X ışını optiği
X ışını optiği, optiğin görünen ışık yerine X ışınları kullanılan bir dalıdır. Görünen ışık için lensler kırılma indisi esasen 1’ den büyük olan şeffaf materyalden yapılırken ; X ışınları içinkırılma indisi birden biraz daha küçüktür.[1] X ışınlarını yönetmenin prensip methodları yansıma, kırınım ve girişimden gelir. Uygulama örnekleri X ışını teleskopları ve X ışını mikroskoplarını içerir. Kırınım, bileşik kırınım merceği için bir temeldir, birçok küçük X ışını merceği seriler halinde X ışınlarının kırınım indisi anı numaralarına göre denklenmişlerdir. Kırınım indisinin hayali kısmı da (soğurmaya karşılık gelen), X ışınlarını yönlendirmek için kullanılabilir. Görünür ışık için de kullanılabilen pim deliği kamerasi buna bir örnektir.
Yansıma değiştir
Temel fikir bir X ışını demetini bir yüzeyden yansıtmak ve aynaya özgü bir yönde yansıyan X ışınlarının yoğunluğunu ölçmektir( yansıma açısı gelen açıya eşittir). Parabolik bir aynadan sonra hiperbolik bir aynadan yansıyan X ışınlarının odaklanabildiği görülmüştür.[2] Gelen X ışınları aynanın eğik yüzeyine vurmak zorunda olduğundan toplama alanı küçüktür.Neyse ki, aynaların iç içe konulduğu yuvalama düzenlemeleriyle büyütülebilir.[3]
Yansıyan yoğunluğun gelen yoğunluğa oranı yüzeyün X ışını yansıtma oranıdır. Eğer arayüzey mükemmel derecede keskin ve pürüzsüz değilse yansıyan yoğunluk Fresnel yansıtma yasasından tahminle sapma yapar. Sapmalaryüzeyin ara yüzey normalinin yoğunluk profilini elde etmek için analiz edilebilir. Çok katmanlı filmler için, X ışını yansıtıcılığı (Fabry- Perot efektine benzer şekilde) dalgaboyuna bağlı olarak kararsızlık gösterebilir. Bu kararsızlıklar katman kalınlıklarını ve özelliklerini belirlemek için kullanılabilir.
Kırınım değiştir
X ışınıkırınımında bir demet bir kristale çarpar ve çok sayıda spesifik yöne kırılır. Kırılan demetlerin açı ve yoğunlukları kristal içinde 3 boyutlu bir elektron yoğunluğu belirtir. X ışınları bir kırınım modeli üretir çünkü dalgaboyları tipik olarak kristaldeki atomik düzlem boşluklarıyla aynı kuvvet sırasına sahiptir (0.1-10.0 nm).
Her atom gelen demetin yoğunluğunun bir kısmını küresel bir dalga şeklinde yeniden yayar. Eğer atomlar bir d mesafesiyle simetrik şekilde düzenlendiyse( bir kristalde bulunduğu gibi), bu küresel dalgalar yalnızca yol-uzunluk farkları 2d sin θ, dalgaboyu λ nın bir tam sayı katı olursa senkronize olurlar. Gelen demet bu yüzden kırınım modelinde bir yansıma yeri oluşturan 2θ lık bir açıyla sapmalıdır.
X ışını kırınımı elastik saçılımın bir formudur; giden X ışınları gelen X ışınları gibi aynı ancak değişik yönde enerjiye ve dalga boyuna sahiptir. Buna zıt olarak, inelastik saçılım enerji gelen X ışınından onu yüksek bir kabuğa çıkaracak şekilde bir iç kabuk elektronuna transfer edilirse oluşur. Bu inelastik saçılım giden demetin enerji seviyesini düşürür ( veya dalga boyunu artırır). İnelastik saçılım bu şekil elektron uyarılmalarını araştırmada kullanışlıdır, fakat atomların kristal içindeki dağılımlarını belirlemede değildir.
Uzun dalga boylu fotonlar (ultraviyoleradyasyonu gibi) atomik pozisyonları belirlemek için yeterli çözünürlüğe sahip değildir. Diğer uç noktada, Kısa dalga boylu gamma ışınları gibi parçacık-anti parçacık grupları üreten fotonlar çok sayıda üretmesi, odaklaması ve maddeyle çok güçlü etkileşim yaptırması zor fotonlardır.
Benzer kırınım modelleri elektron veya nötron saçılımlarıyla elde edilebilir. X ışınları genelde atomik esaslardan kırınım yapmaz.
Girişim değiştir
X-ışını girişim, yeni bir dalga modelinde sonuçlanan iki veya daha fazla X-ışını dalgalarının eklenmesi (süperpozisyon) 'dir. X-ışını girişim genellikle ilişkili ya da birbirleri ile tutarlı olan dalgaların etkileşimi ifade eder ya da aynı kaynaktan gelen veya çünkü aynı veya hemen hemen aynı frekansı var.
İki olmayantek renkli X-ışını dalga oluşturucu dalga boyunda her birinde sadece iki dalga boyu, aynı faz farklarının tam olarak aynı aralığı vardır birbirlerine tamamen tutarlıdır.
Toplam faz farkı yol farkı ve (X-ışını dalga, iki ya da daha çok farklı kaynaklardan elde edilen ise) başlangıç faz farkı, her iki toplamı elde edilir. Daha sonra bir noktaya ulaşan X-ışını dalga faz (yapıcı girişim) veya faz (yıkıcı girişim) dışında olup olmadığı sonucuna varılabilir.
