Mikroskopy rentgenowskie. Mikroskopia rentgenowska Mikroskopy z sondą skanującą

Radykalną poprawę rozdzielczości przestrzennej można osiągnąć stosując mikroskop rentgenowski (długość fali miękkiego promieniowania rentgenowskiego wynosi 2-5 nm). Stopień przezroczystości próbki w zakresie rentgenowskim zależy od jej grubości, gęstości i liczby atomowej badanego materiału. Ryż. 35 pokazuje typowe wartości współczynnika absorpcji promieniowania rentgenowskiego. Źródeł promieniowania rentgenowskiego jest wiele i są różnorodne, od masywnych akceleratorów cząstek po małe, przenośne źródła promieniowania w mikrotomografach laboratoryjnych. Promieniowanie rentgenowskie jest zwykle wytwarzane przez bombardowanie elektronami tarczy z materiału o dużej liczbie atomowej Z. Typową lampę katodową pokazano na ryc. 36.

W porównaniu z elektronami miękkie promienie rentgenowskie wnikają w próbkę znacznie głębiej, aż do 10 mikronów, co w biologii odpowiada grubości komórki. Oddziałując z materią, miękkie promienie rentgenowskie umożliwiają uzyskanie kontrastowych obrazów obiektów biologicznych pod ciśnieniem atmosferycznym, bez konieczności ich sztucznego barwienia. Kontrast mogą być określane zarówno przez poszczególne pierwiastki chemiczne, jak i związki chemiczne. Jedynymi źródłami miękkiego promieniowania rentgenowskiego są akceleratory cząstek. Cząstki elementarne poruszające się po orbitach kołowych emitują tzw. promieniowanie synchrotronowe, czyli miękkie promieniowanie rentgenowskie.

Większość transmisyjnych mikroskopów rentgenowskich jest zaprojektowana dla źródła promieniowania synchrotronowego o dużej mocy, które zapewnia krótkie czasy ekspozycji. Istnieją jednak również systemy stacjonarne, które wykorzystują miękkie promieniowanie rentgenowskie o rozdzielczości mniejszej niż 100 nm. Na ryc. Rysunek 37 przedstawia schemat instalacji, w której zastosowano system celów zrzutowych. Impuls o długości 100 pikosekund o częstotliwości 10 Hz generowany przez laser Nd-YAG jest skupiany na kropelkach etanolu o średnicy 15 μm wyrzucanych ze szklanej kapilary wibrowanej przez urządzenie piezoelektryczne. Plazma wytwarzana laserem działa jako źródło promieni rentgenowskich o wysokiej jasności. Aby zapewnić wystarczającą gęstość fotonów w płaszczyźnie obiektu, wymagany jest wysokowydajny kondensator optyczny. W tym systemie promienie rentgenowskie skupiają się na próbce za pomocą wielowarstwowego sferycznego zwierciadła kondensora. Na powierzchnię zwierciadła naniesionych zostało dwieście warstw W/B 4 C, oddalonych od siebie o 3,37 nm, co zapewnia odbicie interferencyjne prostopadle do skierowanej wiązki. Współczynnik odbicia każdej warstwy wynosi 0,5% przy długości fali 3,37 nm. Centralna przysłona, umieszczona nad źródłem promieniowania, nie przepuszcza bezpośrednich promieni z plazmy (co prowadziłoby do przeciążenia optycznej matrycy CCD). Matryca CCD ma wymiary 1024 x 1024 pikseli i jest chłodzoną, cienką płytką. Stopień powiększenia układu zależy od odległości płytki strefowej od matrycy CCD. Rozdzielczość tego mikroskopu jest mniejsza niż 60 nm. Aby uzyskać najlepsze wyniki, próbka powinna być cienka (o grubości nie większej niż kilka mikronów).

Pojawienie się konfokalnych mikroskopów optycznych umożliwiło badanie objętości materiałów półprzezroczystych (na głębokości kilkudziesięciu mikronów). Jednak nawet w przypadku materiałów przezroczystych głębokość penetracji jest ograniczona odległością roboczą soczewki. Naturalnym sposobem głębszego wnikania w materiał jest promieniowanie rentgenowskie. Zastosowanie promieni rentgenowskich radykalnie zwiększa głębokość penetracji w porównaniu ze światłem widzialnym, co umożliwia badanie znacznie większej objętości próbki.

