რენტგენის მიკროსკოპი

ცოდნა სინათლეა - Knowledge is light - Знание свет -  

                   რენტგენის მიკროსკოპი

ცოცხალი 10 დღის კანოლა მცენარის რენტგენის მიკროსკოპული სურათი

მოწყობილობა ძალიან პატარა ობიექტების შესასწავლად, რომელთა ზომები შედარებულია რენტგენის ტალღის სიგრძესთან. ეფუძნება რენტგენის გამოსხივების გამოყენებას ტალღის სიგრძით 0,01-დან 10 ნანომეტრამდე. დიაპაზონის გრძელი ტალღის ნაწილში ყველაზე ხშირად გამოყენებული ტალღის სიგრძის რეგიონია 2,3 - 4,4 ნმ, რაც შეესაბამება ე.წ. „წყლის გამჭვირვალობის ფანჯარა“, რომელშიც ტარდება ბიოლოგიური ნიმუშების შესწავლა. მოკლე ტალღის დიაპაზონში რენტგენის მიკროსკოპები გამოიყენება სხვადასხვა სტრუქტურული მასალის სტრუქტურის შესასწავლად, რომლებიც შეიცავს მაღალი ატომური რიცხვების მქონე ელემენტებს.

რენტგენის მიკროსკოპები არის ელექტრონულ და ოპტიკურ მიკროსკოპებს შორის გარჩევადობის თვალსაზრისით. რენტგენის მიკროსკოპის თეორიული გარჩევადობა 2-20 ნანომეტრს აღწევს, რაც ოპტიკური მიკროსკოპის გარჩევადობაზე (150 ნანომეტრამდე) სიდიდის რიგითობით აღემატება. ამჟამად არსებობს რენტგენის მიკროსკოპები, რომელთა გარჩევადობა დაახლოებით 5 ნანომეტრია.

იხ. ვიდეო - В Америке построят первый в мире квантовый рентгеновский микроскоп, использующий квантовую запута... Научная группа из Брукхейвенской национальной лаборатории разработали абсолютно новый рентгеновский микроскоп, который в своей работе использует квантовый мир для формирования «призрачных изображений» биомолекул в высоком разрешении. Вот про это я и хочу вам рассказать сейчас.

Ზოგადი ინფორმაცია

რენტგენის მიკროსკოპების შემუშავება სავსეა მთელი რიგი სერიოზული სირთულეებით. რენტგენის ფოკუსირება თითქმის შეუძლებელია ჩვეულებრივი ლინზებით. ფაქტია, რომ რენტგენის რეფრაქციული ინდექსი მათთვის გამჭვირვალე სხვადასხვა მედიაში დაახლოებით იგივეა და ძალიან ცოტა განსხვავდება ერთიანობისგან. რყევები არის 10−4 -10−5 რიგის მიხედვით. შედარებისთვის, ხილული სინათლის გარდატეხის ინდექსი წყალში 20°C ტემპერატურაზე არის დაახლოებით 1,33. რენტგენის სხივები ასევე არ არის გადახრილი ელექტრული ან მაგნიტური ველებით, რაც ხელს უშლის ელექტრო ან მაგნიტური ლინზების გამოყენებას ფოკუსირებისთვის. ამასთან, თანამედროვე რენტგენის ოპტიკაში ცოტა ხნის წინ გამოჩნდა ლინზები, რომლებიც მოქმედებენ საპირისპირო რეფრაქციის ეფექტის საფუძველზე (დაფუძნებული ჰაერთან შედარებით კონდენსირებულ მატერიაში რეფრაქციული ინდექსის განსხვავებაზე) და უკვე იპოვეს ფართო გამოყენება. ლინზის ფუნქციას ასრულებს ლინზის ფორმის ღრუ მასალაში, რომელსაც ეწოდება სნიგირევის ლინზა .

რენტგენის სხივები პირდაპირ არ აღიქმება ადამიანის თვალით. ამიტომ შედეგების დასაკვირვებლად და ჩასაწერად საჭიროა ტექნიკური საშუალებების გამოყენება (ფოტოგრაფიული ან ელექტრონულ-ოპტიკური გადამყვანები).

