Что такое рентгеновский микроскоп?

Что такое рентгеновский микроскоп?

Рентгеновский микроскоп — это метод микроскопии, который использует рентгеновские лучи в качестве источника света для наблюдения за структурой объекта.

Рентгеновский микроскоп в основном использует трансмиссионные (абсорбционные) рентгеновские лучи и флуоресцентные рентгеновские лучи, которые являются высокопроникающими рентгеновскими лучами, способными создавать контрастные изображения, используя преимущества реакций затухания, присущих внутренней структуре, толщине и составу материала.

Кроме того, вращая образец и строя 3D-изображение из непрерывно полученных изображений, можно получить томографическое изображение (так называемое КТ). В общем, пространственное разрешение в микроскопии с использованием электромагнитных волн зависит от длины волны электромагнитных волн. Поскольку длина волны рентгеновского излучения в 100–10 000 раз короче длины волны видимого света, можно получить изображение с высоким разрешением.

Применение рентгеновского микроскопа

Рентгеновский микроскоп в основном используется для исследований и разработок в промышленной сфере, а также для инспекций на производственных площадках. Он также может использоваться для оценки структуры горных пород и других материалов для получения параметров для характеристики в качестве нового сырья.

В области производства полупроводников он все чаще используется для характеристики продуктов, прошедших сверхтонкую обработку. При наблюдении биологических образцов, содержащих большое количество воды, изображения с высоким контрастом могут быть получены с использованием диапазона длин волн рентгеновского излучения, где поглощение воды низкое.

Принцип рентгеновского микроскопа

Рентгеновский микроскоп использует рентгеновские лучи для облучения образца и получения изображений, а также выполняет компонентный анализ с использованием трансмиссионных (абсорбционных) рентгеновских лучей и флуоресцентных рентгеновских сигналов, полученных от материала. Длины волн используемых рентгеновских лучей часто называют мягкими рентгеновскими лучами (1-10 нм). В частности, область от 2,3 до 4,3 нм называется «водным окном», поскольку поглощение воды чрезвычайно низкое, и используется для наблюдения за биологическими образцами.

Рентгеновские микроскопы подразделяются на два типа: те, которые используют пропускание рентгеновских лучей в качестве контраста для получения изображений, и те, которые обнаруживают флуоресцентные рентгеновские лучи, генерируемые рентгеновским облучением. Рентгеновская флуоресценция — это сигнал, создаваемый испусканием рентгеновских лучей, соответствующим разнице энергий между внутренней и внешней оболочками, когда электроны внешней оболочки релаксируют в дырки, созданные возбуждением электронов внутренней оболочки в материале рентгеновским облучением.

Поскольку флуоресцентные рентгеновские лучи имеют длины волн, уникальные для каждого атома, их можно применять для элементного анализа. Рентгеновские микроскопы также можно в целом разделить на два типа в зависимости от оптической системы и наличия или отсутствия оптических элементов. Рентгеновский микроскоп без оптических элементов использует метод проекционного увеличения и контактный метод наблюдения.

Поскольку рентгеновское изображение не может быть увеличено с помощью линзы, образец физически отделен от поверхности изображения, а изображение увеличивается и проецируется. Метод получения изображения с использованием оптических элементов реализуется с помощью зонных пластин со световым комментарием или зеркал, которые используют полное или многослойное отражение.

Рентгеновский микроскоп

1. Разница между рентгеновским микроскопом и электронной микроскопией

Рентгеновские микроскопы используют рентгеновские лучи в качестве источника света, тогда как электронная микроскопия использует электронные пучки для освещения образца и увеличения изображения. Электронный пучок — это быстрый поток электронов. Атом состоит из ядра, состоящего из протонов и нейтронов, с вращающимися вокруг него электронами. Когда протоны, нейтроны и электроны ускоряются до очень высоких скоростей в устройстве, называемом ускорителем, они становятся излучением в форме протонных, нейтронных и электронных пучков.

В отличие от рентгеновских лучей, электронные пучки являются пучками частиц и, следовательно, имеют ограниченную проникающую способность. Проникающая способность электронного пучка определяется ускоряющим напряжением: чем выше ускоряющее напряжение, тем глубже могут проникать электроны, и чем ниже плотность облучаемого объекта, тем глубже они могут проникать.

Просвечивающий электронный микроскоп (ПЭМ)
Тонкопленочный образец облучается электронными пучками, и электронные пучки, прошедшие через образец, пропускаются через электронную линзу для получения увеличенного изображения на флуоресцентной пластине, освещенной электронными пучками. Электронная линза изгибает электронный луч с помощью электрического или магнитного поля для формирования изображения.

Сканирующий электронный микроскоп (СЭМ)
Узконаправленный электронный луч облучается в вакууме для сканирования поверхности образца с целью обнаружения вторичных электронов и отраженных электронов, испускаемых образцом. Вторичные электроны — это те, которые испускаются облученным электронным лучом, который выбивает другие электроны в образце, в то время как отраженные электроны — это те, которые испускаются облученными электронами, которые отражаются от поверхности образца.

Когда детектор рентгеновского излучения прикреплен к сканирующему электронному микроскопу, его можно использовать в качестве рентгеновского анализатора для определения типа и количества элементов, содержащихся в образце.

2. Сканирующий рентгеновский микроскоп

Это тип рентгеновского микроскопа, который использует жесткое рентгеновское излучение в качестве зонда. Жесткое рентгеновское излучение имеет короткую длину волны около 0,1 нм, и в принципе возможно высокое разрешение. Помимо пропускания (поглощения), преломления и отражения, взаимодействия с материалами включают фотоэлектроны, флуоресцентное рентгеновское излучение, упругое рассеяние, неупругое рассеяние, магнитное поглощение и рассеяние и многие другие.

Кроме того, его высокая пропускающая способность позволяет проводить неразрушающее наблюдение и используется для атмосферных измерений. Сканирующие рентгеновские микроскопы состоят из сфокусированного рентгеновского пучка, столика для сканирования образца и детектора. При сканировании образца проводится рентгеновский анализ (проходящий рентгеновский, флуоресцентный рентгеновский, рассеянный рентгеновский и т.д.) для визуализации различных видов информации.