к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА

Глоссарий по физике

А   Б   В   Г   Д   Е   Ж   З   И   К   Л   М   Н   О   П   Р   С   Т   У   Ф   Х   Ц   Ч   Ш   Э   Ю   Я  

Рентгеновский микроскоп

Благодаря малой длине волны рентг. излучения Р. м. может достигать дифракц. разрешения порядка неск. десятков нм и по теоретич. величине разрешения занимает промежуточное положение между оптическим и электронным микроскопами. Он позволяет изучать не только распределение общей плотности вещества, но и распределение плотностей отд. хим. элементов по их характеристич. рентг. излучению (поглощению). В отличие от электронного микроскопа, Р. м. позволяет исследовать живые бпол. объекты.

По способу формирования изображения различают проекционный, контактный, отражательный и дифракционный Р. м.; по принципу регистрации Р. м. может быть изображающим, образующим действительное пли теневое изображение объекта, или сканирующим (растровым), к-рый регистрирует излучение от одного элемента объекта, находящегося на оптич. оси микроскопа, а полное изображение (растр) создаётся при последоват. перемещении объекта относительно оси микроскопа с помощью прецизионного механизма. Преимущества последнего способа регистрации - независимость разрешения от полевых аберраций оптич. системы и, следовательно, отсутствие ограничений на величину поля зрения, а также меньшая радиац. нагрузка на объект исследования.

Р. м. работает в широком диапазоне энергий рентг. квантов - от десятков эВ до десятков кэВ. В ДВ-части спектра наиб. важен участок длин волн 2,3-4,4 нм, соответствующий т. н. «водяному окну», в к-ром достигается наиб. контраст между содержащим углерод органич. веществом живых клеток и жидкой цитоплазмой. Р. м., работающие в КВ-части диапазона, применяют для исследований структуры разл. конструкц. материалов, содержащих элементы с большим ат. номером.

Проекционный рентгеновский микроскоп для наблюдения структуры самосветящихся объектов представляет собой камеру-обскуру (рис. 1,а), отверстие находится на малом расстоянии (S1) от источника О и на большом (S2) - от регистрирующего экрана Э или детектора. Увеличение такого проекционного Р. м. М = S2/S1, разрешение определяется диаметром отверстия d и условиями дифракции, дифракц. предел составляет8005-20.jpg
8005-21.jpg

Рис. 1. Схемы проекционных рентгеновских микроскопов для исследования структуры самосветящихся (а) и просвечиваемых (б) объектов; О - объект; И - источник излучения; Э - экран.

В просвечивающем проекционном Р. м. (рис. 1,б) микрофокусный рентг. источник И создаёт теневое изображение объекта О на экране Э, регистрируемое на фотоплёнку или детектором телевиз. типа. Для источника конечного размера d разрешение такого Р. м. определяется суммой8005-22.jpg , где8005-23.jpg и в обычном случае составляет ~1 мкм. Недостатки проекционного Р. м.- малая апертура и большая радиац. нагрузка на просвечиваемый объект.

Контактный рентгеновский микроскоп является предельным случаем проекционного Р. м. при S2, равном толщине образца, к-рый устанавливается в непосредств. контакте с фотоплёнкой или экраном. Этот метод иногда называют микрорадиографией. Источник И устанавливается на значит. удалении от образца О, причём размер и соответственно мощность источника могут быть значительно больше, чем в случае проекционного Р. м. Разрешение зависит от толщины образца t и контраста между «тёмными» и «светлыми» деталями объекта, в дифракц. пределе8005-24.jpg . Напр., при8005-25.jpg = 3 нм и t = 3 мкм8005-26.jpg нм. Для регистрации изображений с таким разрешением используют фоторезисты ,применяемые в фотолитографии и имеющие существенно более высокое собств. разрешение (напр., для рсзиста ПММА - 5 нм). После проявления или травления изображение объекта увеличивается с помощью электронного или оптич. микроскопа.

Отражательный рентгеновский микроскоп может быть и изображающим, и сканирующим, с оптикой скользящего падения или нормального падения с многослойным покрытием (см. Рентгеновская оптика ).Р. м. этого типа работают в области8005-27.jpg < 4 кэВ, рассматривается возможность осуществить эту схему Р. м. для более «жёсткого» излучения (в области8005-28.jpg- 10 кэВ). Классич. тип отражательного Р. м. скользящего падения - микроскоп Киркпатрика - Баэза, состоящий из пары скрещенных сферич. или цилиндрич. зеркал (рис. 2). В этой схеме источник О и зеркала А и Б расположены таким образом, что меридиональное О' и сагиттальное8005-29.jpg астигматические промежуточные изображения источника (см. Изображение оптическое), создаваемые зеркалом А, были бы соответственно сагиттальным и меридиональным изображениями для зеркала Б, к-рое благодаря обратимости объекта и изображения создаёт стигматическое увеличенное изображение источника в точке О1. Предельное дифракц. разрешение таких8005-30.jpg (8005-31.jpg - критич. угол полного внеш. отражения). Для однородных покрытий8005-32.jpg , поэтому это отношение не зависит от8005-33.jpg и в области 0,1 <8005-34.jpg < 4 кэВ для наиб. плотных металлич. покрытий (напр., платины) составляет 5-7 нм. Реальное разрешение Р. м. Киркпатрпка - Баэза определяется сферич. аберрацией и комой и обычно составляет 1 мкм. Оно может быть повышено только за счёт уменьшения размеров зеркал и, следовательно, светосилы, к-рая в результате не намного превышает светосилу проекционного Р. м.
8005-35.jpg

