[{"@context":"http:\/\/schema.org\/","@type":"BlogPosting","@id":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki15\/2020\/12\/24\/rontgenoptik-wikipedia\/#BlogPosting","mainEntityOfPage":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki15\/2020\/12\/24\/rontgenoptik-wikipedia\/","headline":"R\u00f6ntgenoptik – Wikipedia","name":"R\u00f6ntgenoptik – Wikipedia","description":"R\u00f6ntgenoptik ist der Zweig der Optik, der R\u00f6ntgenstrahlen anstelle von sichtbarem Licht manipuliert. 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Es befasst sich mit der Fokussierung und anderen M\u00f6glichkeiten zur Manipulation der R\u00f6ntgenstrahlen f\u00fcr Forschungstechniken wie R\u00f6ntgenkristallographie, R\u00f6ntgenfluoreszenz, Kleinwinkel-R\u00f6ntgenstreuung, R\u00f6ntgenmikroskopie, R\u00f6ntgenphasenkontrastbildgebung, R\u00f6ntgenastronomie etc.  Da R\u00f6ntgenstrahlen und sichtbares Licht beide elektromagnetische Wellen sind, breiten sie sich auf die gleiche Weise im Raum aus, aber aufgrund der viel h\u00f6heren Frequenz und Photonenenergie von R\u00f6ntgenstrahlen interagieren sie sehr unterschiedlich mit Materie.  Sichtbares Licht kann leicht mit Linsen und Spiegeln umgeleitet werden, aber da der Realteil des komplexen Brechungsindex aller Materialien f\u00fcr R\u00f6ntgenstrahlen sehr nahe bei 1 liegt,[1]  Stattdessen neigen sie dazu, zun\u00e4chst einzudringen und schlie\u00dflich von den meisten Materialien absorbiert zu werden, ohne die Richtung stark zu \u00e4ndern.Table of ContentsR\u00f6ntgentechniken[edit]Optik fokussieren[edit]Polykapillaroptik[edit]Zonenplatten[edit]Zusammengesetzte Brechungslinsen[edit]Reflexion[edit]Beugung[edit]Interferenz[edit]Technologien[edit]Spiegel f\u00fcr R\u00f6ntgenoptik[edit]Multilayer f\u00fcr R\u00f6ntgenstrahlen[edit]Harte R\u00f6ntgenspiegel[edit]Siehe auch[edit]Verweise[edit]Externe Links[edit]R\u00f6ntgentechniken[edit]Es gibt viele verschiedene Techniken, um R\u00f6ntgenstrahlen umzulenken, von denen die meisten die Richtung nur um winzige Winkel \u00e4ndern.  Das am h\u00e4ufigsten verwendete Prinzip ist die Reflexion bei streifenden Einfallswinkeln, entweder unter Verwendung der Totalreflexion bei sehr kleinen Winkeln oder bei mehrschichtigen Beschichtungen.  Andere verwendete Prinzipien umfassen Beugung und Interferenz in Form von Zonenplatten, Brechung in zusammengesetzten Brechungslinsen, die viele kleine R\u00f6ntgenlinsen in Reihe verwenden, um durch ihre Anzahl den winzigen Brechungsindex zu kompensieren, Bragg-Reflexion von einer Kristallebene in flach oder gebogene Kristalle.  R\u00f6ntgenstrahlen werden h\u00e4ufig unter Verwendung von Nadell\u00f6chern oder beweglichen Schlitzen, die typischerweise aus Wolfram oder einem anderen Material mit hohem Z-Wert bestehen, kollimiert oder verkleinert.  Enge Teile eines R\u00f6ntgenspektrums k\u00f6nnen mit Monochromatoren ausgew\u00e4hlt werden, die auf einer oder mehreren Bragg-Reflexionen von Kristallen basieren.  