Рентгеновская оптика
Рентге́новская о́птика — отрасль прикладной оптики, изучающая процессы распространения рентгеновских лучей в средах, а также разрабатывающая элементы для рентгеновских приборов. Рентгеновская оптика, в отличие от обычной, рассматривает отражение и преломление электромагнитных волн в диапазоне длин волн рентгеновского 10−4 до 100 Å (от 10−14 до 10−8м) и гамма-излучений < 10−4 Å.
Общие сведения
Одной из причин развития рентгеновской оптики является возможность получения на рентгеновских микроскопах изображений объектов с невероятно малыми размерами за счёт повышения разрешающей способности оптических систем при использовании более коротких длин волн. Также рентгеновская оптика используется в рентгеновских лазерах и рентгеновских телескопах.
Материалы, используемые в обычной оптике, в рентгеновской оптике не применимы из-за близости к единице показателя преломления рентгеновских лучей для всех веществ. Другими словами, рентгеновские лучи проходят через вещество, практически не изменяя своего направления. Кроме того, рентгеновские лучи сильно поглощаются и рассеиваются в веществе вследствие фотоэффекта и эффекта Комптона.
Рентгеновская оптика имеет особенности по сравнению с обычной оптикой, так, например, слой воздуха толщиной 1 см практически полностью непрозрачен для мягкого рентгеновского излучения. Поэтому для работы рентгеновских оптических систем мягкого рентгеновского диапазона необходим вакуум, а рентгеновские телескопы запускаются в космос.
История
Рентгеновская оптика берёт своё начало с открытия в 1895 году Вильгельмом Конрадом Рентгеном рентгеновского излучения. После открытия началось исследование оптических свойств волн в диапазоне рентгеновского излучения, что привело к его практическому применению в медицине и технике. В 1901 году, за своё открытие, Рентген получил первую Нобелевскую премию. В 1912 году Макс Лауэ, Вальтер Фридрих, Пауль Книппинг определили волновую природу рентгеновского излучения. При взаимодействии рентгеновских лучей с кристаллами была зафиксирована интерференционная картина. За открытие дифракции рентгеновских лучей на кристаллах Лауэ в 1914 году была присуждена Нобелевская премия. В это же время Уильям Генри Брэгг и его сын Уильям Лоренс Брэгг работали в университете города Лидса и в 1913 году, занимаясь исследованием взаимодействия рентгеновских лучей с веществом, установили закон, названный в их честь. В результате появился новый метод исследования атомной структуры вещества — рентгеноструктурный анализ.
![image]()
,
где 
— угол скольжения — дополнительный угол к углу падения, λ — длина волны, n (n = 1,2…) — целое число называемое порядком дифракции.
В 1915 году отец и сын Брэгги получили Нобелевскую премию по физике за заслуги в исследовании кристаллов с помощью рентгеновских лучей.
Георгий Вульф, независимо от Брэггов, в 1913 году пришёл к тому же выводу, поэтому закон дифракции Брэга также называется условием Вульфа — Брэгга.
Этот раздел нужно дополнить. |
Принципы работы
Главная задача рентгеновской оптики — фокусировка рентгеновских лучей. Поэтому важнейшими характеристиками оптических систем является фокусное расстояние и ширина выходного пучка. Существует несколько типов оптических систем зависящих от принципа работы.
Отражательная рентгеновская оптика
Рентгеновское зеркало
Отражение электромагнитных волн от границы раздела двух сред описывается в оптике формулами Френеля. При падении рентгеновских лучей на зеркало при углах падения близких к нормальному коэффициент отражения оказывается слишком мал, то есть рентгеновские лучи практически не отражаются, а только поглощаются зеркалом или проходят сквозь него. Поэтому такие зеркала в рентгеновской оптике не используются. При увеличении угла падения коэффициент отражения растёт, что делает возможным использование зеркал «косого» падения (луч в них скользит вдоль поверхности зеркала), применяемых в рентгеновской астрономии (см. телескоп Вольтера).
