Макет рентгеновского микроскопа
| Разработчик: Лаборатория элионики |
Рентгеновская микроскопия является уникальным методом неразрушающего контроля, позволяющим получать информацию о внутренней структуре объектов на микронном и субмикронных уровнях. Простейший рентгеновский микроскоп состоит из микрофокусной рентгеновской трубки и рентгеновской камеры, между которыми располагается объект для исследования. Разрешающая способность микроскопа ограничена размером источника излучения и, как правило, не превышает 1-5 микрон. Улучшить разрешающую способность микроскопа можно за счет использования элементов изображающей оптики, к числу которых относятся многоэлементные преломляющие рентгеновские линзы.
В НИИПФП им. А.Н. Севченко БГУ разработана многоэлементная преломляющая линза для рентгеновских лучей и исследованы ее рентгенооптические характеристики [1-3]. Линза состоит из большого числа (100-300) двояковогнутых эпоксидных микролинз, которые сформированы в стеклянном капилляре: радиус кривизны отдельной микролинзы совпадает с радиусом канала капилляра и может быть выбран из интервала от 10 до 400 мкм, как это описано в [1,3]. Линза является элементом изображающей рентгеновской оптики, и была использована в качестве объектива рентгеновского микроскопа [3].
Фотография микроскопа показана на рисунке 1(а). Микроскоп состоит из рентгеновской трубки с медным анодом 1, преломляющей рентгеновской линзы 2, рентгеновской камеры для регистрации изображения объекта 3. Линза закреплена в гониометре 5. Объект исследования закреплен в держателе 4 и располагается между источником излучения и линзой. Положение объекта и камеры относительно линзы определяется с помощью известной из оптики видимого излучения формулы линзы:
1/a + 1/b = 1/f, (1)
где a- расстояние от источника излучения до линзы, b- от линзы до камеры, f- фокусное расстояние линзы.
Микроскоп работает следующим образом. Рентгеновские лучи от рентгеновской трубки проходят через объект, где испытывают рассеяние и поглощение. Рассеянные лучи от каждой точки на плоскости объекта фокусируются линзой в соответствующую точку на плоскости изображения, где располагается рентгеновская камера, и формируют изображение объекта.
Рисунок 1а. Фотография рентгеновского микроскопа
Рисунок 1б. Фотография преломляющей рентгеновской линзы в виде стеклянного капилляра, содержащего 161 двояковогнутую сферическую микролинзу с радиусом кривизны 50 мкм.
В качестве объектива микроскопа использовалась линза с фокусным расстоянием f, равным 41 мм для фотонов с энергией 8 кэВ. Линза состоит из 161 двояковогнутой эпоксидной микролинзы с радиусом кривизны 50 мкм каждая. Фотография линзы показана на рисунке 1 (б). В качестве источника излучения использовалась рентгеновская трубка БСВ-17 с медным анодом. Рабочее напряжение на аноде трубки — 20 кВ, анодный ток- 14 мА. Энергия фотонов характеристического излучения меди равна 8 кэВ. В качестве рентгеновской камеры для регистрации изображения объекта использовалась ПЗС камера фирмы Photonic Science (модель FDI VHR). Камера содержит ПЗС- матрицу, к которой присоединена волоконно-оптическая шайба с нанесенным сцинтиллятором. Размер рабочей области рентгеновской камеры составляет 18 x 12 мм, число пикселей равно 4008 x 2670. Размер одного пикселя на входе камеры равен 4,5 мкм. Толщина сцинтиллятора оптимизирована для фотонов с энергией в диапазоне от 5 до 35 кэВ. В качестве тестового объекта была выбрана золотая сетка №1000. Проволоки сетки имеют толщину 5 мкм, расстояние между проволоками равно 20,4 мкм.
На рисунке 2 показано изображения сетки №1000 полученные с использование описанного микроскопа при увеличении, равном 9.8.
Рисунок 2а. Изображение золотой сетки № 1000, полученное с помощью микроскопа: экспозиция 1 мин.
Рисунок 2б. Изображение золотой сетки № 1000, полученное с помощью микроскопа: экспозиция 10 мин.
Проведенный анализ изображения сетки №1000 показал, что разрешение микроскопа составляет около 3-4 мкм, поле зрения- около 200 мкм. Увеличение разрешающей способности может быть достигнуто за счет монохроматизации излучения.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. DudchikYu.I., Kolchevsky N.N. A microcapillary lens for X-rays// Nucl.Instr.Meth.- V. 421(A).- 1999.- P. 361-363.
2. Dudchik Yu.I., Kolchevsky N.N., Komarov F.F., Piestrup M.A., Cremer J.T., Gary C.K. Park H., Khounsary A.M. Microspot X-ray focusing using short-focal length compound lenses// Rev.Sci.Instr.- V. 75(11).- 2004.- P.4651-4655.
3. Dudchik Yu.I., Komarov F.F., Piestrup M.A., Gary C.K., Park H., Cremer J.T. Using of a microcapillary refractive X-ray lens for focusing and imaging // Spectrochimica Acta.- Vol. 62 (B).- 2007.- P. 598–602.