R\u00f6ntgenspektren k\u00f6nnen auch manipuliert werden, indem die R\u00f6ntgenstrahlen durch ein Filter (Optik) geleitet werden.  Dies reduziert typischerweise den energiearmen Teil des Spektrums und m\u00f6glicherweise Teile oberhalb der Absorptionskanten der f\u00fcr den Filter verwendeten Elemente.Optik fokussieren[edit]Analytische R\u00f6ntgentechniken wie R\u00f6ntgenkristallographie, Kleinwinkel-R\u00f6ntgenstreuung, Weitwinkel-R\u00f6ntgenstreuung, R\u00f6ntgenfluoreszenz, R\u00f6ntgenspektroskopie und R\u00f6ntgenphotoelektronenspektroskopie profitieren alle von hoher R\u00f6ntgenstrahlung Flussdichten auf den untersuchten Proben.  Dies wird erreicht, indem der divergierende Strahl von der R\u00f6ntgenquelle unter Verwendung einer aus einem Bereich von optischen Fokussierungskomponenten auf die Probe fokussiert wird.  Dies ist auch n\u00fctzlich f\u00fcr Rastersonden-Techniken wie Rastertransmissions-R\u00f6ntgenmikroskopie und Raster-R\u00f6ntgenfluoreszenzbildgebung.Polykapillaroptik[edit]  Eine Polykapillarlinse zum Fokussieren von R\u00f6ntgenstrahlenPolykapillarlinsen sind Anordnungen kleiner hohler Glasr\u00f6hren, die die R\u00f6ntgenstrahlen mit vielen \u00e4u\u00dferen Totalreflexionen an der Innenseite der R\u00f6hren leiten.[2]  Das Array ist so verj\u00fcngt, dass ein Ende der Kapillaren auf die R\u00f6ntgenquelle und das andere auf die Probe zeigt.  Polykapillaroptiken sind achromatisch und daher f\u00fcr die Rasterfluoreszenzbildgebung und andere Anwendungen geeignet, bei denen ein breites R\u00f6ntgenspektrum n\u00fctzlich ist.  Sie sammeln R\u00f6ntgenstrahlen effizient f\u00fcr Photonenenergien von 0,1 bis 30 keV und k\u00f6nnen mit einer Lochblende in 100 mm Entfernung von der R\u00f6ntgenquelle einen Flusszuwachs von 100 bis 10000 erzielen.[3]Da nur R\u00f6ntgenstrahlen, die in einem sehr engen Winkel in die Kapillaren eintreten, vollst\u00e4ndig intern reflektiert werden, werden nur R\u00f6ntgenstrahlen, die von einem kleinen Punkt kommen, durch die Optik \u00fcbertragen.  Polykapillaroptiken k\u00f6nnen nicht mehr als einen Punkt zum anderen abbilden, daher werden sie zur Beleuchtung und Sammlung von R\u00f6ntgenstrahlen verwendet.Zonenplatten[edit]Zonenplatten bestehen aus einem Substrat mit konzentrischen Zonen aus einem phasenverschiebenden oder absorbierenden Material, wobei die Zonen mit zunehmendem Radius enger werden.  Die Zonenbreiten sind so ausgelegt, dass eine \u00fcbertragene Welle an einem einzelnen Punkt konstruktive Interferenzen erh\u00e4lt, die einen Fokus ergeben.[4]  Zonenplatten k\u00f6nnen als Kondensatoren zum Sammeln von Licht verwendet werden, aber auch f\u00fcr die direkte Vollfeldabbildung in beispielsweise einem R\u00f6ntgenmikroskop.  Zonenplatten sind hoch chromatisch und normalerweise nur f\u00fcr eine enge Energiespanne ausgelegt. Daher sind monochromatische R\u00f6ntgenstrahlen f\u00fcr eine effiziente Erfassung und hochaufl\u00f6sende Bildgebung erforderlich.Zusammengesetzte Brechungslinsen[edit]Da die Brechungsindizes bei R\u00f6ntgenwellenl\u00e4ngen so nahe bei 1 liegen, werden die Brennweiten normaler Linsen unpraktisch lang.  