Капиллярная оптика
Принцип работы рентгеновского коллиматора — пропускание потока рентгеновских лучей через поглощающее вещество со многими параллельными отверстиями — капиллярами.
Другое капиллярное устройство — фокусирующая капиллярная трубка, представляющее собой полую коническую трубку со сходящимися капиллярами. Вакуум для рентгеновских лучей является оптически более плотной средой, поэтому, если луч падает на гладкую поверхность капилляра под углом меньше некоторого критического, то он испытывает полное отражение. Этот принцип фокусировки реализован в оптике Кумахова.
Пористая оптика
Фокусирующая рентгеновская оптика может быть построена с помощью микропористых (микроканальных) пластин с размером отверстий 20-100 микрон и толщиной от единиц до десятков миллиметров. Две микропористых пластины со специально подобранными профилями позволяют сформировать структуру, реализующую оптику Вольтера I и обеспечивающую большую эффективную площадь при малой массе. Изогнутые микропористые пластины используются в объективах рентгеновских телескопов, построенных по схеме «глаз омара», обеспечивающих широкое поле зрения.
Дифракционная оптика
Зонные пластинки
Зонная пластинка Френеля также может использоваться для фокусировки рентгеновских лучей. Принцип её фокусировки основан на делении волнового фронта на волновые зоны таким образом, что излучение соседних зоны оказываются в фазе. Например, если закрыть (затемнить) все чётные волновые зоны, то оставшиеся открытыми нечётные зоны будут излучать вторичные волновые фронты в одной фазе. В результате интерференции интенсивность в фокусе будет многократно увеличена. Впервые рентгеновские зонные пластинки получены в 1988 году в Lawrence Livermore National Laboratory.
Брэгг-френелевская оптика
Ширина зон во френелевской пластинке зависит от длины волны излучения, поэтому чем оно более монохроматично, тем лучше фокусирует пластинка. Поэтому зонную пластинку напыляют на монокристалл и монохроматичность излучения обеспечивается дифракцией Брэгга на кристаллических плоскостях.
Рентгеновская оптика преломления
В рентгеновском диапазоне практически все материалы имеют показатель преломления, близкий к единице, причём вакуум для рентгеновских лучей является оптически более плотной средой, чем вещество, поэтому фокусирующие линзы должны быть выполнены в виде пустот в материале. Кроме того, отдельная линза имела бы чрезвычайно большое фокусное расстояние, что делает её непригодной для применения.
Проблема укорочения фокусного расстояния решается созданием в определённом материале, прозрачном для рентгеновских лучей пустот определённого размера и формы, которые ведут себя как стопка линз, а также, путём создания отдельных параболических линз, набор из которых имеет достаточно короткое фокусное расстояние. Такие устройства в англоязычной литературе получили название Compound refractive lens (составные преломляющие линзы).
Рентгеновские волноводы
Такие устройства являются аналогом устройств, используемых в обычной оптике. Излучение транспортируется по изогнутым волноводам и собирается в точку.
Другие способы построения изображения
- Коллиматоры
- Кодирующая апертура
См. также
- Рентгеновский микроскоп
- Рентгеновский телескоп
- Рентгеновский лазер
- Рентгеновское зеркало
Примечания
- Павлинский В. Г. Преломление и отражение рентгеновского излучения. (Методическое пособие) Архивная копия от 15 марта 2017 на Wayback Machine.
- Ma, Shizhang; Ouyang, Mingzhao; Fu, Yuegang; Hu, Yuan; Zhang, Yuhui; Yang, Yuxiang; Wang, Shengyu (September 2023). Analysis of Imaging Characteristics of Wide-field Lobster Eye Lens. Journal of Physics: Conference Series (англ.). 2597 (1): 012010. Bibcode:2023JPhCS2597a2010M. doi:10.1088/1742-6596/2597/1/012010. ISSN 1742-6596. Архивировано 29 декабря 2023. Дата обращения: 29 декабря 2023.
