Microscopi a raggi X. Microscopia a raggi X Microscopi a scansione con sonda

Un miglioramento radicale della risoluzione spaziale può essere ottenuto utilizzando un microscopio a raggi X (la lunghezza d'onda dei raggi X molli è 2-5 nm). Il grado di trasparenza di un campione nella gamma dei raggi X è determinato dal suo spessore, densità e numero atomico del materiale studiato. Riso. 35 mostra valori tipici del coefficiente di assorbimento dei raggi X. Le sorgenti di raggi X sono numerose e varie, dai massicci acceleratori di particelle alle piccole sorgenti di radiazioni portatili nei microtomografi da banco. I raggi X vengono solitamente prodotti bombardando con elettroni un bersaglio di un materiale con un numero atomico elevato Z. Un tipico tubo a raggi catodici per raggi X è mostrato in Fig. 36.

Rispetto agli elettroni, i raggi X molli penetrano nel campione molto più in profondità, fino a 10 micron, che in biologia corrisponde allo spessore di una cellula. Interagendo con la materia, i raggi X molli permettono di ottenere immagini contrastanti di oggetti biologici a pressione atmosferica, senza richiederne la colorazione artificiale. Il contrasto può essere determinato sia dai singoli elementi chimici che dai composti chimici. Le uniche fonti di raggi X molli sono gli acceleratori di particelle. Le particelle elementari che si muovono su orbite circolari emettono la cosiddetta radiazione di sincrotrone, che è un raggio X molle.

La maggior parte dei microscopi a raggi X a trasmissione sono progettati per una sorgente di radiazione di sincrotrone ad alta potenza che fornisce tempi di esposizione brevi. Esistono però anche sistemi desktop che utilizzano raggi X molli con una risoluzione inferiore a 100 nm. Nella fig. La Figura 37 mostra uno schema di un'installazione in cui viene utilizzato un sistema di bersagli a caduta. Un impulso di 100 picosecondi ad una frequenza di 10 Hz generato da un laser Nd-YAG viene focalizzato su goccioline di etanolo di 15 μm di diametro espulse da un capillare di vetro fatto vibrare da un dispositivo piezoelettrico. Il plasma prodotto dal laser funge da sorgente di raggi X ad alta luminosità. Per garantire una densità di fotoni sufficiente sul piano dell'oggetto è necessario un condensatore ottico altamente efficiente. In questo sistema, i raggi X vengono focalizzati sul campione da uno specchio condensatore sferico multistrato. Sulla superficie dello specchio, situati a una distanza di 3,37 nm l'uno dall'altro, sono depositati duecento strati di W/B 4 C, che forniscono una riflessione di interferenza perpendicolare al raggio diretto. La riflettanza di ciascuno strato è dello 0,5% ad una lunghezza d'onda di 3,37 nm. Il diaframma centrale, posto sopra la sorgente di radiazione, non trasmette i raggi diretti del plasma (il che comporterebbe un sovraccarico della matrice ottica CCD). La matrice CCD ha 1024 x 1024 pixel ed è una piastra sottile raffreddata. Il grado di ingrandimento del sistema dipende dalla distanza tra la piastra di zona e la matrice CCD. La risoluzione di questo microscopio è inferiore a 60 nm. Per ottenere i migliori risultati, il campione deve essere sottile (non più di pochi micron di spessore).

L'avvento dei microscopi ottici confocali ha permesso di studiare il volume dei materiali traslucidi (a una profondità di decine di micron). Tuttavia, anche con i materiali trasparenti, la profondità di penetrazione è limitata dalla distanza di lavoro della lente. Un mezzo naturale per una penetrazione più profonda nel materiale sono i raggi X. L'uso dei raggi X aumenta notevolmente la profondità di penetrazione rispetto alla luce visibile, il che rende possibile studiare un volume significativamente maggiore del campione.

Nella fig. La Figura 36 è un diagramma di una tipica sorgente di raggi X. Gli elettroni volano fuori dal catodo, vengono accelerati dal campo elettrico ad alta velocità e colpiscono l'anodo bersaglio. Quando un bersaglio (solitamente costituito da una gabbia) viene bombardato con elettroni ad alta energia, emette raggi X su un’ampia gamma di lunghezze d’onda. Quando i raggi X attraversano la materia provocano gli stessi fenomeni della luce, come la diffrazione, la rifrazione e la fluorescenza.

Microscopi con sonda a scansione.

