Ett röntgenmikroskop är en anordning för att undersöka mycket små föremål, vars dimensioner är jämförbara med längden på en röntgenvåg. Baserat på användningen av röntgenstrålning med en våglängd på 0,01 till 10 nanometer. I den långvågiga delen av området, våglängdssektionen 2,3 - 4,4 nm, motsvarande den sk. " fönster för insyn av vatten ", där studier av biologiska prover utförs. I den kortvågiga delen av området används röntgenmikroskop för att studera strukturen hos olika strukturella material som innehåller grundämnen med ett stort atomnummer.
Röntgenmikroskop när det gäller upplösning är mellan elektron- och optiska mikroskop. Den teoretiska upplösningen för ett röntgenmikroskop når 2-20 nanometer , vilket är en storleksordning större än upplösningen för ett optiskt mikroskop (upp till 150 nanometer ). För närvarande finns det röntgenmikroskop med en upplösning på cirka 5 nanometer [1] .
Utvecklingen av röntgenmikroskop är förknippad med ett antal allvarliga svårigheter. Röntgenstrålar är nästan omöjliga att fokusera med konventionella linser. Faktum är att brytningsindexet för röntgenstrålar i olika medier som är transparenta för dem är ungefär detsamma och skiljer sig mycket lite från enhet. Fluktuationerna är i storleksordningen 10 −4 -10 −5 . Som jämförelse är brytningsindexet för synligt ljus i vatten vid 20°C ungefär 1,33. Röntgenstrålar avleds inte heller av elektriska och magnetiska fält, vilket gör det omöjligt att använda elektriska eller magnetiska linser för fokusering. Men i modern röntgenoptik har linser nyligen dykt upp och har redan funnit bred tillämpning, som verkar på grundval av effekten av brytning (baserat på skillnaden i brytningsindexen i kondenserad materia med avseende på luft). En lins funktion utförs av en linsformig hålighet inuti materialet, kallad Snigirev-linsen [2] .
Röntgenstrålar uppfattas inte direkt av det mänskliga ögat. Därför, för att observera och registrera resultaten, är det nödvändigt att använda tekniska medel (fotografisk utrustning eller elektronoptiska omvandlare ).
Det första kommersiella röntgenmikroskopet skapades på 1950-talet av den amerikanske ingenjören Sterling Newbury , anställd på General Electric . Det var ett projektionsmikroskop, fotografiska plattor användes i det för att få en bild.
Det finns två typer av röntgenmikroskop - reflekterande och projektion. Reflekterande mikroskop använder fenomenet brytning av röntgenstrålar under betesincidens. Projektionsmikroskop använder den höga penetrerande kraften hos röntgenstrålar. I dem placeras föremålet som studeras framför en strålkälla och belyses av röntgenstrålar. På grund av det faktum att absorptionskoefficienten för röntgenstrålar beror på storleken på atomerna genom vilka de passerar, gör denna metod det möjligt att få information inte bara om strukturen utan också om den kemiska sammansättningen av föremålet som studeras.
Projektionsröntgenmikroskop är en kammare med en strålningskälla och en inspelningsenhet i motsatta ändar. För att få en tydlig bild är det nödvändigt att källans vinkelöppning är så liten som möjligt.
Förstoringen (M) i metoden för röntgenprojektionsmikroskopi bestäms av förhållandet mellan avstånden från röntgenkällan till detektorn (b) och avståndet från källan till objektet (a):
M = b/aTills nyligen användes inte ytterligare optiska enheter i mikroskop av denna typ. Det främsta sättet att få maximal förstoring är att placera objektet så nära röntgenkällan som möjligt. För att göra detta är rörets fokus placerat direkt på röntgenrörsfönstret eller på toppen av anodnålen placerad nära rörfönstret. Nyligen har mikroskop utvecklats som använder Fresnel-zonplattor för att fokusera bilden. Dessa mikroskop har en upplösning på upp till 30 nanometer.
I mikroskop av denna typ används tekniker för att uppnå maximal förstoring, på grund av vilken den linjära upplösningen hos projektionsröntgenmikroskop når 0,1-0,5 mikron . De använder ett system av speglar som linser. Bilderna som skapas av reflekterande röntgenmikroskop, även med den exakta profilen av deras speglar, förvrängs av olika aberrationer av optiska system : astigmatism , koma .
Böjda enkristaller används också för att fokusera röntgenstrålar. Men samtidigt påverkas bildkvaliteten av strukturella brister hos enkristaller, såväl som det ändliga värdet av Braggs diffraktionsvinklar . Tidigare användes inte reflekterande röntgenmikroskop i stor utsträckning på grund av de tekniska svårigheterna med deras tillverkning och drift.
Under 2019 rapporterade ryska forskare från Tomsk State University (TSU), tillsammans med sina tyska kollegor från det tyska forskningscentret för partikelfysik DESY, om slutförandet av utvecklingen och testningen av ett fundamentalt nytt reflekterande röntgenmikroskop - det så- kallad. "Compton-mikroskop" (uppkallat efter Nobelpristagaren Arthur Compton ), vars funktionsprincip är baserad på fixeringen av röntgenstrålning som sprids av föremålet som studeras [3] . Med hjälp av en ny metod för röntgenmikroskopi blir det möjligt att oförstörande studera tunna cellulära strukturer som tidigare var otillgängliga även för elektronmikroskopi, inklusive mikroundersökning av intracellulära och membranstrukturer hos oförberedda levande celler i processen med deras funktion. Det rysk-tyska forskarteamet lyckades uppnå bildkontrast som tidigare var ouppnåelig på röntgenmikroskop av projektionstyp, tack vare användningen av inhemska krom-gallium-sensorer tillverkade i Tomsk [4] (det är dessa ryska krom-gallium-sensorer som används vid CERN Large Hadron Collider i Schweiz, eftersom de är en storleksordning mer exakta än importerade kisel). [3] [4]
Projektionsmikroskop har använts i stor utsträckning inom olika vetenskapsområden, inklusive medicin , mineralogi , metallurgi .
Med hjälp av ett röntgenprojektionsmikroskop kan du:
En viktig fördel med röntgenmikroskop är att de kan användas för att observera oförberedda levande celler. [5]