![image]()
Материал скопирован из источника, доступного по лицензии Creative Commons Attribution 3.0 Архивная копия от 23 февраля 2011 на Wayback Machine - Лидер В. В. Фокусирующая капиллярная и пористая рентгеновская оптика // Оптика и спектроскопия, : журнал. — 2021. — Т. 129, вып. 11. — С. 1450—1452. Архивировано 12 января 2024 года.
- Аристов В. В., Шабельников Л. Г. Современные достижения рентгеновской оптики преломления. Дата обращения: 7 июля 2020. Архивировано 23 октября 2020 года.
Литература
- Пинскер З. Г. Рентгеновская кристаллооптика. М.: Наука, 1982.
- Высоцкий В. И., Воронцов В. И., Кузьмин Р. Н. и др. Опыт Саньяка на рентгеновском излучении // Успехи физ. наук. 1994. Т. 164, № 3. С. 309—324.
- Бушуев В. А., Кузьмин Р. Н. Вторичные процессы в рентгеновской оптике. М.: Изд-во МГУ, 1990.
- Ingal V. N., Beliaevskaya E. A. // J. Phys. D.: Appl. Phys. 1995. Vol. 28. P. 2314.
- Duax W. L. Holograhy with X-rays // Intern. Union Crystallography // Newsletter. 1996. Vol. 4, № 2. P. 3.
- Элтон Р. Рентгеновские лазеры / Пер. с англ. под ред. А. В. Виноградова. М.: Мир, 1994.
- Шмаль Г., Рудольф Д. Рентгеновская оптика и микроскопия: Пер. с англ. М.: Мир, 1987. 463 с.
Ссылки
- Кузьмин Р.Н. Рентгеновская оптика. Соросовский образовательный журнал (февраль 1997). Дата обращения: 22 мая 2020.
- Павлинский В.Г. Преломление и отражение рентгеновского излучения (Методическое пособие). Иркутский государственный университет (2003). Дата обращения: 24 мая 2020.
- Сайт Рентгеновская оптика. X-ray Optics. Дата обращения: 24 мая 2020.
Википедия, чтение, книга, библиотека, поиск, нажмите, истории, книги, статьи, wikipedia, учить, информация, история, скачать, скачать бесплатно, mp3, видео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, картинка, музыка, песня, фильм, игра, игры, мобильный, телефон, Android, iOS, apple, мобильный телефон, Samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Сеть, компьютер, Информация о Рентгеновская оптика, Что такое Рентгеновская оптика? Что означает Рентгеновская оптика?
Rentge novskaya o ptika otrasl prikladnoj optiki izuchayushaya processy rasprostraneniya rentgenovskih luchej v sredah a takzhe razrabatyvayushaya elementy dlya rentgenovskih priborov Rentgenovskaya optika v otlichie ot obychnoj rassmatrivaet otrazhenie i prelomlenie elektromagnitnyh voln v diapazone dlin voln rentgenovskogo 10 4 do 100 A ot 10 14 do 10 8m i gamma izluchenij lt 10 4 A Obshie svedeniyaOdnoj iz prichin razvitiya rentgenovskoj optiki yavlyaetsya vozmozhnost polucheniya na rentgenovskih mikroskopah izobrazhenij obektov s neveroyatno malymi razmerami za schyot povysheniya razreshayushej sposobnosti opticheskih sistem pri ispolzovanii bolee korotkih dlin voln Takzhe rentgenovskaya optika ispolzuetsya v rentgenovskih lazerah i rentgenovskih teleskopah Materialy ispolzuemye v obychnoj optike v rentgenovskoj optike ne primenimy iz za blizosti k edinice pokazatelya prelomleniya rentgenovskih luchej dlya vseh veshestv Drugimi