I microscopi a scansione con sonda (SPM) si basano su un diverso principio di imaging che supera il limite di diffrazione della risoluzione. Il principio di funzionamento di tali microscopi si basa sulla scansione di un oggetto con una sonda ultrapiccola. I moderni SPM consentono di registrare l'interazione di una sonda con singoli atomi e molecole, rendendo gli SPM paragonabili in risoluzione ai microscopi elettronici e in alcuni parametri superiori ad essi. Il segnale trasmesso o riflesso viene registrato e utilizzato per formare una topografia tridimensionale della superficie del campione utilizzando l'elaborazione computerizzata.

A seconda del principio di interazione tra la sonda e il campione, gli SPM si dividono in elettronici, a forza atomica e a campo vicino.

Il più interessante è il microscopio a scansione a campo vicino (BROM), che opera nella regione del visibile. La formazione del contrasto nel BROM può avvenire sulla base dei fenomeni di assorbimento, polarizzazione, riflessione, luminescenza, ecc. Queste possibilità sono assenti nella microscopia elettronica e a forza atomica. Inoltre, un microscopio ottico è uno strumento di ricerca relativamente economico e non distruttivo e consente di lavorare con preparati biologici e medici in condizioni naturali.

Il principio di funzionamento di un microscopio a scansione a campo vicino è quello di scansionare un oggetto con una sonda ottica a una distanza inferiore a una lunghezza d'onda dall'oggetto (nel campo vicino). Il ruolo della sonda luminosa in questo microscopio è svolto da punte emettitrici di luce con fori di uscita, il cui raggio è 10-20 volte inferiore alla lunghezza d'onda della luce. Pertanto, un microscopio a scansione a scansione in campo vicino fornisce immagini con una risoluzione decine di volte superiore a quella di un microscopio convenzionale.

Un microscopio a raggi X è un dispositivo per lo studio di oggetti molto piccoli le cui dimensioni sono paragonabili alla lunghezza d'onda della radiazione a raggi X. Il principio di funzionamento si basa sull'utilizzo di radiazioni elettromagnetiche con lunghezza d'onda da 0,01 a 1 nanometro.

I microscopi a raggi X si collocano tra i microscopi elettronici e quelli ottici in termini di risoluzione. La risoluzione teorica di un microscopio a raggi X raggiunge 2-20 nm, che è un ordine di grandezza maggiore della risoluzione di un microscopio ottico (fino a 150 nm). Attualmente esistono microscopi a raggi X con una risoluzione di circa 5 nm.

Lo sviluppo e l'uso dei microscopi a raggi X è accompagnato da una serie di gravi difficoltà. È quasi impossibile mettere a fuoco i raggi X con le lenti convenzionali. Il fatto è che l'indice di rifrazione dei raggi X in vari mezzi a loro trasparenti è approssimativamente lo stesso e differisce molto poco dall'unità. Le oscillazioni sono dell'ordine di . Inoltre, i raggi X non vengono deviati dai campi elettrici e magnetici, il che impedisce l'uso di lenti elettriche e magnetiche per la messa a fuoco. Tuttavia, nella moderna ottica a raggi X, recentemente sono apparse e sono già ampiamente utilizzate lenti che funzionano sulla base dell'effetto della rifrazione inversa (basata sulla differenza dell'indice di rifrazione in una sostanza condensata rispetto all'aria). La funzione della lente è svolta da una cavità a forma di lente all'interno del materiale, chiamata lente Snigirev.

I raggi X non vengono percepiti direttamente dall’occhio umano. Pertanto, per osservare e registrare i risultati, è necessario utilizzare mezzi tecnici (apparecchiature fotografiche o convertitori elettro-ottici).

Esistono due tipi di microscopi a raggi X: a riflessione e a proiezione. I microscopi a riflessione sfruttano il fenomeno della rifrazione dei raggi X durante l'incidenza radente. I microscopi a proiezione sfruttano l’elevato potere di penetrazione dei raggi X. In essi, l'oggetto studiato viene posto davanti a una sorgente di radiazioni e illuminato con raggi X. Poiché il coefficiente di assorbimento dei raggi X dipende dalla dimensione degli atomi attraverso i quali passano, questo metodo consente di ottenere informazioni non solo sulla struttura, ma anche sulla composizione chimica dell'oggetto studiato.

I microscopi a raggi X sono ampiamente utilizzati in vari campi della scienza, tra cui medicina, mineralogia e metallurgia.

