Refraktive Röntgenlinse

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Zusammengesetzte refraktive Röntgenlinse

Eine Röntgenlinse ist eine Linse, die Röntgenstrahlung fokussiert. Neben Röntgenoptiken, wie auf der Braggreflexion basierenden Röntgenspiegeln, Vielschichtsystemen und Fresnel-Zonenplatten, werden dazu refraktive Röntgenlinsen benutzt.

Refraktive Röntgenlinsen galten lange Zeit als technisch unmöglich, da der Brechungsindex für Röntgenstrahlung in allen Materialien sehr nahe bei (und knapp unter) eins liegt und Röntgenstrahlung außerdem in Festkörpern relativ stark absorbiert wird.

„Daß man mit Linsen die X-Strahlen nicht konzentrieren kann, ist nach dem Mitgeteilten selbstverständlich."“

Dass eine solche Linse dennoch gebaut und effizient eingesetzt werden kann, wurde erst 1996 gezeigt. Dazu dienen Materialien mit einer niedrigen Ordnungszahl wie Beryllium, Bor, Aluminium, oder auch Polymer. Snigirev et al. schlugen 1996 eine Anordnung von Bohrungen in einem leichten Material vor, die in viele Geräte Eingang gefunden hat.

Da der Brechungsindex dieser Materialien <1 ist, wirken solche konkaven Hohlräume bündelnd ähnlich wie eine konvexe Glaslinse für sichtbares Licht. Da die Öffnungsweite (Apertur) der Röntgenlinsen ähnlich groß ist wie ihr Durchmesser, müssen sie aus optischen Gründen nicht sphärisch, sondern parabolisch geformt sein, d. h. die Hohlräume sind zylindrische Paraboloide oder Rotationsparaboloide. Man stapelt eine große Anzahl von Hohlräumen/Linsen hintereinander. Es entsteht eine zusammengesetzte Linse (compound refractive lens) mit niedriger Brennweite und sehr kleiner numerischer Apertur.

Röntgenmikroskopie einer 10 Tage alten Rapspflanze

Am Markt verfügbare Linsen sind für Röntgenstrahlen von 6 – 120 keV geeignet. Die daraus hergestellten Optiken können Abstände <50 nm auflösen. Praktisches Einsatzgebiet ist die Röntgenmikroskopie für Objekte im Submikrometerbereich.[1] Röntgenteleskope arbeiten dagen mit Spiegeln.

Arten von Röntgenlinsen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Es gibt mehrere Arten von Röntgenlinsen. Solche aus Lochreihen bestehen aus einem Aluminium- oder Berylliumquader, in den zwei Reihen von senkrecht zueinander stehende Löcher (um eine Linse mit Punktfokus zu bilden) gebohrt sind. Diese Optiken haben zwei große Nachteile. Zum einen war die Absorption relativ hoch, weil die Stege zwischen zwei Bohrlöchern nicht beliebig dünn werden konnten. Zum anderen weisen solche Linsen auf Grund der runden Bohrlöcher starke sphärische Aberration auf. Diesem kann man durch parabolische geformte Löcher (zum Beispiel durch Prägung hergestellt) entgegenwirken. Bei Linsen aus Blasen in Kapillaren aus Epoxydharz ist die Herstellung recht einfach, jedoch leiden diese Linsen unter sphärischer Aberration. Alligatorlinsen (die auch als "Multi-Prismenlinsen" bezeichnet werden), bestehenden aus zwei sich einander gegenüber stehenden und sich nähernden Reihen von Mikroprismen. Ein Punktfokus lässt sich erreichen, indem zwei Alligatorlinsen rechtwinklig aufeinander stehend hintereinander angeordnet werden. Durch ändern des Kippwinkels der zwei Reihen zueinander lässt sich die Brennweite wählen. Die Abbildung ist frei von sphärischer Aberration. Gerollte Prismen-Röntgenlinsen bestehen aus einer strukturierten Polymerfolie, die zur Spirale aufgerollt ist.[2][3]

Quellen und Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • A. Snigirev, V. Kohn, I. Snigireva, B. Lengeler: A compound refractive lens for focusing high-energy X-rays. In: Nature. Band 384, Nr. 6604, 1996, S. 49–51, doi:10.1038/384049a0.
  1. Bruno Lengeler, Christian G Schroer, Marion Kuhlmann, Boris Benner, Til Florian Günzler, Olga Kurapova, Federico Zontone, Anatoly Snigirev, Irina Snigireva: Refractive x-ray lenses. In: Journal of Physics D: Applied Physics. 38, 2005, S. A218, doi:10.1088/0022-3727/38/10A/042.
  2. x-ray-optics: Diverse CRLs, abgerufen am 28. Juli 2019
  3. Spektrum der Wissenschaft: Linsensystem für Röntgenstrahlen - Spektrum der Wissenschaft, accessdate: 28. Juli 2019

Weblinks[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]