Um dies zu \u00fcberwinden, werden Linsen mit sehr kleinen Kr\u00fcmmungsradien verwendet, die in langen Reihen gestapelt sind, so dass die kombinierte Fokussierungsleistung sp\u00fcrbar wird.[5]  Da der Brechungsindex f\u00fcr R\u00f6ntgenstrahlen kleiner als 1 ist, m\u00fcssen diese Linsen konkav sein, um eine Fokussierung zu erreichen, im Gegensatz zu Linsen mit sichtbarem Licht, die f\u00fcr einen Fokussierungseffekt konvex sind.  Kr\u00fcmmungsradien betragen typischerweise weniger als einen Millimeter, so dass die nutzbare R\u00f6ntgenstrahlbreite h\u00f6chstens etwa 1 mm betr\u00e4gt.[6]  Um die Absorption von R\u00f6ntgenstrahlen in diesen Stapeln zu verringern, werden typischerweise Materialien mit sehr niedriger Ordnungszahl wie Beryllium oder Lithium verwendet.  Da der Brechungsindex stark von der R\u00f6ntgenwellenl\u00e4nge abh\u00e4ngt, sind diese Linsen stark chromatisch und die Variation der Brennweite mit der Wellenl\u00e4nge muss f\u00fcr jede Anwendung ber\u00fccksichtigt werden.Reflexion[edit]  Zu den Entw\u00fcrfen, die auf der Reflexion der streifenden Inzidenz in R\u00f6ntgenteleskopen basieren, geh\u00f6ren die von Kirkpatrick-Baez und mehrere von Wolter (Wolter I-IV).Die Grundidee besteht darin, einen R\u00f6ntgenstrahl von einer Oberfl\u00e4che zu reflektieren und die Intensit\u00e4t der in Spiegelrichtung reflektierten R\u00f6ntgenstrahlen zu messen (reflektierter Winkel gleich Einfallswinkel).  Es wurde gezeigt, dass eine Reflexion von einem Parabolspiegel, gefolgt von einer Reflexion von einem hyperbolischen Spiegel, zur Fokussierung von R\u00f6ntgenstrahlen f\u00fchrt.[7]  Da die einfallenden R\u00f6ntgenstrahlen auf die geneigte Oberfl\u00e4che des Spiegels treffen m\u00fcssen, ist die Sammelfl\u00e4che klein.  Sie kann jedoch durch Verschachtelung von Spiegeln ineinander erh\u00f6ht werden.[8]Das Verh\u00e4ltnis der reflektierten Intensit\u00e4t zur einfallenden Intensit\u00e4t ist das R\u00f6ntgenreflexionsverm\u00f6gen f\u00fcr die Oberfl\u00e4che.  Wenn die Grenzfl\u00e4che nicht perfekt scharf und glatt ist, weicht die reflektierte Intensit\u00e4t von der durch das Fresnel-Reflexionsgesetz vorhergesagten ab.  Die Abweichungen k\u00f6nnen dann analysiert werden, um das Dichteprofil der Grenzfl\u00e4che senkrecht zur Oberfl\u00e4che zu erhalten.  Bei Filmen mit mehreren Schichten kann das R\u00f6ntgenreflexionsverm\u00f6gen Schwingungen mit Wellenl\u00e4nge aufweisen, analog zum Fabry-P\u00e9rot-Effekt.  Diese Schwingungen k\u00f6nnen verwendet werden, um auf Schichtdicken und andere Eigenschaften zu schlie\u00dfen.Beugung[edit]  Symmetrisch beabstandete Atome bewirken, dass sich erneut abgestrahlte R\u00f6ntgenstrahlen gegenseitig in den spezifischen Richtungen verst\u00e4rken, in denen sich ihre Wegl\u00e4ngen unterscheiden, 2dS\u00fcnde\u03b8entspricht einem ganzzahligen Vielfachen der Wellenl\u00e4nge \u03bbBei der R\u00f6ntgenbeugung trifft ein Strahl auf einen Kristall und wird in viele spezifische Richtungen gebeugt.  