Utilizzando un microscopio a proiezione di raggi X è possibile:

valutare la qualità dei rivestimenti sottili;
ottenere microradiografie di sezioni biologiche e botaniche fino a 200 micron di spessore;
applicare per analizzare miscele di polveri di metalli leggeri e pesanti quando si studia la struttura interna di oggetti opachi ai raggi luminosi e agli elettroni.

Un vantaggio importante dei microscopi a raggi X è che possono essere utilizzati per osservare cellule viventi non sezionate.

Microscopio a raggi X

Un microscopio a raggi X è un dispositivo che studia la struttura microscopica e la struttura di un oggetto utilizzando la radiazione a raggi X. Un microscopio a raggi X ha un limite di risoluzione più elevato rispetto a un microscopio ottico perché i raggi X hanno una lunghezza d'onda più corta della luce. Un microscopio a raggi X si differenzia da un microscopio ottico principalmente per il suo sistema ottico. Lenti ottiche e prismi non possono essere utilizzati per focalizzare i raggi X. Per riflettere i raggi X, un microscopio a raggi X utilizza specchi curvi o piani cristallografici.

I raggi X hanno un grande potere penetrante e una struttura dello spettro lineare. I microscopi a raggi X differiscono nella loro modalità di funzionamento e sono a riflessione o a proiezione.

Il design di un microscopio riflettente comprende una sorgente di raggi X, specchi riflettenti curvi in quarzo con uno strato d'oro, oppure il riflettore può essere un singolo cristallo curvo, un rilevatore di immagini - pellicola fotografica o un convertitore ottico-elettronico. Ma i microscopi riflettenti a raggi X non hanno un'alta risoluzione; sono limitati da un piccolo angolo di riflessione esterna totale, da una grande lunghezza focale e dalla complessità dell'elaborazione di alta qualità di una superficie riflettente a specchio. I microscopi riflettenti a raggi X producono immagini altamente distorte. Se per la messa a fuoco si utilizzano monocristalli curvi, anche l'immagine risulta distorta a causa della struttura del monocristallo stesso. Pertanto, i microscopi riflettenti a raggi X non sono ampiamente utilizzati. I microscopi a raggi X a proiezione sono più efficaci. Il principio di funzionamento dei microscopi a raggi X a proiezione è quello di formare una proiezione d'ombra dell'oggetto studiato in un fascio di raggi X divergenti provenienti da una sorgente puntiforme di radiazione a raggi X. Il design di un microscopio a raggi X a proiezione include una sorgente di raggi X: un tubo a raggi X microfocus, una camera in cui

Questo testo è un frammento introduttivo. Dal libro 100 grandi invenzioni autore Ryzhov Konstantin Vladislavovich

28. MICROSCOPIO Più o meno nello stesso periodo, quando iniziò l'esplorazione dello spazio con l'aiuto dei telescopi, furono fatti i primi tentativi di svelare i segreti del micromondo mediante lenti. È noto che piccoli oggetti, anche se ben illuminati, inviano un raggio è troppo debole per la vista

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Microscopio Un microscopio è uno strumento ottico progettato per ottenere immagini ingrandite di oggetti o dettagli strutturali di questi oggetti che non sono visibili ad occhio nudo. In generale, un microscopio è un sistema costituito da due lenti, ma

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Macchina a raggi X Una macchina a raggi X è un dispositivo progettato per la ricerca (diagnostica a raggi X) e il trattamento di malattie (terapia a raggi X) utilizzando i raggi X. La disciplina che si occupa della diagnostica a raggi X e della terapia a raggi X è chiamato

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Goniometro a raggi X (vedi “Macchina fotografica a raggi X”, “Diffrattometro a raggi X”) Un goniometro a raggi X è un dispositivo che registra un modello di diffrazione su pellicola fotografica; utilizzando la posizione del campione osservato e il rilevatore, provoca diffrazione dei raggi X.

