Рентгеновское зеркало

Рентгеновское зеркало — оптическое устройство, служащее для управления рентгеновским излучением (отражения рентгеновских лучей, фокусирования и рассеивания). В настоящее время технологии позволяют создавать зеркала для рентгеновских лучей и части экстремального УФ с длиной волны от 2 до 45—55 нанометров. Рентгеновское зеркало состоит из многих слоев специальных материалов (до нескольких сотен слоев).

История рентгеновских зеркал

Области применения

В наиболее коротковолновой части диапазона 0,01-0,02 нм рентгеновские зеркала позволяют фокусировать излучение синхротронов или рентгеновских трубок на исследуемые объекты или формировать параллельные пучки. В частности, их применение увеличивает эффективность рентгеновских трубок в 30-100 раз, что делает возможным заменить синхротронное излучение в ряде биологических, структурных и материаловедческих исследований. Приблизительно в этом же диапазоне лежит излучение высокотемпературной плазмы (лазерной и ТОКАМАКов). Здесь зеркала нашли применение как дисперсионные элементы для спектральных исследований.

В диапазоне 0,6-6 нм лежит характеристическое излучение легких элементов (бора, фосфора). Здесь рентгеновские зеркала также используются для исследования спектров в приборах элементного анализа материалов.

Рентгеновская многослойная оптика широко применяется для формирования фильтрации и управления поляризацией в синхротронных источниках. В области 10-60 нм (экстремальный УФ) лежат линии излучения солнечной плазмы.

Объективы космических телескопов из рентгеновских зеркал и сейчас находятся на орбите и регулярно передают на Землю изображение Солнца на линиях Fe IX - Fe XI (17,5 нм) и Не II (30,4 нм).

Материалы для рентгеновских зеркал

Так как рентгеновское зеркало имеет многослойную структуру (до нескольких сотен слоев), оно требует особых условий производства. Материалы для создания отражающих покрытий должны иметь сверхвысокую чистоту и осаждаются на основу зеркала напылением в вакууме. Для создания таких специальных слоев используются металлы и некоторые химические соединения. Диапазон длин волн в которых будет работать зеркало и дополнительные условия и требования и определяют применение тех или иных материалов для зеркала.

Наиболее употребительные материалы для производства отражающих поверхностей рентгеновских зеркал и их характеристики:

• W/Si -
• W/B₄C -
• Cr/Sc -
• W/Sc -
• Ni/C -
• Cr/C -
• W/C -
• Mo/B₄C -
• Mo/Si -
• W/Si -
• Sc/Si -
• Co/C -
• WC/Si -
• Mo₂B₅/B₄C -
• WSi₂/Si -
• CrB₂/C -
• MoSi₂/Si -

По мере развития рентгеновской оптики спектр применяемых материалов стал значительно шире чем указанный выше (наиболее широкоупотребительные композиции), так, например, в длинноволновой части спектра мягкого рентгеновского излучения весьма эффективны композиции осмий-кремний и осмий-скандий-кремний, а в более жесткой части рентгеновского спектра весьма эффективен гафний и его композиции с другими элементами.

Очень важно отметить также то обстоятельство, что рентгеновские зеркала при малых размерах — устройства сложные и трудоемкие в производстве, и отсюда их стоимость чрезвычайно высока.

В России головной организацией по производству и разработке рентгеновских зеркал является ФИАН им. П.Н. Лебедева РАН.