Die Winkel und Intensit\u00e4ten der gebeugten Strahlen zeigen eine dreidimensionale Elektronendichte innerhalb des Kristalls an.  R\u00f6ntgenstrahlen erzeugen ein Beugungsmuster, da ihre Wellenl\u00e4nge typischerweise in der gleichen Gr\u00f6\u00dfenordnung (0,1-10,0 nm) liegt wie der Abstand zwischen den Atomebenen im Kristall.Jedes Atom strahlt einen kleinen Teil der Intensit\u00e4t eines einfallenden Strahls als sph\u00e4rische Welle zur\u00fcck.  Wenn die Atome symmetrisch angeordnet sind (wie in einem Kristall) mit einer Trennung dDiese sph\u00e4rischen Wellen sind nur in Richtungen synchron (konstruktiv addieren), in denen ihre Wegl\u00e4ngendifferenz 2dS\u00fcnde\u03b8 ist gleich einem ganzzahligen Vielfachen der Wellenl\u00e4nge \u03bb.  Der einfallende Strahl scheint daher um einen Winkel 2 & thgr; abgelenkt worden zu sein, wodurch a erzeugt wird Reflexion Punkt im Beugungsmuster.R\u00f6ntgenbeugung ist eine Form der elastischen Streuung in Vorw\u00e4rtsrichtung;  Die ausgehenden R\u00f6ntgenstrahlen haben die gleiche Energie und damit die gleiche Wellenl\u00e4nge wie die einfallenden R\u00f6ntgenstrahlen, nur mit ver\u00e4nderter Richtung.  Im Gegensatz dazu tritt unelastische Streuung auf, wenn Energie vom einfallenden R\u00f6ntgenstrahl auf ein Elektron in der Innenschale \u00fcbertragen wird, das es auf ein h\u00f6heres Energieniveau anregt.  Eine solche unelastische Streuung verringert die Energie (oder erh\u00f6ht die Wellenl\u00e4nge) des ausgehenden Strahls.  Inelastische Streuung ist n\u00fctzlich, um eine solche Elektronenanregung zu untersuchen, jedoch nicht, um die Verteilung der Atome innerhalb des Kristalls zu bestimmen.Photonen mit l\u00e4ngerer Wellenl\u00e4nge (wie ultraviolette Strahlung) h\u00e4tten keine ausreichende Aufl\u00f6sung, um die Atompositionen zu bestimmen.  Im anderen Extremfall sind kurzwellige Photonen wie Gammastrahlen in gro\u00dfer Zahl schwer zu erzeugen, schwer zu fokussieren und zu stark mit Materie zu interagieren, wodurch Teilchen-Antiteilchen-Paare entstehen.\u00c4hnliche Beugungsmuster k\u00f6nnen durch Streuung von Elektronen oder Neutronen erzeugt werden.  R\u00f6ntgenstrahlen werden normalerweise nicht von Atomkernen gebeugt, sondern nur von den sie umgebenden Elektronen.Interferenz[edit]R\u00f6ntgeninterferenz ist die Addition (\u00dcberlagerung) von zwei oder mehr R\u00f6ntgenwellen, die zu einem neuen Wellenmuster f\u00fchrt.  R\u00f6ntgeninterferenz bezieht sich normalerweise auf die Wechselwirkung von Wellen, die miteinander korreliert oder koh\u00e4rent sind, entweder weil sie von derselben Quelle stammen oder weil sie dieselbe oder nahezu dieselbe Frequenz haben.Zwei nicht monochromatische R\u00f6ntgenwellen sind nur dann vollst\u00e4ndig koh\u00e4rent miteinander, wenn beide bei jeder Wellenl\u00e4nge genau den gleichen Wellenl\u00e4ngenbereich und die gleichen Phasendifferenzen aufweisen.Die Gesamtphasendifferenz wird aus der Summe sowohl der Wegdifferenz als auch der anf\u00e4nglichen Phasendifferenz abgeleitet (wenn die R\u00f6ntgenwellen aus zwei oder mehr verschiedenen Quellen erzeugt werden).  