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Diffrattometro a raggi X (vedi “goniometro a raggi X”) Un diffrattometro a raggi X è un dispositivo che determina l'intensità e la direzione della radiazione di raggi X che diffrange sull'oggetto studiato, che ha una struttura cristallina. Misura

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Microscopio Il microscopio è un dispositivo ottico che consente di ottenere immagini di oggetti non visibili ad occhio nudo. Viene utilizzato per osservare microrganismi, cellule, cristalli, strutture di leghe con una precisione di 0,20 micron. Questa risoluzione del microscopio è la più piccola

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Microscopio a raggi X
Vantaggi
Specifiche
Aree di applicazione
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Microscopio a raggi X Rigaku nano3DX

Il microscopio a raggi X Rigaku nano3DX consente di studiare la struttura e la composizione di campioni di grandi dimensioni con alta risoluzione. Permette non solo di rilevare, ma anche di analizzare quantitativamente (sia morfometricamente che statisticamente) cavità, crepe e altri difetti, disomogeneità della composizione elementare e di fase nei materiali e nei prodotti finiti a livello submicrometrico, senza distruggere assolutamente gli oggetti di ricerca. Il Rigaku nano3DX è dotato di una sorgente di raggi X ad anodo rotante ad alta potenza che consente la rapida acquisizione di dati sperimentali e la commutazione tra diversi materiali anodici per un buon contrasto e/o una maggiore penetrazione.

È stato stabilito che le membrane sottili di oggetti biologici o film organici vengono studiate meglio utilizzando la radiazione di un anodo di cromo. Il principio attivo medicinale in una compressa farmaceutica e un materiale composito rinforzato con fibre di carbonio appariranno più contrastanti nella radiazione di un anodo di rame. E per lavorare con tessuto osseo, silicati e compositi di alluminio, è necessario utilizzare la radiazione di un anodo di molibdeno. E per questo non è necessario acquistare tre dispositivi diversi. Rigaku è riuscita a implementare tutte queste funzioni in una.

Come sorgente di radiazioni nel microscopio a raggi X nano3DX è installato un generatore di raggi X con anodo rotante MicroMax-007 HF. Il suo design è notevolmente migliorato rispetto a fonti simili delle generazioni precedenti e non richiede una manutenzione intensiva. Il flusso di raggi X risultante è paragonabile in intensità alla radiazione di sincrotrone. Sono disponibili anodi di rame, cromo e molibdeno (sostituibili con il semplice tocco di un pulsante).

Nel microscopio a raggi X nano3DX le immagini vengono ingrandite attraverso l'utilizzo di uno speciale rilevatore con piccoli elementi sensibili. Questa configurazione (mostrata sopra) prevede il posizionamento del campione vicino a un rilevatore ad alta risoluzione. È caratterizzato da un breve tempo di accumulo del segnale, elevata stabilità e risoluzione. Il circuito utilizzato in altri strumenti (mostrato sotto) è caratterizzato da una grande distanza dal campione al rilevatore. Richiede sorgenti di piccole dimensioni e stabilità estremamente elevata per evitare la sfocatura dell'immagine. Di conseguenza: lunghi tempi di accumulo del segnale e bassa resistenza al rumore e alle vibrazioni.;

Diagramma Nano3DX

Circuito utilizzato in altri dispositivi

L'immagine a sinistra mostra chiaramente che con una risoluzione digitale di 0,27 µm/pixel le linee sull'oggetto di prova da 0,6 µm vengono risolte in modo assolutamente chiaro.

Funziona utilizzando un design a raggio parallelo per ottenere un contrasto elevato e un rapido accumulo di dati;
Alta risoluzione anche su campioni di grandi e medie dimensioni;
Elevato contrasto delle immagini risultanti grazie alla possibilità di alternare tra anodi realizzati con materiali diversi;
Ampio campo visivo;
Alta risoluzione dell'immagine digitale;
Elevata velocità di accumulo dei dati grazie all'elevata potenza della sorgente di raggi X;
Interfaccia utente amichevole;
Elevato grado di sicurezza del personale.

Sorgente di raggi X	MicroMax-007HF
Tensione del tubo a raggi X	da 20 a 50 kV
Corrente nel tubo a raggi X	fino a 30 mA
Rivelatore	Telecamera CCD a raggi X
Risoluzione del rilevatore	3300 x 2500 pixel
Dimensione pixel	da 0,27 a 4 µm
linea di vista	da 0,9 mm x 0,7 mm a 14 mm x 10 mm
Rivelatori	Scintillazione proporzionale al flusso
Gamma dinamica	16 bit
Tabella campione	automatico a 5 assi
Velocità di rotazione del campione	Standard, 30 giri al minuto.
Deviazione dell'asse della tavola durante la rotazione	non più di 0,5 micron

Sorgente MicroMax™-007 HF

Per passare da una sorgente all'altra, basta richiamare la radiazione a raggi X e girare l'interruttore!