Na ryc. Rycina 36 to schemat typowego źródła promieniowania rentgenowskiego. Elektrony wylatują z katody, które są przyspieszane przez pole elektryczne do dużych prędkości i uderzają w docelową anodę. Kiedy cel (zwykle wykonany z klatki) jest bombardowany elektronami o wysokiej energii, emituje promieniowanie rentgenowskie w szerokim zakresie długości fal. Kiedy promienie rentgenowskie przechodzą przez materię, powodują te same zjawiska co światło, takie jak dyfrakcja, załamanie i fluorescencja.

Mikroskopy z sondą skanującą.

Mikroskopy z sondą skanującą (SPM) opierają się na innej zasadzie obrazowania, która pokonuje dyfrakcyjną granicę rozdzielczości. Zasada działania takich mikroskopów opiera się na skanowaniu obiektu za pomocą ultramałej sondy. Nowoczesne SPM umożliwiają rejestrację interakcji sondy z pojedynczymi atomami i cząsteczkami, dzięki czemu SPM są porównywalne pod względem rozdzielczości z mikroskopami elektronowymi, a pod pewnymi parametrami je przewyższają. Przesłany lub odbity sygnał jest rejestrowany i wykorzystywany do utworzenia trójwymiarowej topografii powierzchni próbki za pomocą przetwarzania komputerowego.

W zależności od zasady interakcji sondy z próbką, SPM dzieli się na elektroniczne, atomowe i bliskiego pola.

Najciekawszy jest skaningowy mikroskop skaningowy bliskiego pola (BROM), który działa w obszarze widzialnym. Tworzenie kontrastu w BROM może nastąpić na podstawie zjawisk absorpcji, polaryzacji, odbicia, luminescencji itp. Możliwości tych nie ma w mikroskopii elektronowej i sił atomowych. Ponadto mikroskop świetlny jest stosunkowo tanim i nieniszczącym narzędziem badawczym, pozwalającym na pracę z preparatami biologicznymi i medycznymi w warunkach naturalnych.

Zasada działania mikroskopu skaningowego bliskiego pola polega na skanowaniu obiektu za pomocą sondy optycznej w odległości mniejszej niż długość fali od obiektu (w polu bliskim). Rolę sondy świetlnej w tym mikroskopie pełnią końcówki emitujące światło z otworami wyjściowymi, których promień jest 10-20 razy mniejszy niż długość fali światła. Zatem skaningowy mikroskop skaningowy bliskiego pola zapewnia obrazy o rozdzielczości dziesiątki razy wyższej niż w przypadku konwencjonalnego mikroskopu.

Mikroskop rentgenowski to urządzenie służące do badania bardzo małych obiektów, których wymiary są porównywalne z długością fali promieniowania rentgenowskiego. Zasada działania opiera się na wykorzystaniu promieniowania elektromagnetycznego o długości fali od 0,01 do 1 nanometra.

Mikroskopy rentgenowskie plasują się pomiędzy mikroskopami elektronowymi i optycznymi pod względem rozdzielczości. Teoretyczna rozdzielczość mikroskopu rentgenowskiego sięga 2-20 nm, czyli o rząd wielkości większej niż rozdzielczość mikroskopu optycznego (do 150 nm). Obecnie dostępne są mikroskopy rentgenowskie o rozdzielczości około 5 nm.

Rozwojowi i zastosowaniu mikroskopów rentgenowskich towarzyszy szereg poważnych trudności. Promienie rentgenowskie są prawie niemożliwe do skupienia za pomocą konwencjonalnych soczewek. Faktem jest, że współczynnik załamania promieni rentgenowskich w różnych przezroczystych dla nich ośrodkach jest w przybliżeniu taki sam i bardzo niewiele różni się od jedności. Oscylacje są rzędu . Ponadto promienie rentgenowskie nie są również odchylane przez pola elektryczne i magnetyczne, co uniemożliwia stosowanie soczewek elektrycznych i magnetycznych do ogniskowania. Jednak we współczesnej optyce rentgenowskiej pojawiły się niedawno i są już powszechnie stosowane soczewki działające w oparciu o efekt odwrotnego załamania światła (oparty na różnicy współczynnika załamania światła w substancji skondensowanej względem powietrza). Funkcję soczewki pełni wewnątrz materiału wnęka w kształcie soczewki, zwana soczewką Snigireva.

