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Der Kampf zwischen Röntgenstrahlen und sichtbarem Licht: Warum können wir keine gewöhnlichen Linsen verwenden, um Röntgenstrahlen zu fokussieren?
Die Röntgentechnologie ist ein wachsendes Interessengebiet in der wissenschaftlichen Forschung, mit Anwendungsgebieten von der Materialforschung bis zur biomedizinischen Bildgebung. Im Vergleich zu dem sichtbaren Licht, das wir aus dem Alltag kennen, sind Röntgenstrahlen jedoch mit erheblichen Herausforderungen hinsichtlich ihrer Fokussierung und Manipulation verbunden. Dies ist darauf zurückzuführen, dass sie auf sehr unterschiedliche Weise mit Materie interagieren.
Röntgenstrahlen und sichtbares Licht sind beides elektromagnetische Wellen. Da Röntgenstrahlen jedoch über höhere Frequenzen und Teilchenenergien verfügen, ist ihre Wechselwirkung mit Materie nicht so einfach wie die von sichtbarem Licht.
Sichtbares Licht lässt sich durch Linsen und Spiegel leicht lenken und fokussieren. Röntgenstrahlen dringen jedoch tiefer ein und werden letztlich von der Materie ohne große Richtungsänderung absorbiert. Deshalb sind gewöhnliche Linsen nicht zur Fokussierung von Röntgenstrahlen geeignet. Welche Methoden gibt es also, um Röntgenstrahlen umzulenken und zu fokussieren?
Überblick über die Röntgentechnologie
Es gibt verschiedene Techniken, um die Richtung der Röntgenstrahlen zu ändern, hauptsächlich durch kleine Winkelanpassungen. Viele Röntgentechniken nutzen den geschätzten Reflexionswinkel, um eine Fokussierung zu erreichen, insbesondere bei kleinen Winkeln. Zu diesen Technologien gehören:
- Technologie zur Totalreflexion
- Mikroskop mit Mehrschichtvergütung
- Bragg-Reflexionstechnologie
Auch bei der Reflexion beruht die Abkühlung, Aufspaltung und Fokussierung der Röntgenstrahlung auf speziellen Wechselwirkungen mit Materie.
Herausforderungen der Fokussieroptik
Bei vielen analytischen Röntgentechniken, wie etwa der Röntgenkristallographie und der Röntgenkleinwinkelstreuung, ist es sehr wichtig, die Probe mit hochintensiven Röntgenstrahlen zu bestrahlen. Dabei ist in der Regel der Einsatz unterschiedlicher Fokussieroptiken zur Umlenkung des Röntgenstrahls erforderlich.
Polymer-Rohroptik
Eine Polytube-Linse ist eine Anordnung kleiner hohler Glasröhren, die Röntgenstrahlen durch mehrfache Totalreflexion lenkt. Obwohl solche Optiken achromatisch sind, können sie nur kleine Punkte von Lichtquellen abbilden.
Regionalvorstand
Zonenplatten bestehen aus konzentrischen Zonen aus phasenbeeinflussendem oder absorbierendem Material, deren Breite so ausgelegt ist, dass die übertragenen Wellen konstruktiv in einem einzigen Punkt interferieren und dadurch eine fokussierende Wirkung erzielt wird.
Kombinierte Brechungslinse
Da der Brechungsindex von Röntgenstrahlen sehr nahe bei 1 liegt, ist die Brennweite einer gewöhnlichen Linse unpraktisch. Daher ist es notwendig, Linsen mit sehr kleinem Krümmungsradius zu verwenden und diese in langen Reihen zu stapeln, um die Fokussierungsleistung zu erhöhen.
Reflexion und Beugung
Reflexion und Beugung sind zwei wichtige Methoden zur Manipulation von Röntgenstrahlen. Durch Reflexion lassen sich unter bestimmten Winkeln reflektierte Röntgenstrahlen präzise messen, während durch Beugung die Elektronendichteverteilung im Inneren eines Kristalls erklärbar ist.
Die Technik der Röntgenbeugung kann die Anordnung der Atome in einer Kristallstruktur und andere physikalische Eigenschaften aufdecken.
Diese High-Tech-Technologien sind zwar nicht so direkt und einfach wie die Fokussierung von sichtbarem Licht, sie sind jedoch für die Weiterentwicklung der wissenschaftlichen Forschung von entscheidender Bedeutung. Durch den technischen Fortschritt werden Röntgenstrahlen in vielen praktischen Anwendungen, einschließlich der medizinischen Bildgebung, immer häufiger eingesetzt und der Kontrast und die Auflösung der Bilder verbessert.
Zukünftige Entwicklung
Obwohl erste Fortschritte in der Röntgenoptik großes Potenzial gezeigt haben, sind noch viele Herausforderungen zu bewältigen, wie etwa die Verbesserung der Effizienz der Geräte und die Senkung ihrer Kosten. Viele Forscher arbeiten daran, diese neuen Technologien in der klinischen Medizin anzuwenden, insbesondere an der Verbesserung des Kontrasts und der Auflösung von Brust-Röntgenbildern.
Wird die Röntgentechnologie angesichts ihrer fortschreitenden Verbesserung in naher Zukunft zu einem wichtigen Instrument bei der Diagnose und Behandlung von Krankheiten werden?
