристаллов некоторых оптических материалов (например, кремния и др.).
Конструкция рентгеновской линзы представляет набор нужного количества трубчатых зеркал на металлической основе, расположенных концентрически, с поверхностями, имеющих сложную форму гиперболоида вращения, или в форме элементов поверхности эллипсоида вращения в сочетании с параболоидом вращения. Конструкция такой сложной зеркальной рентгеновской линзы обеспечивает получение полноценных фотоснимков.
. [http://www.astronet.ru/db/msg/1217817]
Рентгеновский микроскоп
Разработанный и созданный В. С. Вавиловым Рентгеновский микроскоп (Физический институт им. П. Н. Лебедева РАН, Москва) дал возможность рассматривать и исследовать природу кристаллов, полупроводниковых материалов и т. п.. В настоящее время получены изображения вирусов, бактерий и даже крупных органических молекул и т. д. [http://www.cultinfo.ru/fulltext/1/001/008/096/514.htm]
В 2006 году британскими учёными на базе лондонского университета разработан новый тип микроскопа. Устройство использует рентгеновское излучение и технологию увеличения времени экспозиции для получения изображений большой четкости. Микроскоп позволит более подробно исследовать внутреннюю структуру изучаемых объектов. Благодаря поворотному столику и специальной компьютерной программе возможно получение трёхмерных стереоизображений. По мнению создателей, микроскоп будет особенно востребован геологами и палеонтологами. [http://www.gazeta.ru/science/news/632024.shtml]
Дифракционная, фокусирующая и изображающая многослойная рентгеновская оптика даёт новый толчок в развитии всех областей применения рентгеновских лучей:
* рентгеноскопия,
* спектроскопия,
* микролитография,
* астрофизика,
* диагностика плазмы,
* биология и т. д.Гибкость выбора материалов и числа слоёв покрытия позволяет разрабатывать и использовать многослойные рентгеновские зеркала во всем «мягком» рентгеновском диапазоне. [http://sites.lebedev.ru/LRO/show.php?page_id=646]
Благодаря большой разрешающей способности рентгеновского микроскопа c использованием рентгеновской линзы в режиме ультрафиолетового излучения и «жесткого» рентгеновского излучения получен снимок двойной спирали ДНК. (См. снимок)
В ближайшем 2009 году намечено применение длин волн рентгеновских лазерных лучей «жёсткого» рентгена. В строящемся линейном источнике когерентного света (Linac Coherent Light Source — LCLS) в Стэнфорде или на европейском рентгеновском лазере XFEL, будет применяться рентгеновский лазерный луч, Электронный луч LCLS полного линейного ускорителя SLAC с энергией до 16 ГэВ, генерируя рентгеновское излучение FEL c длиной волны 1.5 ангстрема. В этой связи в новом строящемся оборудовании закладывается возможность получения изображений с большей скоростью, что например, возможно рассматривать и изучать в ходе химической реакци стереоизображения молекул в динамике.
См. также
* Полное внутреннее отражение
* Рентгеновская оптика
* Рентгеновское зеркало
* Рентгеновское лазерное излучениеПримечания
Внешние ссылки
* [http://md1.csa.com/partners/viewrecord.php?requester=gs&collection=TRD&recid=199411230537MD&q=Total+internal+reflection+x-ray&uid=791675938&setcookie=yes Trace Element Analysis Using Total-Reflection X-Ray Fluorescence Spectrometry Prange, A; Schwenke, H — Advances in X-Ray Analysis. Vol. 35B, Hilo and Honolulu; Hawaii; United States; 7-16 Aug. 1991. pp. 899—923. 1992]
* [http://www.ioffe.ru/journals/ftt/2001/04/p619-626.pdf «Дисперсионные характеристики алмаза в жёстком рентгеновском диапазоне длин волн» (Физика твёрдого тела, 2001, том 43, вып. 4)]
* [http://www.cultinfo.ru/fulltext/1/001/008/096/514.htm Рентгеновская микроскопия]
Wikimedia Foundation. 2010.