Promieniowanie rentgenowskie nie jest bezpośrednio postrzegane przez ludzkie oko. Dlatego do obserwacji i rejestracji wyników konieczne jest wykorzystanie środków technicznych (sprzęt fotograficzny lub przetworniki elektronowo-optyczne).

Istnieją dwa rodzaje mikroskopów rentgenowskich – refleksyjny i projekcyjny. Mikroskopy refleksyjne wykorzystują zjawisko załamania promieni rentgenowskich podczas wypasu. Mikroskopy projekcyjne wykorzystują dużą siłę penetracji promieni rentgenowskich. W nich badany obiekt umieszcza się przed źródłem promieniowania i oświetla promieniami rentgenowskimi. Ze względu na to, że współczynnik absorpcji promieni rentgenowskich zależy od wielkości atomów, przez które przechodzą, metoda ta pozwala uzyskać informacje nie tylko o strukturze, ale także składzie chemicznym badanego obiektu.

Mikroskopy rentgenowskie znajdują szerokie zastosowanie w różnych dziedzinach nauki, m.in. w medycynie, mineralogii czy metalurgii.

Za pomocą mikroskopu projekcyjnego rentgenowskiego można:

ocenić jakość cienkich powłok;
uzyskać mikroradiografię skrawków biologicznych i botanicznych o grubości do 200 mikronów;
mają zastosowanie do analizy mieszanin proszków metali lekkich i ciężkich podczas badania wewnętrznej struktury obiektów nieprzezroczystych dla promieni świetlnych i elektronów.

Ważną zaletą mikroskopów rentgenowskich jest to, że można ich używać do obserwacji niewyciętych żywych komórek.

Mikroskop rentgenowski

Mikroskop rentgenowski to urządzenie badające mikroskopijną strukturę i strukturę obiektu za pomocą promieniowania rentgenowskiego. Mikroskop rentgenowski ma wyższą granicę rozdzielczości niż mikroskop świetlny, ponieważ promienie rentgenowskie mają krótszą długość fali niż światło. Mikroskop rentgenowski różni się od optycznego mikroskopu świetlnego przede wszystkim układem optycznym. Soczewek optycznych i pryzmatów nie można używać do skupiania promieni rentgenowskich. Aby odbić promienie rentgenowskie, mikroskop rentgenowski wykorzystuje zakrzywione lustro lub płaszczyzny krystalograficzne.

Promienie rentgenowskie mają dużą siłę penetracji i liniową strukturę widma. Mikroskopy rentgenowskie różnią się sposobem działania i są albo odblaskowe, albo projekcyjne.

Konstrukcja mikroskopu refleksyjnego obejmuje źródło promieni rentgenowskich, zakrzywione zwierciadła reflektorowe wykonane z kwarcu z warstwą złota lub reflektor może być zakrzywionym monokryształem, detektorem obrazu - kliszą fotograficzną lub przetwornikiem elektronowo-optycznym. Ale odblaskowe mikroskopy rentgenowskie nie mają wysokiej rozdzielczości, jest ona ograniczona przez mały kąt całkowitego odbicia zewnętrznego, dużą ogniskową i złożoność wysokiej jakości obróbki lustrzanej powierzchni odbijającej. Odblaskowe mikroskopy rentgenowskie wytwarzają bardzo zniekształcone obrazy. Jeśli do ogniskowania używane są zakrzywione monokryształy, obraz również okazuje się zniekształcony ze względu na strukturę samego monokryształu. Dlatego mikroskopy odbijające promieniowanie rentgenowskie nie są powszechnie stosowane. Projekcyjne mikroskopy rentgenowskie są bardziej skuteczne. Zasada działania projekcyjnych mikroskopów rentgenowskich polega na tworzeniu projekcji cienia badanego obiektu w wiązce rozbieżnego promieniowania rentgenowskiego pochodzącego z punktowego źródła promieniowania rentgenowskiego. Konstrukcja projekcyjnego mikroskopu rentgenowskiego obejmuje źródło promieni rentgenowskich - lampę rentgenowską z mikroogniskiem, komorę, w której

