• Mikroskop me rreze X
• Përparësitë
• Specifikimet
• Fushat e aplikimit
• Video

Mikroskopi me rreze X Rigaku nano3DX

Mikroskopi me rreze X Rigaku nano3DX ju lejon të studioni strukturën dhe përbërjen e mostrave të mëdha me rezolucion të lartë. Ai bën të mundur jo vetëm zbulimin, por edhe analizimin sasior (si morfometrik ashtu edhe statistik) të zgavrave, çarjeve dhe defekteve të tjera, johomogjeniteteve të përbërjes elementare dhe fazore në materiale dhe produkte të gatshme në nivelin nënmikron, pa shkatërruar absolutisht objektet e kërkimit. Rigaku nano3DX përmban një burim me rreze X me anodë rrotulluese me fuqi të lartë që lejon marrjen e shpejtë të të dhënave eksperimentale dhe kalimin midis materialeve të ndryshme anode për kontrast të mirë dhe/ose depërtim më të madh.

Është vërtetuar se membranat e holla të objekteve biologjike ose filmave organikë studiohen më së miri duke përdorur rrezatimin e një anode kromi. Substanca medicinale aktive në një tabletë farmaceutike dhe një material i përbërë i përforcuar me fibra karboni do të duken më të kundërta në rrezatimin e një anode bakri. Dhe për të punuar me indet e eshtrave, silikatet dhe përbërjet e aluminit, është e nevojshme të përdoret rrezatimi i një anode molibden. Dhe për këtë nuk keni nevojë të blini tre pajisje të ndryshme. Rigaku ishte në gjendje t'i zbatonte të gjitha këto funksione në një.

Një gjenerator i rrezeve X me një anodë rrotulluese - MicroMax-007 HF - është instaluar si burim rrezatimi në mikroskopin me rreze X nano3DX. Dizajni i tij është përmirësuar ndjeshëm në krahasim me burimet e ngjashme të gjeneratave të mëparshme dhe nuk kërkon mirëmbajtje intensive. Fluksi i rezultuar i rrezeve X është i krahasueshëm në intensitet me rrezatimin sinkrotron. Anodat e bakrit, kromit dhe molibdenit janë të disponueshme (të ndryshueshme me prekjen e një butoni).

Në mikroskopin me rreze X nano3DX, imazhet zmadhohen përmes përdorimit të një detektori të veçantë me elementë të vegjël të ndjeshëm. Ky diagram (i treguar më sipër) përfshin vendosjen e mostrës pranë detektorit rezolucion të lartë. Karakterizohet nga koha e shkurtër e akumulimit të sinjalit, stabiliteti dhe rezolucioni i lartë. Qarku i përdorur në instrumente të tjera (treguar më poshtë) karakterizohet nga një distancë e madhe nga kampioni në detektor. Kërkon madhësi të vogla burimi dhe stabilitet jashtëzakonisht të lartë për të shmangur turbullimin e imazhit. Si pasojë - kohë të gjata të akumulimit të sinjalit dhe rezistencë të ulët të zhurmës dhe dridhjeve.;

Diagrami Nano3DX

Qarku i përdorur në pajisje të tjera

Imazhi në të majtë tregon qartë se me një rezolucion dixhital prej 0,27 µm/pixel, linjat në objektin e provës 0,6 µm zgjidhen absolutisht qartë.

• Funksionon duke përdorur një dizajn të rrezeve paralele për të marrë kontrast të lartë dhe akumulim të shpejtë të të dhënave;
• Rezolucioni i lartë edhe në mostra të mëdha dhe të mesme;
• Kontrast i lartë i imazheve që rezultojnë për shkak të aftësisë për të kaluar midis anodave të bëra nga materiale të ndryshme;
• Fushë e madhe shikimi;
• Rezolucioni i lartë i imazhit dixhital;
• Shpejtësia e lartë e grumbullimit të të dhënave për shkak të fuqisë së lartë të burimit të rrezeve X;
• Ndërfaqe miqësore e përdoruesit;
• Shkallë e lartë e sigurisë së personelit.

Burimi MicroMax™-007 HF

Për të kaluar midis burimeve, thjesht thirrni rrezatimin me rreze X dhe ktheni çelësin!

Ilaç farmaceutik në tabletë

Një tabletë që shpërndahet në gjuhë

Një mikroskop me rreze X është një pajisje që studion strukturën mikroskopike dhe strukturën e një objekti duke përdorur rrezatimin me rreze X. Një mikroskop me rreze X ka një kufi rezolucioni më të lartë se një mikroskop me dritë, sepse rrezet X kanë një gjatësi vale më të shkurtër se drita. Një mikroskop me rreze X ndryshon nga një mikroskop drite optik kryesisht në sistemin e tij optik. Lentet e dritës optike dhe prizmat nuk mund të përdoren për të fokusuar rrezet X. Për të pasqyruar rrezet X, një mikroskop me rreze X përdor pasqyrë të lakuar ose plane kristalografike.

