“РЕНТГЕНОВСКАЯ ОПТИКА: КАК И ЧТО УВИДИМ”
Научная сессия Отделения физических наук РАН 22.05.2019 г.
Программа Научной сессии
''Преломляющая рентгеновская оптика: статус, проблемы и перспективы''
''Рентгеновская оптика дифракционного качества: технология, метрология, применения''
Аннотация
Прогресс последних лет в технологии роста многослойных интерференционных зеркал (МИЗ) нормального падения позволил приступить к решению амбициозной задачи – переносу традиционных методов управления световыми пучками в экстремальный ультрафиолетовый (ЭУФ) и мягкий рентгеновский (МР) диапазоны длин волн. Благодаря короткой длине волны, низкому рассеянию и резонансному характеру взаимодействия с веществом, излучение этого диапазона предоставляет уникальные возможности для нанофизики, нанотехнологии и нанодиагностики веществ. Наибольший объем информации о физических процессах, происходящих на Солнце, получается из исследований короны Солнца в ЭУФ и МР диапазонах. Широкополосные МИЗ позволяют транспортировать, фокусировать, проводить спектральный анализ атто- и суб-атто- секундных импульсов электромагнитного излучения без «размытия» волнового пакета, либо даже укорачивать его во времени.
Для использования потенциала МИЗ для изображения и транспортировки пучков без искажений волновых фронтов необходима оптика дифракционного качества для рентгеновского диапазона. По сравнению с традиционной оптикой ее точность должна быть как минимум на два порядка выше. Традиционные методы изготовления и изучения зеркал не обеспечивают этих требований.
В докладе сообщается о развиваемых в ИФМ РАН новых методах изготовления и характеризации оптики дифракционного качества для ЭУФ- и МР-диапазонов. Приводятся примеры применения данной оптики для задач внеземной астрономии, рентгеновской микроскопии и литографии.
''Многослойная рентгеновская оптика на основе бериллия''
Аннотация
Доклад посвящен исследованиям бериллий-содержащих многослойных зеркал (МЗ). Еще в 1990-х годах бериллий применялся в мягком рентгеновском (МР) и экстремальном ультрафиолетовом (ЭУФ) диапазонах в качестве слабопоглощающего материала (спейсера). Однако МЗ на основе спейсера Be обеспечивали высокие коэффициенты отражения только в очень узком диапазоне длин волн 11,2–12,4 нм. На других длинах волн бериллий-содержащие МЗ уступали традиционным МЗ на основе спейсеров Si, Al и Mg. В ходе наших работ было показано, что в диапазоне длин волн λ>17,1 нм бериллий обладает уникальным сочетанием мнимой и действительной частей показателя преломления. Это позволяет использовать Be в качестве рассеивающего материала и в этом качестве одновременно получать и рекордно высокие коэффициенты отражения и спектральную селективность. Гладкость дисперсионной зависимости коэффициента преломления Be позволяет использовать его в коротковолновой части МР-спектра в качестве основы МЗ, предназначенных для применения в широком диапазоне длин волн. Кроме того, применение методики барьерных слоев позволило нам добиться рекордных значений отражения бериллий-содержащих МЗ в диапазоне 11,2–14 нм.
''Методы повышения разрешения и чувствительности в микротомографии путем использования рентгено-оптических элементов''
Аннотация
В настоящее время рентгеновская томография является широко распространенным методом исследования пространственной структуры объектов в различных областях науки и техники. Компьютерная (рентгеновская) томография стала одним из основных диагностических методов в современной медицине. Однако, достигаемые в этих приборах пространственное разрешение и чувствительность оказываются недостаточными для использования приборов во многих иных применениях. Существенным недостатком серийных рентгеновских томографов является тот факт, что инструменты обеспечивают возможность определения поглощения лишь в относительной шкале Хаунсфельда.
Повышение разрешения и чувствительности в настоящее время (ввиду ряда ограничений) может быть достигнуто лишь при уменьшении поля зрения. По этой причине активно ведутся исследования в области рентгеновской микротомогрфии. Основными возможностями повышения разрешения являются проекционное увеличение при использовании микрофокусных источников и/или использование рентгено-оптических элементов. К их числу относятся капилярные линзы, зонные пластинки Френеля, асимметричные отражающие кристаллы (Bragg magnifiers), а также многослойные рентгеновские зеркала, которые, однако, могут быть эффективно применены лишь для мягкого рентгеновского излучения. Отметим, что применение монохроматичного излучения позволяет определять значения линейных коэффициентов поглощения, что существенно повышает качество получаемой информации.
В докладе показаны возможности применения этих элементов в рентгеновской микротомографии как в нашей стране, так и за рубежом. Отдельно рассмотрен вопрос повышения чувствительности рентгеновских томографов путем применения фазочувствительных методов, что также достигается, в том числе, с использованием различных рентгено-оптических элементов. К последним, кроме выше перечисленных, относятся и дифракционные решетки (Тальбо интерферометрия). Приведены примеры исследования трёхмерной структуры образцов различной природы при различном пространственном разрешении.
''Рентгеновская оптика косого падения и её приложение в проекте орбитальной астрофизической обсерватории «Спектр-РГ»''
Аннотация
В период с 2007 по 2016 год в ИКИ РАН и РФЯЦ-ВНИИЭФ (г.Саров) велась работа по изготовлению рентгеновского зеркального телескопа косого падения ART-XC для орбитальной астрофизической обсерватории «Спектр-РГ» (запуск обсерватории запланирован на 21 июня 2019 года). В рамках этих работ шла разработка технологий изготовления рентгеновских зеркал методом гальванопластики на основе никеля и никель-кобальта с иридиевым покрытием. Сложность задачи заключалась в изготовлении зеркал, пляющих работать до энергий ~30 кэВ с угловым разрешением ≤1′ в поле зрения более 30′. Представлены технологические наработки, решение задачи метрологического обеспечения и результаты наземных испытаний на специализированном калибровочном стенде рентгеновской оптики косого падения в паре с разработанным позиционно-чувствительным и спектрометрическим полупроводниковым детектором на базе CdTe. В совокупности семь зеркальных систем телескопа ART-XC обеспечивают эффективную площадь ~460 см2 по оси зрения на энергии 8 кэВ.