Niniejszy tekst jest fragmentem wprowadzającym. Z książki 100 wielkich wynalazków autor Ryżow Konstantin Władysławowicz

28. MIKROSKOP Mniej więcej w tym samym czasie, gdy zaczęto eksplorację kosmosu za pomocą teleskopów, podjęto pierwsze próby odkrywania tajemnic mikroświata za pomocą soczewek.Wiadomo, że małe obiekty, nawet jeśli są dobrze oświetlone, wysyłają wiązkę światła to jest za słabe dla oka

autor Zespół autorów

Mikroskop Mikroskop to przyrząd optyczny przeznaczony do uzyskiwania powiększonych obrazów dowolnych obiektów lub szczegółów konstrukcyjnych tych obiektów, które nie są widoczne gołym okiem. Ogólnie rzecz biorąc, mikroskop to układ składający się z dwóch soczewek, ale

Z książki Wielka Encyklopedia Technologii autor Zespół autorów

Aparat rentgenowski Aparat rentgenowski to urządzenie przeznaczone do badań (diagnostyka rentgenowska) i leczenia chorób (rentgenoterapia) za pomocą promieni rentgenowskich.Dziedzina zajmująca się diagnostyką rentgenowską i radioterapią jest nazywany

Z książki Wielka Encyklopedia Technologii autor Zespół autorów

Goniometr rentgenowski (patrz „aparat rentgenowski”, „dyfraktometr rentgenowski”) Goniometr rentgenowski to urządzenie rejestrujące obraz dyfrakcyjny na kliszy fotograficznej, wykorzystując położenie obserwowanej próbki i detektora, powodujące dyfrakcja promieni rentgenowskich.

Z książki Wielka Encyklopedia Technologii autor Zespół autorów

Dyfraktometr rentgenowski (patrz „Goniometr rentgenowski”) Dyfraktometr rentgenowski to urządzenie określające natężenie i kierunek promieniowania rentgenowskiego uginającego się na badanym obiekcie, który ma strukturę krystaliczną. On mierzy

Z książki Wielka Encyklopedia Technologii autor Zespół autorów

Mikroskop Mikroskop to urządzenie optyczne umożliwiające uzyskanie obrazów obiektów niewidocznych gołym okiem. Służy do obserwacji mikroorganizmów, komórek, kryształów, struktur stopowych z dokładnością do 0,20 mikrona. Ta rozdzielczość mikroskopu jest najmniejsza

Z książki 100 znanych wynalazków autor Pristinsky Władysław Leonidowicz

Mikroskop rentgenowski
Zalety
Dane techniczne
Obszary zastosowań
Wideo

Mikroskop rentgenowski Rigaku nano3DX

Mikroskop rentgenowski Rigaku nano3DX umożliwia badanie struktury i składu dużych próbek z dużą rozdzielczością. Umożliwia nie tylko wykrycie, ale także analizę ilościową (morfometryczną i statystyczną) ubytków, pęknięć i innych defektów, niejednorodności składu pierwiastkowego i fazowego w materiałach i wyrobach gotowych na poziomie submikronowym, bez całkowitego zniszczenia obiektów badawczych. Rigaku nano3DX jest wyposażony w źródło promieniowania rentgenowskiego z obrotową anodą o dużej mocy, które umożliwia szybkie pozyskiwanie danych eksperymentalnych i przełączanie pomiędzy różnymi materiałami anodowymi w celu uzyskania dobrego kontrastu i/lub większej penetracji.

Ustalono, że cienkie membrany obiektów biologicznych lub filmy organiczne najlepiej badać za pomocą promieniowania anody chromowej. Aktywna substancja lecznicza w tabletce farmaceutycznej oraz materiał kompozytowy wzmocniony włóknami węglowymi najbardziej kontrastowo będą wyglądać w promieniowaniu miedzianej anody. A do pracy z tkanką kostną, krzemianami i kompozytami aluminiowymi konieczne jest wykorzystanie promieniowania anody molibdenowej. I do tego nie trzeba kupować trzech różnych urządzeń. Rigaku udało się zaimplementować wszystkie te funkcje w jednym.