პირველი კომერციული რენტგენის მიკროსკოპი შეიქმნა მე-20 საუკუნის 50-იან წლებში ამერიკელმა ინჟინერმა სტერლინგ ნიუბერიმ, General Electric-ის თანამშრომელმა. ეს იყო პროექციის მიკროსკოპი, გამოსახულების მისაღებად გამოიყენებოდა ფოტოგრაფიული ფირფიტები.

არაპირდაპირი წამყვანი ლაზერული ინერციული შერწყმა იყენებს "hohlraum"-ს, რომელიც დასხივებულია ლაზერის სხივის კონუსებით ორივე მხრიდან მის შიდა ზედაპირზე, რათა დაიბანოს შერწყმა მიკროკაფსულა შიგნით გლუვი მაღალი ინტენსივობის რენტგენის სხივებით. უმაღლესი ენერგიის რენტგენის სხივები, რომლებიც შეაღწევს ჰოჰრაუმში, შეიძლება ვიზუალურად ვიზუალურად გამოიყურებოდეს რენტგენის მიკროსკოპის გამოყენებით, როგორიცაა აქ, სადაც რენტგენის გამოსხივება წარმოდგენილია ნარინჯისფერ/წითლად.

რენტგენის მიკროსკოპების სახეები

არსებობს ორი სახის რენტგენის მიკროსკოპი - ამრეკლავი და პროექციის. ამრეკლავი მიკროსკოპები იყენებენ რენტგენის სხივების რეფრაქციის ფენომენს ძოვების დროს. პროექციის მიკროსკოპები იყენებენ რენტგენის სხივების მაღალ შეღწევადობას. მათში შესასწავლი ობიექტი მოთავსებულია გამოსხივების წყაროს წინ და განათებულია რენტგენის სხივებით. გამომდინარე იქიდან, რომ რენტგენის სხივების შთანთქმის კოეფიციენტი დამოკიდებულია ატომების ზომაზე, რომლითაც ისინი გადიან, ეს მეთოდი საშუალებას გაძლევთ მიიღოთ ინფორმაცია არა მხოლოდ სტრუქტურის, არამედ შესწავლილი ობიექტის ქიმიური შემადგენლობის შესახებ.

Პროექტირება

პროექციის რენტგენის მიკროსკოპი არის კამერა, რომელშიც გამოსხივების წყარო და ჩამწერი მოწყობილობა განლაგებულია საპირისპირო ბოლოებზე. მკაფიო გამოსახულების მისაღებად აუცილებელია, რომ წყაროს კუთხოვანი დიაფრაგმა იყოს რაც შეიძლება მცირე.

გადიდება (M) რენტგენის პროექციის მიკროსკოპის მეთოდში განისაზღვრება რენტგენის წყაროდან დეტექტორამდე (ბ) მანძილების თანაფარდობით წყაროდან ობიექტამდე (a):

M = ბ/ა

ბოლო დრომდე, ამ ტიპის მიკროსკოპები არ იყენებდნენ დამატებით ოპტიკურ მოწყობილობებს. მაქსიმალური გადიდების მიღების მთავარი გზა არის ობიექტის რენტგენის წყაროსთან რაც შეიძლება ახლოს განთავსება. ამისათვის მილის ფოკუსი მდებარეობს უშუალოდ რენტგენის მილის ფანჯარაზე ან მილის ფანჯარასთან მოთავსებული ანოდის ნემსის თავზე. ახლახან შეიქმნა მიკროსკოპები, რომლებიც იყენებენ Fresnel-ის ზონის ფირფიტებს სურათების ფოკუსირებისთვის. ასეთ მიკროსკოპებს აქვთ გარჩევადობა 30 ნანომეტრამდე

ამრეკლავი

ამ ტიპის მიკროსკოპები იყენებენ ტექნიკას მაქსიმალური გადიდების მისაღწევად, რის გამოც საპროექციო რენტგენის მიკროსკოპების წრფივი გარჩევადობა აღწევს 0,1-0,5 მიკრონს. ისინი იყენებენ სარკეების სისტემას ლინზებად. ამრეკლავი რენტგენის მიკროსკოპით შექმნილი გამოსახულებები, თუნდაც მათი სარკეების ზუსტი პროფილით, დამახინჯებულია ოპტიკური სისტემების სხვადასხვა აბერაციებით: ასტიგმატიზმი, კომა.

