Физическая энциклопедия Том 4 - Порохов А.М.
Скачать (прямая ссылка):
разрешение таких Р. м. ~ Х/20кр (0кр ~ критич. угол полного внеш. отражения). Для однородных покрытий Он р ~ К поэтому это отношение не зависит от X н в области 0,1 < S < 4 кэВ для наиб, плотных металлич. покрытий (напр., платины) составляет 5—7 нм. Реальное разрешение Р. м. Киркпатрика — Баэза определяется сферич. аберрацией и комой и обычно составлиет
Рис. 2. Схема отражательного рентгеновского микроскопа скользящего падения Киркпатрика — Баэза; О — источник (излучающий объект); А и В — сферические или цилиндрические зеркала; О' и О" —промежуточные астигматические изображения; O1 — действительное изображение.
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.
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 такнх Р. м. иа оптич. осп определяется соотношением
б =Z (1 М)Х/Ал0, где M — увеличение, 0 — угол скольжеиня, примерно равный Ve апертуры. Напр., для сканирующего Р. м., дающего уменьшенное изображение источника в плоскости просвечиваемого объекта с M — 0,3 н 0=3°, при X = 2,5 нм б = 5 нм. Реальное разрешение зависит от точности изготовления зеркал, имеющих глубоко асферическую форму, и составлиет мкм; необходимая для получения теоретич. разрешения точность (~ 1 нм) пока недостижима для совр. технологии. Полевые аберрации отражат. Р. м. этого типа довольно велнки и ограничивают поле зрения до угл. величины — 1°. Использование многослойных интерференц. покрытий позволяет увеличить угол 0 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).
Рис. 3. Схема отражающего рентгеновского микроскопа с зеркалами нормального падения по схеме Шварцшильда; И — источник; 3j и 3. — зеркала с многослойным покрытием; О — объект; И — приёмник излучения.
Сканирующий'микроскоп этого типа даёт уменьшенное изображение источника с помощью зеркал сферуч. формы, расположенных почти ионцентрически. Для заданных параметров: числовой апертуры А, коэф. уменьшения Af н расстояния от источника до первого зеркала S — существуют такие оптим. значения радиусов кривизны зеркал T1 и га и расстояния между ними, прн к-рых сферич. аберрация, кома и астидоь
РЕНТГЕНОВСКИЙ
РЕНТГЕНОВСКИЙ
тизм прантически отсутствуют. Дифракц. разрешение на оптич. осн определяется, как и для оптич. микроскопа, отношением к!А, при типичном значении А = = 0,3-0,4 в диапазоне к = 10—20 нм оно составляет 30—50 нм. Достижение такого разрешения требует тачного изготовления зеркал и нх взаимной юстировкн с точностью порядка к/к.
В дифракционном рентгеновском микроскопе осн. элементом является зонная пластинка Френеля, к-рая для монохроматич. излучения представляет собой лннзу с фокусным расстоянием f = г*Дт, где Г( — радиус первой зоны Френеля, к — длина волны, т — порядок спектра. Дифракц. разрешение зопной пластинки Френеля определяется шириной крайней зоиы: бт — = 1,22 Дгп/т = 0,61 T1ImV п, где п — номер крайней зоны. Светосила определяется диаметром d = 2rlVп. Эффективность дифракции для зонных пластинок Френеля е амплитудной модуляцией составляет ок. 10% в первом, 2% — во втором и i%— в третьем порядках спектра. Дифракц. Р. м. обычно работает в области
S < 1 кэВ, т. к. для более жёсткого излучения тонкоплёночные зонные пластинки Фреиеля 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
368
Рис. 4, Схема дифракционного рентгеновского микроскопа с зонными пластинками Френеля; И — источник излучения; Д, и Д* — диафрагмы; M — монохроматор с дифракционной решёткой; К — зонная пластинка Френеля — конденсор; МЗП — микрозоннал пластинка; О — объект; П — приёмник излучения.
спектральной ширины Ak ~ к/тп п с помощью конденсора направляют иа образец О, устанавливаемый в плоскости диафрагмы Д. Мнкрозонная 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) каиб. высокое из всех Р. м. разрешение (~50 нм), к-рое определяется предельными возможностямп технологии изготовления зонных пластинок.
Применение рентгеновских микроскопов. Р. м. иаиб. перспективны для задач биологии и медицины (рис. 5, 6). Они позволяют исследовать влажные живые биол. объекты — одноклеточные организмы, срезы ткаией, 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 и т. д.), эффективно изучаются высокоразрешающим методом контактной реитг. микроскопии. Использование импульсных источников даёт возможность исследовать динамику процессов в нестационарных объектах (напр., живых клетках). Для получения трёхмерных изображений ткаией в медицине разрабатываются методы компьютерной рентгеновской томографии микрообъектов.