Jako źródło promieniowania w mikroskopie rentgenowskim nano3DX zainstalowany jest generator promieniowania rentgenowskiego z obracającą się anodą – MicroMax-007 HF. Jego konstrukcja jest znacznie ulepszona w porównaniu do podobnych źródeł poprzednich generacji i nie wymaga intensywnej konserwacji. Powstały strumień promieniowania rentgenowskiego jest porównywalny pod względem intensywności z promieniowaniem synchrotronowym. Dostępne są anody miedziane, chromowe i molibdenowe (wymienne za naciśnięciem przycisku).

W mikroskopie rentgenowskim nano3DX obrazy powiększane są poprzez zastosowanie specjalnego detektora z małymi czułymi elementami. Ta konfiguracja (pokazana powyżej) obejmuje umieszczenie próbki blisko detektora o wysokiej rozdzielczości. Charakteryzuje się krótkim czasem akumulacji sygnału, dużą stabilnością i rozdzielczością. Obwód stosowany w innych przyrządach (pokazany poniżej) charakteryzuje się dużą odległością próbki od detektora. Wymaga małych rozmiarów źródeł i wyjątkowo wysokiej stabilności, aby uniknąć rozmycia obrazu. W konsekwencji - długie czasy akumulacji sygnału oraz niska odporność na szumy i wibracje.;

Schemat Nano3DX

Obwód używany w innych urządzeniach

Obraz po lewej wyraźnie pokazuje, że przy rozdzielczości cyfrowej 0,27 µm/piksel linie na obiekcie testowym o średnicy 0,6 µm są absolutnie wyraźnie rozdzielone.

Działa w oparciu o konstrukcję wiązki równoległej, aby uzyskać wysoki kontrast i szybką akumulację danych;
Wysoka rozdzielczość nawet w przypadku dużych i średnich próbek;
Wysoki kontrast uzyskanych obrazów dzięki możliwości przełączania pomiędzy anodami wykonanymi z różnych materiałów;
Duże pole widzenia;
Wysoka rozdzielczość obrazu cyfrowego;
Wysoka prędkość akumulacji danych dzięki dużej mocy źródła promieniowania rentgenowskiego;
Przyjazny interfejs użytkownika;
Wysoki stopień bezpieczeństwa personelu.

Źródło promieniowania rentgenowskiego	MicroMax-007 HF
Napięcie lampy rentgenowskiej	od 20 do 50 kV
Prąd lampy rentgenowskiej	do 30 mA
Detektor	Rentgenowska kamera CCD
Rozdzielczość detektora	3300 x 2500 pikseli
Rozmiar piksela	od 0,27 do 4 µm
linia wzroku	od 0,9 mm x 0,7 mm do 14 mm x 10 mm
Detektory	Scyntylacja proporcjonalna do przepływu
Zakres dynamiczny	16-bitowy
Przykładowa tabela	automatyczny 5-osiowy
Przykładowa prędkość obrotowa	Standardowo, 30 obr./min.
Odchylenie osi stołu podczas obrotu	nie więcej niż 0,5 mikrona

Źródło MicroMax™-007 HF

Aby przełączać się między źródłami, po prostu wywołaj promieniowanie rentgenowskie i przekręć przełącznik!

Generator promieni rentgenowskich
Maksymalna moc	1,2 kW
Przyspieszający zakres napięcia	20-60 kV (skok – 1 kV)
Aktualny	10-30 mA (krok – 1 mA)
Wysoka stabilność napięcia	±0,015%
Wymagania dotyczące zasilania	3 fazy, 200/220 V, 12 A
Blok anodowy
Dostępne materiały anodowe	Cu, Cr, Mo, Co
Średnica	99 mm
Prędkość obrotowa	9000 obr./min
Mechanizm obrotowy	napęd bezpośredni
Uszczelnienie próżniowe	Płyn magnetyczny o niskiej lepkości
Materiał łożyska podporowego	Kulki ceramiczne

Lek farmaceutyczny w tabletce

Tabletka rozpuszczająca się na języku

MIKROSKOP RENTGENOWSKI. Ze względu na krótką długość fali promieniowania rentgenowskiego. Promieniowanie R. m może osiągnąć dyfrakcję. uprawnienia rzędu kilku. dziesiątki nm i zgodnie z teorią Pod względem rozdzielczości zajmuje pozycję pośrednią pomiędzy mikroskopami optycznymi i elektronowymi. Pozwala badać nie tylko rozkład całkowitej gęstości materii, ale także rozkład gęstości konkretnych. chemia elementy zgodnie z ich charakterystyką. prześwietlenie promieniowanie (absorpcja). W przeciwieństwie do mikroskopu elektronowego, R. m. pozwala na badanie żywych organizmów. obiekty.