მრუდი ერთკრისტალები ასევე გამოიყენება რენტგენის გამოსხივების ფოკუსირებისთვის. მაგრამ ამავდროულად, გამოსახულების ხარისხზე გავლენას ახდენს ერთკრისტალების სტრუქტურული ნაკლოვანებები, ისევე როგორც ბრაგის დიფრაქციის კუთხეების სასრული მნიშვნელობა. ადრე ამრეკლავი რენტგენის მიკროსკოპები არ იყო გავრცელებული მათი დამზადებისა და ექსპლუატაციის ტექნიკური სირთულეების გამო.

კვადრატული ბერილიუმის ფოლგის ფანჯარა, რომელიც დამონტაჟებულია ფოლადის კორპუსში, ვაკუუმური კამერის დალუქვისთვის

რენტგენის მიკროსკოპი. ბერილიუმი, მისი დაბალი Z რიცხვის გამო, ძალიან გამჭვირვალეა რენტგენის სხივებისთვის.

2019 წელს, ტომსკის სახელმწიფო უნივერსიტეტის (TSU) რუსმა მეცნიერებმა, გერმანელ კოლეგებთან ერთად ნაწილაკების ფიზიკის გერმანიის კვლევის ცენტრიდან DESY, განაცხადეს ფუნდამენტურად ახალი ამრეკლავი რენტგენის მიკროსკოპის შემუშავებისა და ტესტირების დასრულების შესახებ. დაურეკა. „კომპტონის მიკროსკოპი“ (ნობელის პრემიის ლაურეატის არტურ კომპტონის სახელობის), რომლის მოქმედების პრინციპი ეფუძნება შესასწავლი ობიექტის მიერ მიმოფანტული რენტგენის გამოსხივების ჩაწერას. რენტგენის მიკროსკოპის ახალი მეთოდის გამოყენებით შესაძლებელი ხდება არადესტრუქციულად შესწავლილი წვრილი ფიჭური სტრუქტურები, რომლებიც ადრე მიუწვდომელი იყო ელექტრონული მიკროსკოპისთვისაც კი, მათ შორის მოუმზადებელი ცოცხალი უჯრედების უჯრედშიდა და მემბრანული სტრუქტურების მიკროშესწავლა მათი ფუნქციონირებისას. რუსულ-გერმანულმა მეცნიერთა ჯგუფმა მოახერხა გამოსახულების კონტრასტის მიღწევა, რომელიც ადრე მიუღწეველი იყო პროექციის ტიპის რენტგენის მიკროსკოპებზე, ტომსკში დამზადებული შიდა ქრომ-გალიუმის სენსორების გამოყენების წყალობით (ეს არის რუსული ქრომ-გალიუმის სენსორები, რომლებიც გამოიყენება CERN-ის დიდ ადრონულ კოლაიდერში შვეიცარიაში, რადგან ისინი სიდიდის ბრძანებით უფრო ზუსტია, ვიდრე იმპორტირებული სილიკონის).

განაცხადის არეალი

საპროექციო მიკროსკოპები ფართოდ გამოიყენება მეცნიერების სხვადასხვა დარგში, მათ შორის მედიცინაში, მინერალოგიასა და მეტალურგიაში.

რენტგენის პროექციის მიკროსკოპის გამოყენებით შეგიძლიათ:

შეაფასეთ თხელი საფარის ხარისხი

მიიღეთ 200 მიკრონიმდე სისქის ბიოლოგიური და ბოტანიკური სექციების მიკრორადიოგრაფიები.

გამოიყენება მსუბუქი და მძიმე ლითონის ფხვნილების ნარევების გასაანალიზებლად, ობიექტების შიდა სტრუქტურის შესწავლისას, რომლებიც გაუმჭვირვალეა სინათლის სხივებისა და ელექტრონების მიმართ.

რენტგენის მიკროსკოპების მნიშვნელოვანი უპირატესობა ის არის, რომ მათი გამოყენება შესაძლებელია დაუკვეთელი ცოცხალი უჯრედების დასაკვირვებლად.

იხ.ვიდეო- ZEISS Xradia CrystalCT: Your MicroCT for Crystallographic Imaging