Röntgenmikroskooppi on laite, jolla voidaan tutkia hyvin pieniä esineitä, joiden mitat ovat verrattavissa röntgenaallon pituuteen. Perustuu röntgensäteilyn käyttöön, jonka aallonpituus on 0,01-10 nanometriä. Alueen pitkän aallonpituuden osassa aallonpituusosuus 2,3 - 4,4 nm, mikä vastaa ns. " veden läpinäkyvyyden ikkuna ", jossa suoritetaan biologisten näytteiden tutkimuksia. Alueen lyhyen aallonpituuden osassa röntgenmikroskoopeilla tutkitaan erilaisten rakennemateriaalien rakennetta, jotka sisältävät elementtejä, joilla on suuri atomiluku.
Röntgenmikroskoopit ovat resoluutioltaan elektronimikroskoopin ja optisen mikroskoopin välissä. Röntgenmikroskoopin teoreettinen resoluutio on 2-20 nanometriä , mikä on suuruusluokkaa suurempi kuin optisen mikroskoopin resoluutio (jopa 150 nanometriä ). Tällä hetkellä on olemassa röntgenmikroskooppeja, joiden resoluutio on noin 5 nanometriä [1] .
Röntgenmikroskooppien kehittämiseen liittyy useita vakavia vaikeuksia. Röntgensäteitä on lähes mahdotonta tarkentaa perinteisillä linsseillä. Tosiasia on, että röntgensäteiden taitekerroin erilaisissa niille läpinäkyvissä väliaineissa on suunnilleen sama ja eroaa hyvin vähän yksiköstä. Vaihtelut ovat luokkaa 10 −4 -10 −5 . Vertailun vuoksi näkyvän valon taitekerroin vedessä 20 °C:ssa on noin 1,33. Sähkö- ja magneettikentät eivät myöskään käännä röntgensäteitä, mikä tekee mahdottomaksi käyttää sähköisiä tai magneettisia linssejä tarkentamiseen. Nykyaikaisessa röntgenoptiikassa linssit ovat kuitenkin äskettäin ilmestyneet ja ne ovat jo löytäneet laajan sovelluksen, joka toimii taitevaikutuksen perusteella (perustuu tiivistyneen aineen taitekertoimien eroon ilman suhteen). Linssin toimintoa suorittaa materiaalin sisällä oleva linssimäinen ontelo, jota kutsutaan Snigirevin linssiksi [2] .
Ihmissilmä ei havaitse suoraan röntgensäteitä. Siksi tulosten tarkkailemiseksi ja tallentamiseksi on käytettävä teknisiä keinoja (valokuvauslaitteita tai elektronioptisia muuntimia ).
Ensimmäisen kaupallisen röntgenmikroskoopin loi 1950-luvulla amerikkalainen insinööri Sterling Newbury , General Electricin työntekijä . Se oli projektiomikroskooppi, jossa käytettiin valokuvalevyjä kuvan saamiseksi.
Röntgenmikroskooppeja on kahta tyyppiä - heijastava ja projektio. Heijastavat mikroskoopit käyttävät röntgensäteiden taittumisilmiötä laiduntamisen aikana. Projektiomikroskoopit käyttävät röntgensäteiden suurta läpäisykykyä. Niissä tutkittava kohde asetetaan säteilylähteen eteen ja valaistaan röntgensäteillä. Koska röntgensäteiden absorptiokerroin riippuu niiden atomien koosta, joiden läpi ne kulkevat, tämä menetelmä antaa mahdollisuuden saada tietoa paitsi tutkittavan kohteen rakenteesta myös kemiallisesta koostumuksesta.
Projektioröntgenmikroskoopit ovat kammio, jonka vastakkaisissa päissä on säteilylähde ja tallennuslaite. Selkeän kuvan saamiseksi on välttämätöntä, että lähteen kulma- aukko on mahdollisimman pieni.
Suurennus (M) röntgenprojektiomikroskopiamenetelmässä määritetään röntgenlähteen ja ilmaisimen (b) välisten etäisyyksien suhteesta lähteen ja kohteen (a) väliseen etäisyyteen:
M = b/aViime aikoihin asti tämän tyyppisissä mikroskoopeissa ei käytetty muita optisia laitteita. Pääasiallinen tapa saada suurin suurennus on sijoittaa kohde mahdollisimman lähelle röntgenlähdettä. Tätä varten putken fokus on sijoitettu suoraan röntgenputken ikkunaan tai putken ikkunan lähelle sijoitetun anodineulan yläosaan. Viime aikoina on kehitetty mikroskooppeja, jotka käyttävät Fresnel-vyöhykelevyjä kuvan tarkentamiseen. Näiden mikroskooppien resoluutio on jopa 30 nanometriä.
Tämän tyyppisissä mikroskoopeissa käytetään tekniikoita maksimaalisen suurennuksen saavuttamiseksi, minkä ansiosta projektioröntgemikroskooppien lineaarinen resoluutio saavuttaa 0,1-0,5 mikronia . He käyttävät linsseinä peilijärjestelmää. Heijastavien röntgenmikroskooppien luomat kuvat, jopa niiden peilien tarkalla profiililla, vääristyvät optisten järjestelmien erilaiset poikkeamat : astigmatismi , kooma .
Kaarevia yksittäiskiteitä käytetään myös röntgensäteiden fokusointiin. Mutta samaan aikaan kuvanlaatuun vaikuttavat yksittäiskiteiden rakenteelliset epätäydellisyydet sekä Braggin diffraktiokulmien rajallinen arvo . Aiemmin heijastavia röntgenmikroskooppeja ei käytetty laajalti niiden valmistuksen ja toiminnan teknisten vaikeuksien vuoksi.
Vuonna 2019 venäläiset tutkijat Tomskin valtionyliopistosta (TSU) raportoivat yhdessä saksalaisten kollegoidensa kanssa Saksan hiukkasfysiikan tutkimuskeskuksesta DESY:stä täysin uuden heijastavan röntgenmikroskoopin - ns. nimeltään. "Compton-mikroskooppi" (nimetty Nobel-palkitun Arthur Comptonin mukaan), jonka toimintaperiaate perustuu tutkittavan kohteen levittämän röntgensäteilyn kiinnittämiseen [3] . Uuden röntgenmikroskoopin menetelmän avulla on mahdollista tutkia tuhoamatta ohuita solurakenteita, joihin ei aiemmin ollut edes elektronimikroskopian ulottuvilla, mukaan lukien valmistamattomien elävien solujen solunsisäisten ja kalvorakenteiden mikrotutkimus. niiden toimintaa. Venäläis-saksalainen tutkijaryhmä onnistui saavuttamaan kuvan kontrastin, jota ei aiemmin ollut saavutettu projektiotyyppisillä röntgenmikroskoopeilla, kiitos kotimaisten Tomskissa valmistettujen kromi-gallium-anturien käytön [4] (nämä venäläiset kromi-gallium-anturit käytetään CERNin suuressa hadronitörmäyttimessä Sveitsissä, koska ne ovat suuruusluokkaa tarkempia kuin tuontipii). [3] [4]
Projektiomikroskooppeja on käytetty laajasti eri tieteenaloilla, mukaan lukien lääketiede , mineralogia , metallurgia .
Röntgenprojektiomikroskoopilla voit:
Röntgenmikroskooppien tärkeä etu on, että niillä voidaan tarkkailla valmistamattomia eläviä soluja. [5]