W oparciu o metodę tworzenia obrazu rozróżnia się obrazowanie projekcyjne, kontaktowe, odblaskowe i dyfrakcyjne; Zgodnie z zasadą rejestracji R. m. może być obrazowaniem, tworzeniem obrazu rzeczywistego lub cienia obiektu, lub skanowaniem (rasterem), które rejestruje promieniowanie jednego elementu obiektu znajdującego się na soczewce optycznej. osi mikroskopu, a pełny obraz (raster) tworzony jest metodą sekwencyjną przesuwanie obiektu względem osi mikroskopu za pomocą precyzyjnego mechanizmu. Zaletami tej drugiej metody rejestracji jest niezależność rozdzielczości od aberracji pola optycznego. systemów, a co za tym idzie, brak ograniczeń w wielkości pola widzenia, a także mniejsze promieniowanie. obciążenie obiektu badawczego.

R. m. działa w szerokim zakresie energii promieniowania rentgenowskiego. kwanty - od kilkudziesięciu eV do kilkudziesięciu keV. Najbardziej na Dalekim Wschodzie. Istotny jest zakres długości fali 2,3-4,4 nm, odpowiadający tzw. „okno wodne”, w którym osiągane jest maksimum. kontrast pomiędzy substancjami organicznymi zawierającymi węgiel. substancja żywych komórek i płynna cytoplazma. R. m., działające w części HF, służą do badania struktury rozkładu. strukturalny materiały zawierające pierwiastki o wysokiej zawartości at. numer.

Projekcyjny mikroskop rentgenowski do obserwacji struktury obiektów samoświecących jest to kamera obscura (ryc. 1,a), otwór znajduje się w niewielkiej odległości ( S 1) ze źródła O i na dużym ( S2)- z ekranu nagrywania E lub detektora. Wzrost takiej projekcji R. m. M = S2/S1, rozdzielczość zależy od średnicy otworu D i warunki dyfrakcyjne, dyfrakcja. granica jest

Ryż. 1. Schematy projekcyjnych mikroskopów rentgenowskich do badania struktury obiektów samoświecących (a) i półprzezroczystych (b); O - obiekt; I - źródło promieniowania; E - ekran.

W półprzezroczystej projekcji R. m. (ryc. 1, b) mikrofokus rentgenowski. źródło I tworzy obraz cienia obiektu O na ekranie E, zarejestrowany na kliszy fotograficznej lub przez detektor telewizyjny. typ. Dla źródła o skończonej wielkości D rozdzielczość takiego R. m. jest określona przez sumę, gdzie i w typowym przypadku wynosi ~1 µm. Wadami projekcji R. m. jest mała apertura i duże promieniowanie. obciążenie skanowanego obiektu.

Kontaktowy mikroskop rentgenowski jest granicznym przypadkiem projekcyjnej mikroskopii rentgenowskiej S2, równa grubości próbki, która jest instalowana bezpośrednio. kontakt z filmem lub ekranem. Technika ta jest czasami nazywana mikroradiografią. Źródło I ma znaczenie. odległość od próbki O oraz wielkość i co za tym idzie moc źródła może być znacznie większa niż w przypadku projekcji R. m. Rozdzielczość zależy od grubości próbki T oraz kontrast pomiędzy „ciemnymi” i „jasnymi” szczegółami obiektu w wyniku dyfrakcji. ograniczyć. Na przykład przy = 3 nm i t = 3 µm nm. Aby zarejestrować obrazy w tej rozdzielczości, użyj fotorezysty, stosowany w fotolitografii i posiadający znacznie wyższą wartość wewnętrzną. rozdzielczość (na przykład dla żywicy PMMA - 5 nm). Po wywołaniu lub wytrawieniu obraz obiektu zostaje powiększony przy wykorzystaniu technologii elektronicznej lub optycznej. mikroskop

Odblaskowy mikroskop rentgenowski może wykonywać zarówno obrazowanie, jak i skanowanie, z optyką pasającą lub normalną z powłoką wielowarstwową (patrz ryc. Optyka rentgenowska).R. m. tego typu prace w okolicy< 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 O" i strzałkowe astygmatyczne obrazy pośredniego źródła (patrz Obraz optyczny), stworzony przez lustro A, byłyby odpowiednio obrazami strzałkowymi i południkowymi dla zwierciadła B, które ze względu na odwracalność przedmiotu i obrazu tworzy stygmatyczny powiększony obraz źródła w punkcie O 1. Ostateczna dyfrakcja pozwolenie na takie ( - krytyczny kąt całkowitego odbicia zewnętrznego). Dlatego dla powłok jednorodnych stosunek ten nie zależy od i mieści się w zakresie 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.