slovami rentgenovskie luchi prohodyat cherez veshestvo prakticheski ne izmenyaya svoego napravleniya Krome togo rentgenovskie luchi silno pogloshayutsya i rasseivayutsya v veshestve vsledstvie fotoeffekta i effekta Komptona Rentgenovskaya optika imeet osobennosti po sravneniyu s obychnoj optikoj tak naprimer sloj vozduha tolshinoj 1 sm prakticheski polnostyu neprozrachen dlya myagkogo rentgenovskogo izlucheniya Poetomu dlya raboty rentgenovskih opticheskih sistem myagkogo rentgenovskogo diapazona neobhodim vakuum a rentgenovskie teleskopy zapuskayutsya v kosmos IstoriyaRentgenovskaya optika beryot svoyo nachalo s otkrytiya v 1895 godu Vilgelmom Konradom Rentgenom rentgenovskogo izlucheniya Posle otkrytiya nachalos issledovanie opticheskih svojstv voln v diapazone rentgenovskogo izlucheniya chto privelo k ego prakticheskomu primeneniyu v medicine i tehnike V 1901 godu za svoyo otkrytie Rentgen poluchil pervuyu Nobelevskuyu premiyu V 1912 godu Maks Laue Valter Fridrih Paul Knipping opredelili volnovuyu prirodu rentgenovskogo izlucheniya Pri vzaimodejstvii rentgenovskih luchej s kristallami byla zafiksirovana interferencionnaya kartina Za otkrytie difrakcii rentgenovskih luchej na kristallah Laue v 1914 godu byla prisuzhdena Nobelevskaya premiya V eto zhe vremya Uilyam Genri Bregg i ego syn Uilyam Lorens Bregg rabotali v universitete goroda Lidsa i v 1913 godu zanimayas issledovaniem vzaimodejstviya rentgenovskih luchej s veshestvom ustanovili zakon nazvannyj v ih chest V rezultate poyavilsya novyj metod issledovaniya atomnoj struktury veshestva rentgenostrukturnyj analiz 2dsin 8 nl displaystyle 2d sin theta n lambda gde 8 displaystyle theta ugol skolzheniya dopolnitelnyj ugol k uglu padeniya l dlina volny n n 1 2 celoe chislo nazyvaemoe poryadkom difrakcii V 1915 godu otec i syn Breggi poluchili Nobelevskuyu premiyu po fizike za zaslugi v issledovanii kristallov s pomoshyu rentgenovskih luchej Georgij Vulf nezavisimo ot Breggov v 1913 godu prishyol k tomu zhe vyvodu poetomu zakon difrakcii Brega takzhe nazyvaetsya usloviem Vulfa Bregga Etot razdel nuzhno dopolnit Pozhalujsta uluchshite i dopolnite razdel 1 iyunya 2011 Principy rabotyGlavnaya zadacha rentgenovskoj optiki fokusirovka rentgenovskih luchej Poetomu vazhnejshimi harakteristikami opticheskih sistem yavlyaetsya fokusnoe rasstoyanie i shirina vyhodnogo puchka Sushestvuet neskolko tipov opticheskih sistem zavisyashih ot principa raboty Otrazhatelnaya rentgenovskaya optika Shema rentgenovskogo teleskopa rentgenovskoj observatorii kosmicheskogo apparata XMM Newton Ugol padeniya luchej ochen blizok k 90 Rentgenovskoe zerkalo Osnovnaya statya Rentgenovskoe zerkalo Otrazhenie elektromagnitnyh voln ot granicy razdela dvuh sred opisyvaetsya v optike formulami Frenelya Pri padenii rentgenovskih luchej na zerkalo pri uglah padeniya blizkih k normalnomu koefficient otrazheniya okazyvaetsya slishkom mal to est rentgenovskie luchi prakticheski ne otrazhayutsya a tolko pogloshayutsya zerkalom