Es kann dann geschlossen werden, ob die R\u00f6ntgenwellen, die einen Punkt erreichen, sind in Phase (konstruktive Einmischung) oder au\u00dfer Phase (Destruktive Interferenz).Technologien[edit]Es gibt eine Vielzahl von Techniken, mit denen R\u00f6ntgenphotonen an die entsprechende Stelle auf einem R\u00f6ntgendetektor geleitet werden:Spiegel mit streifendem Einfall in einem Wolter-Teleskop,[7][9][10]  oder ein Kirkpatrick-Baez-R\u00f6ntgenreflexionsmikroskop,Zonenplatten,Gebogene Kristalle,[11]Spiegel mit normaler Inzidenz, die Mehrschichtbeschichtungen verwenden,Eine Linse mit normalem Einfall, \u00e4hnlich einer optischen Linse, wie eine zusammengesetzte Brechungslinse,Mikrostrukturierte optische Arrays, n\u00e4mlich kapillare \/ polykapillare optische Systeme,[12][13][14][15]Bildgebung mit codierter Apertur,Modulationskollimatoren oderR\u00f6ntgenwellenleiter.Die meisten optischen R\u00f6ntgenelemente (mit Ausnahme von streifenden Einfallspiegeln) sind sehr klein und m\u00fcssen f\u00fcr einen bestimmten Einfallswinkel und eine bestimmte Energie ausgelegt sein, wodurch ihre Anwendung bei divergierender Strahlung eingeschr\u00e4nkt wird.  Obwohl die Technologie schnell Fortschritte gemacht hat, sind ihre praktischen Anwendungen au\u00dferhalb der Forschung immer noch begrenzt.  Es werden jedoch Anstrengungen unternommen, um die R\u00f6ntgenoptik in die medizinische R\u00f6ntgenbildgebung einzuf\u00fchren.  Eine der vielversprechenderen Anwendungen besteht beispielsweise darin, sowohl den Kontrast als auch die Aufl\u00f6sung von Mammographiebildern im Vergleich zu herk\u00f6mmlichen Streustrahlengittern zu verbessern.[16]  Eine weitere Anwendung besteht darin, die Energieverteilung des R\u00f6ntgenstrahls zu optimieren, um das Kontrast-Rausch-Verh\u00e4ltnis im Vergleich zur herk\u00f6mmlichen Energiefilterung zu verbessern.[17]Spiegel f\u00fcr R\u00f6ntgenoptik[edit]Die Spiegel k\u00f6nnen aus Glas, Keramik oder Metallfolie bestehen, die mit einer reflektierenden Schicht beschichtet sind.[1]  Die am h\u00e4ufigsten verwendeten reflektierenden Materialien f\u00fcr R\u00f6ntgenspiegel sind Gold und Iridium.  Auch bei diesen ist der kritische Reflexionswinkel energieabh\u00e4ngig.  F\u00fcr Gold bei 1 keV betr\u00e4gt der kritische Reflexionswinkel 2,4 Grad.[18]Die gleichzeitige Verwendung von R\u00f6ntgenspiegeln erfordert:die F\u00e4higkeit, den Ort des Eintreffens eines R\u00f6ntgenphotons in zwei Dimensionen zu bestimmeneine angemessene Erkennungseffizienz.Multilayer f\u00fcr R\u00f6ntgenstrahlen[edit]Kein Material hat eine wesentliche Reflexion f\u00fcr R\u00f6ntgenstrahlen, au\u00dfer bei sehr kleinen Streifwinkeln.  Mehrfachschichten verbessern das kleine Reflexionsverm\u00f6gen von einer einzelnen Grenze aus, indem sie die kleinen reflektierten Amplituden von vielen Grenzen koh\u00e4rent in der Phase addieren.  