Рис. 2. Схема отражательного рентгеновского микроскопа скользящего падения Киркпатрика - Баэза; О - источник (излучающий объект); А и Б - сферические или цилиндрические зеркала; О' и8005-36.jpg - промежуточные астигматические изображения; O1 - действительное изображение.

Значительно большей (на 2-3 порядка) светосилой обладают отражательные Р. м. скользящего падения с зеркальными системами Вольтера, из к-рых чаще используется система гиперболоид-эллипсоид (см. рис. 2 в ст. Рентгеновская оптика). Теоретич. разрешение таких Р. м. на оптич. осп определяется соотношением8005-37.jpg , где М - увеличение,8005-38.jpg- угол скольжения, примерно равный % апертуры. Напр., для сканирующего Р. м., дающего уменьшенное изображение источника в плоскости просвечиваемого объекта с М = 0,3 и8005-39.jpg , при8005-40.jpg= 2,5 нм8005-41.jpg =5 нм. Реальное разрешение зависит от точности изготовления зеркал, имеющих глубоко асферическую форму, и составляет ~1 мкм; необходимая для получения теоретич. разрешения точность (-1 нм) пока недостижима для совр. технологии. Полевые аберрации отражат. Р. м. этого типа довольно велики и ограничивают поле зрения до угл. величины ~ 1°. Использование многослойных интерференц. покрытий позволяет увеличить угол q и тем самым повысить светосилу отражательного Р. м. скользящего падения.

Весьма перспективен отражательный Р. м. нормального падения по схеме Шварцшильда, в к-ром используются зеркала с многослойным покрытием (рис. 3).
8005-42.jpg

Рис. 3. Схема отражающего рентгеновского микроскопа с зеркалами нормального падения по схеме Шварцшильда; И - источник; З1 и З2 - зеркала с многослойным покрытием; О - объект; П - приёмник излучения.

Сканирующий микроскоп этого типа даёт уменьшенное изображение источника с помощью зеркал сферич. формы, расположенных почти концентрически. Для заданных параметров: числовой апертуры А, коэф. уменьшения М и расстояния от источника до первого зеркала S - существуют такие оптим. значения радиусов кривизны зеркал r1 и r2 и расстояния между ними, при к-рых сферич. аберрация, кома и астигматизм практически отсутствуют. Дифракц. разрешение на оптич. оси определяется, как и для оптич. микроскопа, отношением8005-43.jpg, при типичном значении А = 0,3-0,4 в диапазоне8005-44.jpg = 10-20 пм оно составляет 30-50 нм. Достижение такого разрешения требует точного изготовления зеркал и их взаимной юстировки с точностью порядка8005-45.jpg

В дифракционном рентгеновском микроскопе осн. элементом является зонная пластинка Френеля, к-рая для монохроматич. излучения представляет собой линзу с фокусным расстоянием8005-46.jpg , где r1 - радиус первой зоны Френеля,8005-47.jpg - длина волны, m - порядок спектра. Дифракц. разрешение зонной пластинки Френеля определяется шириной крайней зоны:8005-48.jpg = 1,228005-49.jpg, где п - номер крайней зоны. Светосила определяется диаметром8005-50.jpg Эффективность дифракции для зонных пластинок Френеля с амплитудной модуляцией составляет ок. 10% в первом, 2%- во втором и 1%- в третьем порядках спектра. Дифракц. Р. м. обычно работает в области

8005-51.jpg < 1 кэВ, т. к. для более жёсткого излучения тонкоплёночные зонные пластинки Френеля становятся прозрачными.

Схема изображающего дифракц. Р. м. приведена на рис. 4. В качестве источника наиб. часто используются синхротроны, накопит. кольца или ондуляторы, излучение к-рых предварительно монохроматизуют до спектральной ширины8005-53.jpg и с помощью конденсора направляют на образец О, устанавливаемый в плоскости диафрагмы Д. Микрозонная пластинка (МЗП) даёт увеличенное изображение объекта в плоскости детектора. Доза облучения образца существенно снижается в сканирующем дифракц. Р. м., в к-ром используется только одна фокусирующая зонная пластинка. Дифракц. Р. м. обеспечивали (к 1991) наиб. высокое из всех Р. м. разрешение (~50 нм), к-рое определяется предельными возможностями технологии изготовления зонных пластинок.
8005-52.jpg

Рис. 4. Схема дифракционного рентгеновского микроскопа с зонными пластинками Френеля; И - источник излучения; Д1 и Д2 - диафрагмы; М - монохроматор с дифракционной решёткой; К - зонная пластинка Френеля - конденсор; МЗП - микрозонная пластинка; О - объект; П - приёмник излучения.