ili prohodyat skvoz nego Poetomu takie zerkala v rentgenovskoj optike ne ispolzuyutsya Pri uvelichenii ugla padeniya koefficient otrazheniya rastyot chto delaet vozmozhnym ispolzovanie zerkal kosogo padeniya luch v nih skolzit vdol poverhnosti zerkala primenyaemyh v rentgenovskoj astronomii sm teleskop Voltera Kapillyarnaya optika Princip raboty kapillyarnogo rentgenovskogo kollimatoraMnogokapillyarnaya trubka dlya fokusirovki rentgenovskih luchej Princip raboty rentgenovskogo kollimatora propuskanie potoka rentgenovskih luchej cherez pogloshayushee veshestvo so mnogimi parallelnymi otverstiyami kapillyarami Drugoe kapillyarnoe ustrojstvo fokusiruyushaya kapillyarnaya trubka predstavlyayushee soboj poluyu konicheskuyu trubku so shodyashimisya kapillyarami Vakuum dlya rentgenovskih luchej yavlyaetsya opticheski bolee plotnoj sredoj poetomu esli luch padaet na gladkuyu poverhnost kapillyara pod uglom menshe nekotorogo kriticheskogo to on ispytyvaet polnoe otrazhenie Etot princip fokusirovki realizovan v optike Kumahova Poristaya optika Shema opticheskoj sistemy glaz omara Zelyonaya strelka padayushij svet krasnaya strelka normal k stenke opticheskogo kanala Fokusiruyushaya rentgenovskaya optika mozhet byt postroena s pomoshyu mikroporistyh mikrokanalnyh plastin s razmerom otverstij 20 100 mikron i tolshinoj ot edinic do desyatkov millimetrov Dve mikroporistyh plastiny so specialno podobrannymi profilyami pozvolyayut sformirovat strukturu realizuyushuyu optiku Voltera I i obespechivayushuyu bolshuyu effektivnuyu ploshad pri maloj masse Izognutye mikroporistye plastiny ispolzuyutsya v obektivah rentgenovskih teleskopov postroennyh po sheme glaz omara obespechivayushih shirokoe pole zreniya Difrakcionnaya optika Zonnye plastinki Osnovnaya statya Zonnaya plastinka Frenelya Zonnaya plastinka Frenelya takzhe mozhet ispolzovatsya dlya fokusirovki rentgenovskih luchej Princip eyo fokusirovki osnovan na delenii volnovogo fronta na volnovye zony takim obrazom chto izluchenie sosednih zony okazyvayutsya v faze Naprimer esli zakryt zatemnit vse chyotnye volnovye zony to ostavshiesya otkrytymi nechyotnye zony budut izluchat vtorichnye volnovye fronty v odnoj faze V rezultate interferencii intensivnost v fokuse budet mnogokratno uvelichena Vpervye rentgenovskie zonnye plastinki polucheny v 1988 godu v Lawrence Livermore National Laboratory Bregg frenelevskaya optika Osnovnaya statya Shirina zon vo frenelevskoj plastinke zavisit ot dliny volny izlucheniya poetomu chem ono bolee monohromatichno tem luchshe fokusiruet plastinka Poetomu zonnuyu plastinku napylyayut na monokristall i monohromatichnost izlucheniya obespechivaetsya difrakciej Bregga na kristallicheskih ploskostyah Rentgenovskaya optika prelomleniya Sostavnaya prelomlyayushaya linzaOsnovnaya statya Sostavnaya prelomlyayushaya linza V rentgenovskom diapazone prakticheski vse materialy imeyut pokazatel prelomleniya blizkij k edinice prichyom vakuum dlya rentgenovskih luchej yavlyaetsya opticheski