Rrezet X kanë fuqi të madhe depërtuese dhe strukturë lineare të spektrit. Mikroskopët me rreze X ndryshojnë në mënyrën e tyre të funksionimit dhe janë ose reflektues ose projektues.

Dizajni i një mikroskopi reflektues përfshin një burim me rreze X, pasqyra reflektori të lakuar të bëra prej kuarci me një shtresë ari, ose reflektori mund të jetë
një kristal i lakuar, detektor imazhi - film fotografik ose konvertues elektrono-optik. Por mikroskopët reflektues me rreze X nuk kanë rezolucion të lartë, kufizohet nga një kënd i vogël i reflektimit total të jashtëm, një gjatësi e madhe fokale dhe kompleksiteti i përpunimit me cilësi të lartë të sipërfaqes reflektuese të pasqyrës. Mikroskopët reflektues me rreze X prodhojnë imazhe shumë të shtrembëruara. Nëse për fokusim përdoren kristalet e lakuar, imazhi gjithashtu rezulton i shtrembëruar për shkak të strukturës së vetë kristalit të vetëm. Prandaj, mikroskopët reflektues me rreze X nuk përdoren gjerësisht. Mikroskopët me rreze X të projektimit janë më efektivë. Parimi i funksionimit të mikroskopëve me rreze X të projeksionit është të formojnë një projeksion hije të objektit në studim në një rreze rrezesh X divergjente që vijnë nga një burim pikësor i rrezatimit me rreze X.

Dizajni i një mikroskopi me rreze X të projektimit përfshin një burim rrezesh X - një tub me rreze X me mikrofokus, një dhomë në të cilën ndodhet pajisja e regjistrimit dhe një dhomë në të cilën ndodhet objekti i studimit. Objekti në një mikroskop të tillë është afër burimit të rrezatimit me rreze X, sepse në metodën e mikroskopisë me rreze X raporti i distancave nga burimi i rrezatimit me detektorin dhe me objektin jep një zmadhim të imazhit. Në mikroskopët e projektuar me rreze X, fokusi i tubit është në dritaren e tubit dhe rezolucioni i tyre është deri në
0,5 μm. Zona të ndryshme të një objekti, që kanë dendësi ose përbërje të ndryshme, thithin rrezet X në mënyra të ndryshme. Dhe sa më i madh të jetë diferenca në koeficientët e këtij absorbimi, aq më i saktë është rezultati dhe aq më i ndjeshëm është mikroskopi me rreze X. Prandaj, mikroskopët e projektimit me rreze X studiojnë strukturën mikroskopike, strukturën dhe vetitë e substancave dhe objekteve dhe përdoren në fusha të ndryshme prodhimi dhe shkenca: në mineralogji, biologji, metalurgji, për të përcaktuar cilësinë e përfundimit të sipërfaqes, strukturën e brendshme, përqendrimin e përbërjeve të materialeve të ndryshme. Dhe në të njëjtën kohë, ekzaminimi me një mikroskop projeksion me rreze X kryhet më lehtë, më shpejt dhe me cilësi më të mirë sesa me një mikroskop drite optik.

Mikroskop me rreze X- një pajisje për studimin e objekteve shumë të vogla, dimensionet e të cilave janë të krahasueshme me gjatësinë e valës së rrezeve x. Bazuar në përdorimin e rrezatimit me rreze X me një gjatësi vale nga 0,01 deri në 10 nanometra. Në pjesën me gjatësi vale të gjatë të diapazonit, rajoni me gjatësi vale më të përdorur është 2.3 - 4.4 nm, që korrespondon me të ashtuquajturën. “Dritarja e transparencës së ujit”, në të cilën kryhen studime të mostrave biologjike. Në intervalin me gjatësi vale të shkurtër, mikroskopët me rreze X përdoren për të studiuar strukturën e materialeve të ndryshme strukturore që përmbajnë elementë me numër të lartë atomik.

Mikroskopët me rreze X janë midis mikroskopëve elektronikë dhe atyre optikë për sa i përket rezolucionit. Rezolucioni teorik i një mikroskopi me rreze X arrin 2-20 nanometra, që është një rend i madhësisë më i madh se rezolucioni i një mikroskopi optik (deri në 150 nanometra). Aktualisht, ekzistojnë mikroskopë me rreze X me një rezolucion prej rreth 5 nanometra.

Zhvillimi i mikroskopëve me rreze X është i mbushur me një sërë vështirësish serioze. Rrezet X është pothuajse e pamundur të fokusohen me lente konvencionale. Fakti është se indeksi i thyerjes së rrezeve X në media të ndryshme transparente ndaj tyre është afërsisht i njëjtë dhe ndryshon shumë pak nga uniteti. Luhatjet janë të rendit 10 −4 -10 −5. Për krahasim, indeksi i thyerjes dritë e dukshme në ujë në 20 °C është afërsisht e barabartë me 1.33. Rrezet X gjithashtu nuk devijohen nga fusha elektrike ose magnetike, duke parandaluar përdorimin e lenteve elektrike ose magnetike për fokusim. Sidoqoftë, në optikën moderne me rreze X në Kohët e fundit Lentet që funksionojnë në bazë të efektit të përthyerjes së kundërt (bazuar në ndryshimin në indeksin e thyerjes në një substancë të kondensuar në lidhje me ajrin) janë shfaqur dhe tashmë kanë gjetur aplikim të gjerë. Funksioni i thjerrëzës kryhet nga një zgavër në formë lente brenda materialit, të quajtur lente Snigirev.