Ryż. 2. Schemat odblaskowego mikroskopu rentgenowskiego Kirkpatricka-Baeza; O - źródło (obiekt emitujący); A i B - zwierciadła sferyczne lub cylindryczne; O” i - pośrednie obrazy astygmatyczne; O 1 - obraz rzeczywisty.

Odblaskowe soczewki padające z układami luster Voltaire'a mają znacznie większy (o 2-3 rzędy wielkości) współczynnik apertury, z czego najczęściej stosowany jest układ hiperboloidowo-elipsoidalny (patrz ryc. 2 w art. optyka rentgenowska). Teoretyczny rozdzielczość takiego R. m. na optycznym. ospę prawdziwą określa relacja, gdzie M- powiększenie, - kąt pasania w przybliżeniu równy % apertury. Np. dla radiometru skaningowego, który daje zmniejszony obraz źródła w płaszczyźnie skanowanego obiektu M = 0,3 i , przy = 2,5 nm = 5 nm. Rzeczywista rozdzielczość zależy od dokładności wykonania zwierciadeł, które mają głęboko asferyczny kształt i wynosi ~ 1 µm; konieczne do uzyskania wiedzy teoretycznej dokładność rozdzielczości (-1 nm) jest wciąż nieosiągalna dla współczesnej technologii. technologie. Aberracje pola zostaną odzwierciedlone. Rm tego typu są dość duże i ograniczają pole widzenia pod pewnym kątem. wielkości ~ 1°. Zastosowanie interferencji wielowarstwowej. powłoki umożliwiają zwiększenie kąta q, a tym samym zwiększenie jasności odblaskowej soczewki padającej.

Bardzo obiecująca jest soczewka odblaskowa o normalnym padaniu według schematu Schwarzschilda, w której stosuje się lustra z wielowarstwową powłoką (ryc. 3).

Ryż. 3. Schemat odbijającego mikroskopu rentgenowskiego ze zwierciadłami o normalnym kącie padania według schematu Schwarzschilda; Ja - źródło; Z 1 i Z 2 - lustra z powłoką wielowarstwową; O - obiekt; P - odbiornik promieniowania.

Ten typ mikroskopu skaningowego wytwarza zmniejszony obraz źródła za pomocą zwierciadeł sferycznych. kształty ułożone niemal koncentrycznie. Dla zadanych parametrów: apertura numeryczna A, współczynnik zmniejszenie M oraz odległość od źródła do pierwszego zwierciadła S- są takie optymalizacje. wartości promieni krzywizny lusterek r 1 I r 2 i odległości między nimi, o charakterze kulistym aberracja, koma i astygmatyzm są praktycznie nieobecne. Dyfrakcja rozdzielczość optyczna oś wyznaczana jest jak dla optycznej. mikroskop, współczynnik, o typowej wartości A = 0,3-0,4 w zakresie = 10-20 pm to jest 30-50 nm. Osiągnięcie takiej rozdzielczości wymaga precyzyjnego wykonania luster i ich wzajemnego ustawienia z dokładnością rzędu

W dyfrakcyjnym mikroskopie rentgenowskim. elementem jest płytka strefowa Fresnela, krawędzie dla wersji monochromatycznej. promieniowanie to soczewka o ogniskowej , gdzie r 1- promień pierwszej strefy Fresnela, - długość fali, m - rząd widma. Dyfrakcja rozdzielczość płyty strefy Fresnela jest określona przez szerokość strefy zewnętrznej: = 1,22, gdzie P- numer strefy ekstremalnej. Współczynnik apertury jest określony przez średnicę.Skuteczność dyfrakcyjna dla płyt strefowych Fresnela z modulacją amplitudy wynosi ok. 10% w pierwszym, 2% w drugim i 1% w trzecim rzędzie widma. Dyfrakcja R.M. zwykle pracuje w okolicy