Wenn beispielsweise eine einzelne Grenze ein Reflexionsverm\u00f6gen von R = 10-4 (Amplitude r = 10-2) aufweist, kann die Addition von 100 Amplituden von 100 Grenzen ein Reflexionsverm\u00f6gen R nahe eins ergeben.  Die Periode \u039b der Mehrfachschicht, die die gleichphasige Addition liefert, ist die der stehenden Welle, die vom Eingangs- und Ausgangsstrahl erzeugt wird, \u039b = \u03bb \/ 2 sin\u03b8, wobei \u03bb die Wellenl\u00e4nge und 2\u03b8 der halbe Winkel zwischen den beiden Strahlen ist.  F\u00fcr \u03b8 = 90 \u00b0 oder Reflexion bei normalem Einfall betr\u00e4gt die Periode der Mehrfachschicht \u039b = \u03bb \/ 2.  Die k\u00fcrzeste Periode, die in einer Mehrfachschicht verwendet werden kann, ist durch die Gr\u00f6\u00dfe der Atome auf etwa 2 nm begrenzt, was Wellenl\u00e4ngen \u00fcber 4 nm entspricht.  F\u00fcr eine k\u00fcrzere Wellenl\u00e4nge muss eine Verringerung des Einfallswinkels & thgr; in Richtung einer st\u00e4rkeren Beweidung verwendet werden.Die Materialien f\u00fcr Mehrfachschichten werden so ausgew\u00e4hlt, dass sie an jeder Grenze die h\u00f6chstm\u00f6gliche Reflexion und die geringste Absorption oder Ausbreitung durch die Struktur ergeben.  Dies wird normalerweise durch leichte Materialien mit geringer Dichte f\u00fcr die Abstandsschicht und ein schwereres Material erreicht, das einen hohen Kontrast erzeugt.  Die Absorption im schwereren Material kann verringert werden, indem es nahe an den Knoten des stehenden Wellenfeldes innerhalb der Struktur positioniert wird.  Gute Distanzmaterialien mit geringer Absorption sind Be, C, B, B4 C und Si.  W, Rh, Ru und Mo sind einige Beispiele f\u00fcr die schwereren Materialien mit gutem Kontrast.Anwendungen umfassen:Optik mit normaler und streifender Inzidenz f\u00fcr Teleskope von EUV bis Hartr\u00f6ntgen.Mikroskope, Strahllinien in Synchrotron- und FEL-Einrichtungen.EUV-Lithographie.Mo \/ Si ist die Materialauswahl f\u00fcr die Reflektoren mit nahezu normalem Einfall f\u00fcr die EUV-Lithographie.Harte R\u00f6ntgenspiegel[edit]Eine R\u00f6ntgenspiegeloptik f\u00fcr ein NuStar-Weltraumteleskop mit einer Leistung von 79 keV wurde unter Verwendung von mehrschichtigen Beschichtungen, computergest\u00fctzter Herstellung und anderen Techniken hergestellt.[19]  Die Spiegel verwenden eine Mehrfachbeschichtung aus Wolfram (W) \/ Silizium (Si) oder Platin (Pt) \/ Siliziumkarbid (SiC) auf zusammengesunkenem Glas, was ein Wolter-Teleskopdesign erm\u00f6glicht.[19]Siehe auch[edit]Verweise[edit]^ ein b Spiller, E. (2003).  “R\u00f6ntgenoptik”. Enzyklop\u00e4die der optischen Technik.  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November 2010 an der Wayback-MaschineExterne Links[edit]"},{"@context":"http:\/\/schema.org\/","@type":"BreadcrumbList","itemListElement":[{"@type":"ListItem","position":1,"item":{"@id":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki15\/#breadcrumbitem","name":"Enzyklop\u00e4die"}},{"@type":"ListItem","position":2,"item":{"@id":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki15\/2020\/12\/24\/rontgenoptik-wikipedia\/#breadcrumbitem","name":"R\u00f6ntgenoptik – Wikipedia"}}]}]