bolee plotnoj sredoj chem veshestvo poetomu fokusiruyushie linzy dolzhny byt vypolneny v vide pustot v materiale Krome togo otdelnaya linza imela by chrezvychajno bolshoe fokusnoe rasstoyanie chto delaet eyo neprigodnoj dlya primeneniya Problema ukorocheniya fokusnogo rasstoyaniya reshaetsya sozdaniem v opredelyonnom materiale prozrachnom dlya rentgenovskih luchej pustot opredelyonnogo razmera i formy kotorye vedut sebya kak stopka linz a takzhe putyom sozdaniya otdelnyh parabolicheskih linz nabor iz kotoryh imeet dostatochno korotkoe fokusnoe rasstoyanie Takie ustrojstva v angloyazychnoj literature poluchili nazvanie Compound refractive lens sostavnye prelomlyayushie linzy Rentgenovskie volnovody Takie ustrojstva yavlyayutsya analogom ustrojstv ispolzuemyh v obychnoj optike Izluchenie transportiruetsya po izognutym volnovodam i sobiraetsya v tochku Drugie sposoby postroeniya izobrazheniya Kollimatory Kodiruyushaya aperturaSm takzheRentgenovskij mikroskop Rentgenovskij teleskop Rentgenovskij lazer Rentgenovskoe zerkaloPrimechaniyaPavlinskij V G Prelomlenie i otrazhenie rentgenovskogo izlucheniya Metodicheskoe posobie Arhivnaya kopiya ot 15 marta 2017 na Wayback Machine Ma Shizhang Ouyang Mingzhao Fu Yuegang Hu Yuan Zhang Yuhui Yang Yuxiang Wang Shengyu September 2023 Analysis of Imaging Characteristics of Wide field Lobster Eye Lens Journal of Physics Conference Series angl 2597 1 012010 Bibcode 2023JPhCS2597a2010M doi 10 1088 1742 6596 2597 1 012010 ISSN 1742 6596 Arhivirovano 29 dekabrya 2023 Data obrasheniya 29 dekabrya 2023 Material skopirovan iz istochnika dostupnogo po licenzii Creative Commons Attribution 3 0 Arhivnaya kopiya ot 23 fevralya 2011 na Wayback Machine Lider V V Fokusiruyushaya kapillyarnaya i poristaya rentgenovskaya optika rus Optika i spektroskopiya zhurnal 2021 T 129 vyp 11 S 1450 1452 Arhivirovano 12 yanvarya 2024 goda Aristov V V Shabelnikov L G Sovremennye dostizheniya rentgenovskoj optiki prelomleniya neopr Data obrasheniya 7 iyulya 2020 Arhivirovano 23 oktyabrya 2020 goda LiteraturaPinsker Z G Rentgenovskaya kristallooptika M Nauka 1982 Vysockij V I Voroncov V I Kuzmin R N i dr Opyt Sanyaka na rentgenovskom izluchenii Uspehi fiz nauk 1994 T 164 3 S 309 324 Bushuev V A Kuzmin R N Vtorichnye processy v rentgenovskoj optike M Izd vo MGU 1990 Ingal V N Beliaevskaya E A J Phys D Appl Phys 1995 Vol 28 P 2314 Duax W L Holograhy with X rays Intern Union Crystallography Newsletter 1996 Vol 4 2 P 3 Elton R Rentgenovskie lazery Per s angl pod red A V Vinogradova M Mir 1994 Shmal G Rudolf D Rentgenovskaya optika i mikroskopiya Per s angl M Mir 1987 463 s SsylkiKuzmin R N Rentgenovskaya optika neopr Sorosovskij obrazovatelnyj zhurnal fevral 1997 Data obrasheniya 22 maya 2020 Pavlinskij V G Prelomlenie i otrazhenie rentgenovskogo izlucheniya Metodicheskoe posobie neopr Irkutskij gosudarstvennyj universitet 2003 Data obrasheniya 24 maya 2020 Sajt Rentgenovskaya optika neopr X ray Optics Data obrasheniya 24 maya 2020