Generatore di raggi X
Massima potenza	1,2 kW
Gamma di tensione di accelerazione	20-60 kV (passo – 1 kV)
Attuale	10-30 mA (passo – 1 mA)
Stabilità ad alta tensione	±0,015%
Requisiti di alimentazione	3 fasi, 200/220 V, 12 A
Blocco anodico
Materiali anodici disponibili	Cu, Cr, Mo, Co
Diametro	99 mm
Velocità di rotazione	9000 giri al minuto
Meccanismo rotativo	guida diretta
Sigillo sottovuoto	Fluido magnetico a bassa viscosità
Materiale del cuscinetto di supporto	Sfere di ceramica

Droga farmaceutica in compresse

Una compressa che si scioglie sulla lingua

MICROSCOPIO A RAGGI X. A causa della breve lunghezza d'onda dei raggi X. La radiazione R. m. può raggiungere la diffrazione. autorizzazioni dell'ordine di più. decine di nm e secondo teorico In termini di risoluzione, occupa una posizione intermedia tra i microscopi ottici ed elettronici. Permette di studiare non solo la distribuzione della densità totale della materia, ma anche la distribuzione delle densità specifiche. chimico. elementi in base alle loro caratteristiche. raggi X radiazione (assorbimento). A differenza del microscopio elettronico, R. m. permette di studiare gli organismi viventi. oggetti.

In base al metodo di formazione dell'immagine, viene fatta una distinzione tra immagine di proiezione, contatto, riflessione e diffrazione; Secondo il principio di registrazione, R. m. può essere un'immagine, formando un'immagine reale o ombra di un oggetto, o una scansione (raster), che registra la radiazione da un elemento dell'oggetto situato sulla lente ottica. asse del microscopio e l'immagine completa (raster) viene creata in modo sequenziale spostare un oggetto rispetto all'asse del microscopio utilizzando un meccanismo di precisione. I vantaggi di quest'ultimo metodo di registrazione sono l'indipendenza della risoluzione dalle aberrazioni del campo ottico. sistemi e, quindi, nessuna restrizione sulla dimensione del campo visivo, così come meno radiazioni. carico sull'oggetto della ricerca.

R. m. opera in un'ampia gamma di energie dei raggi X. quanti - da decine di eV a decine di keV. Nella parte più orientale dello spettro. Importante è la regione della lunghezza d'onda di 2,3-4,4 nm, corrispondente alla cosiddetta. “finestra d’acqua”, in cui si raggiunge il massimo. contrasto tra sostanze organiche contenenti carbonio. sostanza delle cellule viventi e del citoplasma liquido. R. m., operanti nella parte HF della gamma, vengono utilizzati per studiare la struttura della decomposizione. strutturale materiali contenenti elementi con alto a. numero.

Microscopio a raggi X a proiezione per osservare la struttura degli oggetti autoluminosi è una camera oscura (Fig. 1,a), il foro si trova a breve distanza ( S1) dalla sorgente O e su un grande ( S2)- dalla schermata di registrazione E o dal rilevatore. Un aumento di tale proiezione R. m. M = S2/S1, la risoluzione è determinata dal diametro del foro D e condizioni di diffrazione, diffrazione. il limite è

Riso. 1. Schemi di microscopi a raggi X a proiezione per lo studio della struttura di oggetti autoluminosi (a) e traslucidi (b); O - oggetto; I - fonte di radiazioni; E - schermo.

Nella proiezione traslucida R. m. (Fig. 1, b) raggi X microfocus. la sorgente I crea un'immagine d'ombra dell'oggetto O sullo schermo E, registrata su pellicola fotografica o da un rilevatore televisivo. tipo. Per una sorgente di dimensione finita D la risoluzione di tale R. m. è determinata dalla somma, dove e nel caso normale è ~ 1 µm. Gli svantaggi della proiezione R. m. sono la piccola apertura e la grande radiazione. caricare sull'oggetto da scansionare.