Teknolojiler değiştir
X ışını fotonlarını X ışını dedektöründe uygun bir yere yönlendirmek için kullanılan çeşitli teknikler vardır:
- Geliş aynaları bir Wolter Teleskopunda ,[2][4][5] toplamak veya Kirkpatrick- Baez X ışını yansıma mikroskobunda toplamak,
- Bölge levhaları,
- Bükülmüş kristaller,[6]
- Normal-geliş aynalarının çoklu katman tabakası yapmada kullanımı,
- Tıpkı biroptik mercek gibi normal-geliş merceği, bileşik kırıcı lens gibi,
- Mini-yapı optik serileri, kılcal optik sistemler,[7][8][9][10]
- Kodlanmış aralık görüntülemesi veya
- Modülasyon kolimatörü,
- X ışını dalha yapıları.
X ışını optik birimlerinin çoğu ( geliş aynası toplama dışında) çok küçüktür ve parçacık geliş açısı ve enerjisi için dizayn edilmiştir, bu sayede ıraksak radyasyonda uygulamaları sınırlıdır. Teknoloji çok hızlı bir şekilde gelişmiş olsa da , pratik kullanımları hala sınırlıdır. Büyük bir umut vadeden bir uygulama hem kontrast hem mamografik çözünürlüğü artırır ve konvensiyonel anti-saçılım ızgaralarıyla karşılaştırılır.
X ışını Optiği İçin Aynalar değiştir
Aynalar yansıtıcı katmanla kaplanmış camdan, seramikten veya metal folyodan yapılabilir.[1] X ışını aynaları için en çok kullanılan yansıtıcı materyaller altın ve iridyumdur. Bunlarla birlikte dahi kritik yansıma açısı enerjiye bağlıdır. Altın için 1 keV da kritik yansıma açısı 2.4 derecedir.[11]
X ışınlarının kullanımı aynı anda şunları gerektirir:
- Bir X ışını fotonunun varış yerini iki boyutta belirlemek
- Uygun bir keşif verimliliği.
Sert X ışını Aynaları değiştir
Çoklu katman kaplamaları kullanılarak yapılan, bilgisayar yardımı ve diğer tekniklerle üretilmiş bir X ışını ayna optiği NuStar uzay teleskopu için 79 keV a kadar çalışmaktadır.[12] Aynalar Wolter teleskopu dizaynına izin veren Tungsten(W) / Silicon(Si) veya Platinyum(Pt) / Silikon karbit (SiC) yığılmış cama çoklu kaplama işlemi kullanır.[12]
Bu o zaman sınır olarak düşünülmüştü fakat 2012’deki bir keşif Gama ışını teleskoplarına yoğunlaşmaya izin verdi.[13] Foton enerjisinin 700 keV dan daha büyük olduğu durumlarda kırınım indisi tekrar artmaya başlar.[13]
Kaynakça değiştir
- ^ a b Spiller, E (2003). "X-Ray Optics". Encyclopedia of Optical Engineering: Taylor & Francis. doi:10.1081/E-EOE-120009497.
- ^ a b Rob Petre. "X-ray Imaging Systems". NASA. 22 Kasım 2014 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 13 Mayıs 2016.
- ^ Bradt, Hale (2007). Astronomy Methods. Cambridge University Press. s. 106. ISBN 978 0 521 53551 9.
- ^ Wolter, H. (1952). "Glancing Incidence Mirror Systems as Imaging Optics for X-rays". Annalen der Physik. Cilt 10. s. 94. Bibcode:1952AnP...445...94W. doi:10.1002/andp.19524450108.
- ^ Wolter, H. (1952). "A Generalized Schwarschild Mirror Systems For Use at Glancing Incidence for X-ray Imaging". Annalen der Physik. Cilt 10. s. 286. Bibcode:1952AnP...445..286W. doi:10.1002/andp.19524450410.
- ^ Pikuz, T.A.; Faenov, A.Ya.; Fraenkel, M.; Zigler, A.; Flora, F.; Bollanti, S.; Di Lazzaro, P.; Letardi, T.; Grilli, A.; Palladino, L.; Tomassetti, G.; Reale, A.; Reale, L.; Scafati, A.; Limongi, T.; Bonfigli, F.; Alainelli, L.; Sanchez del Rio, M. (2000). "Using spherically bent crystals for obtaining high-resolution, large-field, monochromatic X-ray backlighting imaging for wide range of Bragg angles". Proceedings of the 27th IEEE International Conference on Plasma Science. Plasma Science. s. 183.
- ^ Kumakhov, MA (1990). "Channeling of photons and new X-ray optics". Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B. 48 (1–4). ss. 283-286. Bibcode:1990NIMPB..48..283K. doi:10.1016/0168-583X(90)90123-C.
- ^ Dabagov, SB (2003). "Channeling of neutral particles in micro- and nanocapillaries". Physics-Uspekhi. 46 (10). ss. 1053-1075. Bibcode:2003PhyU...46.1053D. doi:10.1070/PU2003v046n10ABEH001639.
- ^ "An introduction to X-Ray Optics". 4 Mart 2016 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 13 Mayıs 2016.
- ^ "Polycapillary Optics". 4 Aralık 2013 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 13 Mayıs 2016.
- ^ "CXRO X-Ray Interactions With Matter". henke.lbl.gov. 15 Aralık 2015 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 19 Şubat 2016.
- ^ a b "NuStar: Instrumentation: Optics". 30 Haziran 2012 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 13 Mayıs 2016.
- ^ a b "Tim Wogan - Silicon 'prism' bends gamma rays (May 2012) - PhysicsWorld.com". 12 Mayıs 2013 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 13 Mayıs 2016.