Применение рентгеновских микроскопов. Р. м. наиб. перспективны для задач биологии и медицины (рис. 5, 6). Они позволяют исследовать влажные живые биол. объекты - одноклеточные организмы, срезы тканей, отд. клетки, их ядра (без дополнит. окрашивания). Использование «мягкого» рентг. излучения вблизи полос поглощения лёгких элементов даёт возможность исследовать распределение этих элементов в структуре объекта. Биополимеры, состоящие из макромолекул (белки, нуклеиновые кислоты п т. д.), эффективно изучаются высокоразрешающим методом контактной рентг. микроскопии. Использование импульсных источников даёт возможность исследовать динамику процессов в нестационарных объектах (напр., живых клетках). Для получения трёхмерных изображений тканей в медицине разрабатываются методы компьютерной рентгеновской томографии микрообъектов.

Р. м. успешно применяется в материаловедении при изучении особенностей структуры поликристаллических, полимерных и композитных материалов (рис. 7).
8005-54.jpg

Рис. 5. Контактное микрографическое изображение живого тромбоцита человека, полученное с использованием импульсного рентгеновского источника (плазма пробоя в газе). На изображении различимы детали размером менее 10 нм.
8005-55.jpg

Рис. 6. Изображение диатомовых водорослей, полученное с помощью дифракционного рентгеновского микроскопа. Длина волны излучения 4,5 нм. Масштаб соответствует 1 мкм.
8005-56.jpg

Рис. 7. Контактное микрографическое изображение образца композитного материала (стеклопластик). Светлые участки - стеклянные волокна (диаметр ок. 10 мкм), тёмные - полимер. Изображение характеризует плотность, однородность, направленность и распределение волокон. Толщина образца 400 мкм, энергия рентгеновских квантов8005-57.jpg < 30 кэВ.

Для развития методов рентг. микроскопии важное значение имеет создание высокоинтенсивных источников рентг. излучения. Один из перспективных источников - высокотемпературная лазерная плазма. С помощью изображающих зеркальных Р. м. изучается структура и динамика процессов, происходящих в такой плазме.

Весьма перспективно развитие голографич. микроскопии с применением частично или полностью когерентных источников рентг. излучения, в т. ч. рентгеновских лазеров.

Литература по рентгеновским микроскопам

  1. Рентгеновская оптика и микроскопия, под ред. Г. Шмаля и Д. Рудольфа, пер. с англ., М., 1987.

В. А. Слемзин

к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

Знаете ли Вы, что любой разумный человек скажет, что не может быть улыбки без кота и дыма без огня, что-то там, в космосе, должно быть, теплое, излучающее ЭМ-волны, соответствующее температуре 2.7ºК. Действительно, наблюдаемое космическое микроволновое излучение (CMB) есть тепловое излучение частиц эфира, имеющих температуру 2.7ºK. Еще в начале ХХ века великие химики и физики Д. И. Менделеев и Вальтер Нернст предсказали, что такое излучение (температура) должно обнаруживаться в космосе. В 1933 году проф. Эрих Регенер из Штуттгарта с помощью стратосферных зондов измерил эту температуру. Его измерения дали 2.8ºK - практически точное современное значение. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

НОВОСТИ ФОРУМАФорум Рыцари теории эфира
Рыцари теории эфира
 16.09.2019 - 03:11: СОВЕСТЬ - Conscience -> РУССКИЙ МИР - Карим_Хайдаров.
14.09.2019 - 18:23: ПЕРСОНАЛИИ - Personalias -> WHO IS WHO - КТО ЕСТЬ КТО - Карим_Хайдаров.
13.09.2019 - 09:08: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> Биологическая безопасность населения - Карим_Хайдаров.
12.09.2019 - 17:47: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> РАСЧЕЛОВЕЧИВАНИЕ ЧЕЛОВЕКА. КОМУ ЭТО НАДО? - Карим_Хайдаров.
12.09.2019 - 16:47: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Вячеслава Осиевского - Карим_Хайдаров.
12.09.2019 - 13:10: ЭКОНОМИКА И ФИНАНСЫ - Economy and Finances -> ПРОБЛЕМА КРИМИНАЛИЗАЦИИ ЭКОНОМИКИ - Карим_Хайдаров.
08.09.2019 - 03:42: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от О.Н. Четвериковой - Карим_Хайдаров.
07.09.2019 - 07:36: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Декларация Академической Свободы - Карим_Хайдаров.
07.09.2019 - 03:18: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> Проблема ГМО - Карим_Хайдаров.
05.09.2019 - 13:33: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> Проблема государственного терроризма - Карим_Хайдаров.
05.09.2019 - 13:31: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Вячеслава Негребы - Карим_Хайдаров.
01.09.2019 - 18:04: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Светланы Вислобоковой - Карим_Хайдаров.
Bourabai Research Institution home page

Bourabai Research - Технологии XXI века Bourabai Research Institution