Il microscopio a raggi X a contatto è il caso limite della microscopia a raggi X a proiezione S2, pari allo spessore del campione, che viene installato direttamente. contatto con la pellicola o lo schermo. Questa tecnica è talvolta chiamata microradiografia. Fonte E è impostato per significare. distanza dal campione O, e la dimensione e, di conseguenza, la potenza della sorgente può essere significativamente maggiore rispetto al caso della proiezione R. m. La risoluzione dipende dallo spessore del campione T e il contrasto tra i dettagli “scuri” e “chiari” dell'oggetto, in diffrazione. limite. Ad esempio, a = 3 nm e t = 3 µm nm. Per registrare immagini con questa risoluzione, utilizzare fotoresist, utilizzato nella fotolitografia e avente un valore intrinseco notevolmente più elevato. risoluzione (ad esempio, per resina PMMA - 5 nm). Dopo lo sviluppo o l'incisione, l'immagine dell'oggetto viene ingrandita utilizzando la tecnologia elettronica o ottica. microscopio

Un microscopio a raggi X riflettente può essere sia di imaging che di scansione, con ottica a incidenza radente o a incidenza normale con rivestimento multistrato (vedi Fig. Ottica a raggi X).R. M. di questo tipo lavorano nella zona< 4 кэВ, рассматривается возможность осуществить эту схему Р. м. для более «жёсткого» излучения (в области- 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 DI" e immagini di origine intermedia astigmatica sagittale (vedi Immagine ottica), creato dallo specchio UN, sarebbero rispettivamente immagini sagittali e meridionali per lo specchio B, che, a causa della reversibilità dell'oggetto e dell'immagine, crea un'immagine stigmatica ingrandita della sorgente nel punto O1. Diffrazione ultima permesso di tale ( - angolo critico di riflessione esterna totale). Per rivestimenti omogenei, quindi, questo rapporto non dipende ed è nell'ordine di 0,1< < 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.

Riso. 2. Schema del microscopio riflettente a raggi X ad incidenza radente Kirkpatrick-Baez; O - fonte (oggetto emittente); A e B - specchi sferici o cilindrici; O" e - immagini astigmatiche intermedie; O 1 - immagine reale.

Le lenti riflettenti a incidenza radente con sistemi di specchi Voltaire hanno un rapporto di apertura molto maggiore (di 2-3 ordini di grandezza), di cui viene spesso utilizzato il sistema iperboloide-ellissoide (vedere Fig. 2 nell'Art. ottica a raggi X). Teorico risoluzione di tale R. m. su ottica. il vaiolo è determinato dalla relazione, dove M- ingrandimento, - angolo radente pari a circa il % dell'apertura. Ad esempio, per un radiometro a scansione, che fornisce un'immagine ridotta della sorgente nel piano dell'oggetto da scansionare M = 0,3 e , a = 2,5 nm = 5 nm. La risoluzione effettiva dipende dalla precisione costruttiva degli specchi, che hanno una forma profondamente asferica, ed è di ~1 µm; necessario per acquisire conoscenze teoriche la precisione della risoluzione (-1 nm) è ancora irraggiungibile per la tecnologia moderna. tecnologie. Le aberrazioni del campo verranno riflesse. I raggi di questo tipo sono piuttosto grandi e limitano il campo visivo ad un angolo. magnitudini ~ 1°. L'uso dell'interferenza multistrato. i rivestimenti consentono di aumentare l'angolo q e quindi di aumentare la luminosità della lente riflettente ad incidenza radente.

Molto promettente è la lente riflettente a incidenza normale secondo lo schema Schwarzschild, in cui vengono utilizzati specchi con rivestimento multistrato (Fig. 3).

Riso. 3. Schema di un microscopio a raggi X riflettente con specchi ad incidenza normale secondo lo schema di Schwarzschild; Io - fonte; Z 1 e Z 2 - specchi con rivestimento multistrato; O - oggetto; P - ricevitore di radiazioni.

Questo tipo di microscopio a scansione produce un'immagine ridotta della sorgente utilizzando specchi sferici. forme situate quasi concentricamente. Per determinati parametri: apertura numerica UN, coefficiente diminuire M e la distanza dalla sorgente al primo specchio S- ci sono tali ottimizzazioni. valori dei raggi di curvatura degli specchi r1 E r2 e le distanze tra loro, con sferica aberrazione, coma e astigmatismo sono praticamente assenti. Diffrazione risoluzione ottica l'asse è determinato come per l'ottica. microscopio, rapporto, con valore tipico A = 0,3-0,4 nell'intervallo = 22-20 è 30-50 nm. Il raggiungimento di tale risoluzione richiede una produzione precisa degli specchi e il loro allineamento reciproco con una precisione dell'ordine di

