Зеркало для нано-фокусировки рентгеновских лучей

 


Рентгеновское излучение с высокой энергией обладает мощным разрушающим свойством, поэтому для фокусировки такого вида излучения применяются специальные зеркала с изогнутой поверхностью, позволяющие минимизировать проникновение лучей во внутреннюю систему приборов. Вследствие отражения зеркалом лазерного луча в очень малом диапазоне углов его поверхность должна составлять 400 мм в длину и улавливать весь испускаемый лазером поток рентгеновских лучей.

Создание высокоточного зеркала, способного сфокусировать рентгеновский луч в пятно, размер которого приближается к минимальному теоретически возможному пределу описано в журнале Review of Scientific Instruments (Focusing mirror for x-ray free-electron lasers).

В качестве материала для фокусирующего зеркала был выбран кремний: будучи относительно легким элементом, он слабо абсорбирует рентгеновское излучение и, таким образом, является стойким к разрушающему воздействию рентгеновских лучей. Другим положительным качеством этого материала является низкое количество неоднородностей, поскольку качество отражающей поверхности сильно влияет на качество отраженного луча. Руководитель работы в RIKEN, Хитоши Охмори (Hitoshi Ohmori) отметил также, что «ключевой задачей в производстве зеркала было получение сверхгладкой поверхности в сочетании с большими размерами этого устройства».

Идеальная поверхность зеркала создавалась в два этапа: сначала с применением высокоточной технологии шлифования с непрерывной электролитической правкой (electrolytic in-process dressing, ELID) ученые добились получения поверхности с неровностями, не превышающими 100 нм. Затем полученную поверхность обрабатывали методом упругого удаления (elastic emission machining, EEM), который основан на химической реакции между кремниевой поверхностью и микроразмерными абразивными частицами. В итоге вся поверхность 400-мм зеркала была выровнена с точностью, при которой неровности не превышали по высоте 2 нм, и получен беспрецедентный результат – как если бы неровности ландшафта не превышали 2 мм на расстоянии от Токио до Осаки (примерно 400 км).

Проверка технических характеристик полученного устройства показала возможность фокусировки 15 кэВ рентгеновского луча, испускаемого аппаратом SPring-8 в пятно диаметром 75 нм, и тем самым практически был достигнут теоретический предел, который может обеспечить зеркальный механизм фокусировки. Теперь перед учеными стоит серьезная задача оптимизации успешно протестированной технологии с целью ее внедрения в масштабное и эффективное производство оптики для фокусировки рентгеновского излучения.


Источник: NanoNewsNet