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

Schemat obrazu dyfrakcyjnego. R. m. pokazano na ryc. 4. Jako źródło max. synchrotrony są często używane, gromadzą się. pierścienie lub undulatory, których promieniowanie jest uprzednio monochromatyzowane do szerokości widma i za pomocą kondensatora kierowane jest na próbkę O zainstalowaną w płaszczyźnie przesłony D. Płytka mikrostrefowa (MZP) daje powiększony obraz obiektu w płaszczyznę detektora. Dawka promieniowania docierająca do próbki ulega znacznemu zmniejszeniu w wyniku dyfrakcji skaningowej. R. m., w którym wykorzystywana jest tylko jedna płytka strefy ogniskowania. Dyfrakcja Najwięcej dostarczył R. m. (do 1991 r.). Najwyższa rozdzielczość ze wszystkich fal radiowych (~50 nm), która wynika z ekstremalnych możliwości technologii wytwarzania płyt strefowych.

Ryż. 4. Schemat dyfrakcyjnego mikroskopu rentgenowskiego z płytkami strefowymi Fresnela; I - źródło promieniowania; D 1 i D 2 - membrany; M - monochromator z siatką dyfrakcyjną; K - płyta strefy Fresnela - skraplacz; MZP - płyta mikrostrefowa; O - obiekt; P - odbiornik promieniowania.

Zastosowanie mikroskopów rentgenowskich. R. m. maks. obiecujące dla problemów biologii i medycyny (ryc. 5, 6). Umożliwiają naukę mokrego życia biologicznego. obiekty - organizmy jednokomórkowe, skrawki tkanek, rozdz. komórki, ich jądra (bez dodatkowego barwienia). Stosowanie „miękkiego” prześwietlenia rentgenowskiego. promieniowanie w pobliżu pasm absorpcyjnych pierwiastków lekkich umożliwia badanie rozkładu tych pierwiastków w strukturze obiektu. Biopolimery składające się z makrocząsteczek (białek, kwasów nukleinowych itp.) są skutecznie badane za pomocą metody kontaktowego promieniowania rentgenowskiego o wysokiej rozdzielczości. mikroskopia. Zastosowanie źródeł impulsowych umożliwia badanie dynamiki procesów w obiektach niestacjonarnych (np. żywych komórkach). W celu uzyskania trójwymiarowych obrazów tkanek w medycynie opracowywane są metody komputerowe. Tomografia rentgenowska mikroobiekty.

R. m. jest z powodzeniem stosowany w materiałoznawstwie do badania cech strukturalnych materiałów polikrystalicznych, polimerowych i kompozytowych (ryc. 7).

Ryż. 5. Obraz z mikrografii kontaktowej żywych płytek ludzkich uzyskany za pomocą pulsacyjnego źródła promieniowania rentgenowskiego (plazma rozpadu w gazie). Na obrazie widoczne są cechy mniejsze niż 10 nm.

Ryż. 6. Obraz okrzemek uzyskany za pomocą mikroskopu dyfrakcyjnego promieni rentgenowskich. Długość fali emisji wynosi 4,5 nm. Skala odpowiada 1 µm.

Ryż. 7. Obraz z mikrografii kontaktowej próbki materiału kompozytowego (włókna szklanego). Jasne obszary to włókna szklane (średnica ok. 10 mikronów), ciemne obszary to polimer. Obraz charakteryzuje gęstość, jednorodność, kierunek i rozkład włókien. Grubość próbki 400 µm, energia fotonów rentgenowskich< 30 кэВ .

Za rozwój metod rentgenowskich. mikroskopii ważne jest tworzenie źródeł promieniowania rentgenowskiego o dużej intensywności. promieniowanie. Jednym z obiecujących źródeł jest wysokotemperaturowa plazma laserowa. Za pomocą obrazowania plazmy lustrzanej bada się strukturę i dynamikę procesów zachodzących w takiej plazmie.

Oświetlony.: Optyka i mikroskopia rentgenowska, wyd. G. Szmal i D. Rudolf, przeł. z języka angielskiego, M., 1987. V. A. Slemzin.