In un microscopio a diffrazione a raggi X. l'elemento è una piastra di zona Fresnel, bordi monocromatici. la radiazione è una lente con lunghezza focale , dove r1- raggio della prima zona di Fresnel, - lunghezza d'onda, m - ordine dello spettro. Diffrazione la risoluzione della piastra della zona di Fresnel è determinata dalla larghezza della zona esterna: = 1,22, dove P- numero della zona estrema. Il rapporto di apertura è determinato dal diametro.L'efficienza di diffrazione per piastre a zona di Fresnel modulate in ampiezza è di ca. 10% nel primo, 2% nel secondo e 1% nel terzo ordine dello spettro. Diffrazione R.M. lavora abitualmente in zona

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

Diagramma di un'immagine di diffrazione. R. m. è mostrato in Fig. 4. Come fonte di max. i sincrotroni vengono spesso utilizzati, si accumulano. anelli o ondulatori, la cui radiazione è precedentemente monocromatica ad un'ampiezza spettrale e, utilizzando un condensatore, viene diretta al campione O installato nel piano del diaframma D. Una piastra microzona (MZP) fornisce un'immagine ingrandita dell'oggetto in il piano del rilevatore. La dose di radiazioni al campione viene significativamente ridotta nella diffrazione della scansione. R. m., in cui viene utilizzata una sola piastra della zona di messa a fuoco. Diffrazione R. m. ha fornito (nel 1991) il massimo. La risoluzione più alta di tutte le onde radio (~50 nm), determinata dalle capacità estreme della tecnologia per la produzione di piastre di zona.

Riso. 4. Schema di un microscopio a diffrazione a raggi X con piastre a zona di Fresnel; I - fonte di radiazioni; D 1 e D 2 - diaframmi; M - monocromatore con reticolo di diffrazione; K - Piastra zona Fresnel - condensatore; MZP - piastra microzona; O - oggetto; P - ricevitore di radiazioni.

Applicazione dei microscopi a raggi X. R.m.max. promettente per problemi in biologia e medicina (Fig. 5, 6). Ti permettono di studiare il biol della vita umida. oggetti - organismi unicellulari, sezioni di tessuto, dip. cellule, i loro nuclei (senza colorazione aggiuntiva). Utilizzando raggi X “morbidi”. la radiazione in prossimità delle bande di assorbimento degli elementi luminosi consente di studiare la distribuzione di questi elementi nella struttura dell'oggetto. I biopolimeri costituiti da macromolecole (proteine, acidi nucleici, ecc.) vengono studiati efficacemente utilizzando il metodo dei raggi X a contatto ad alta risoluzione. microscopia. L'uso di sorgenti pulsate consente di studiare la dinamica dei processi in oggetti non stazionari (ad esempio cellule viventi). Per ottenere immagini tridimensionali dei tessuti in medicina, si stanno sviluppando metodi informatici. Tomografia a raggi X microoggetti.

R. m. è utilizzato con successo nella scienza dei materiali nello studio delle caratteristiche strutturali dei materiali policristallini, polimerici e compositi (Fig. 7).

Riso. 5. Immagine micrografica a contatto di una piastrina umana vivente ottenuta utilizzando una sorgente di raggi X pulsati (plasma di degradazione in un gas). Nell'immagine sono visibili caratteristiche inferiori a 10 nm.

Riso. 6. Immagine delle diatomee ottenuta utilizzando un microscopio a diffrazione di raggi X. La lunghezza d'onda di emissione è di 4,5 nm. La scala corrisponde a 1 µm.

Riso. 7. Immagine micrografica a contatto di un campione di materiale composito (fibra di vetro). Le aree chiare sono fibre di vetro (diametro circa 10 micron), le aree scure sono polimeri. L'immagine caratterizza la densità, l'uniformità, la direzione e la distribuzione delle fibre. Spessore del campione 400 µm, energia dei fotoni dei raggi X< 30 кэВ .

Per lo sviluppo di metodi a raggi X. microscopia, la creazione di sorgenti di raggi X ad alta intensità è importante. radiazione. Una delle fonti promettenti è il plasma laser ad alta temperatura. Con l'aiuto dei plasmi a specchio per immagini, vengono studiate la struttura e la dinamica dei processi che si verificano in tale plasma.

Illuminato.: Ottica e microscopia a raggi X, ed. G. Shmal e D. Rudolf, trad. dall'inglese, M., 1987. V. A. Slemzin.