Rrezet X nuk perceptohen drejtpërdrejt nga syri i njeriut. Prandaj, për të vëzhguar dhe regjistruar rezultatet, është e nevojshme të përdoren mjete teknike (fotografi ose konvertues elektrono-optik).

Mikroskopi i parë komercial me rreze X u krijua në vitet 50 të shekullit të 20-të nga inxhinieri amerikan Sterling Newbury, një punonjës i General Electric. Ishte një mikroskop projektimi; pllaka fotografike u përdorën për të marrë imazhe.

Ekzistojnë dy lloje të mikroskopëve me rreze X - reflektues dhe projektues. Mikroskopët reflektues përdorin fenomenin e përthyerjes së rrezeve X gjatë incidencës së kullotjes. Mikroskopët e projektimit përdorin fuqinë e lartë depërtuese të rrezeve X. Në to objekti që studiohet vendoset përballë një burimi rrezatimi dhe ndriçohet me rreze X. Për shkak të faktit se koeficienti i përthithjes së rrezeve X varet nga madhësia e atomeve nëpër të cilat ato kalojnë, kjo metodë ju lejon të merrni informacion jo vetëm për strukturën, por edhe për përbërje kimike objekti që studiohet.

Mikroskopët me rreze X të projektimit janë një dhomë në të cilën një burim rrezatimi dhe një pajisje regjistrimi janë të vendosura në skajet e kundërta. Për të marrë një imazh të qartë, është e nevojshme që hapja këndore e burimit të jetë sa më e vogël.

Zmadhimi (M) në metodën e mikroskopisë së projeksionit me rreze X përcaktohet nga raporti i distancave nga burimi i rrezeve X në detektor (b) me distancën nga burimi në objekt (a):

Deri vonë, mikroskopët e këtij lloji nuk përdornin pajisje optike shtesë. Mënyra kryesore për të marrë zmadhimin maksimal është vendosja e objektit sa më afër burimit të rrezeve X. Për ta bërë këtë, fokusi i tubit ndodhet direkt në dritaren e tubit me rreze X ose në pjesën e sipërme të gjilpërës së anodës, e vendosur pranë dritares së tubit. Kohët e fundit, janë zhvilluar mikroskopë që përdorin pllaka të zonës Fresnel për të fokusuar imazhet. Mikroskopë të tillë kanë një rezolucion deri në 30 nanometra.

Mikroskopët e këtij lloji përdorin teknika për të arritur zmadhimin maksimal, për shkak të së cilës rezolucioni linear i mikroskopëve me rreze X të projektimit arrin 0,1-0,5 mikron. Ata përdorin një sistem pasqyrash si lente. Imazhet e krijuara nga mikroskopët reflektues me rreze X, edhe me profilin e saktë të pasqyrave të tyre, shtrembërohen nga devijime të ndryshme të sistemeve optike: astigmatizëm, koma.

Kristalet e lakuara të lakuara përdoren gjithashtu për të fokusuar rrezatimin me rreze X. Por në të njëjtën kohë, cilësia e imazhit ndikohet nga papërsosmëritë strukturore të kristaleve të vetme, si dhe nga vlera e kufizuar e këndeve të difraksionit Bragg. Më parë, mikroskopët reflektues me rreze X nuk ishin të përhapur për shkak të vështirësive teknike të prodhimit dhe funksionimit të tyre.

Në vitin 2019, shkencëtarët rusë nga Tomsk Universiteti Shtetëror(TSU) së bashku me kolegët e tyre gjermanë nga Qendra Gjermane Kërkimore për Fizikën e Grimcave DESY raportuan për përfundimin e zhvillimit dhe testimit të një mikroskopi reflektues thelbësisht të ri me rreze X - i ashtuquajturi. "Mikroskopi Compton" (emërtuar sipas laureat i Nobelit Arthur Compton), parimi i funksionimit të të cilit bazohet në regjistrimin e rrezatimit me rreze X të shpërndarë nga objekti që studiohet. Duke përdorur një metodë të re të mikroskopisë me rreze X, bëhet i mundur studimi jo destruktiv i strukturave të imëta qelizore që më parë ishin të paarritshme edhe për mikroskopin elektronik, duke përfshirë mikrostudimin e strukturave ndërqelizore dhe membranore të qelizave të gjalla të papërgatitura gjatë funksionimit të tyre. Një ekip shkencëtarësh ruso-gjermane arriti të arrijë kontrast imazhi të paarritshëm më parë në mikroskopët me rreze X të tipit projektues, falë përdorimit të sensorëve vendas krom-galium të prodhuar në Tomsk (janë këta sensorë rusë krom-galium që përdoren në CERN Large Hadron Collider në Zvicër, sepse ato porositen më saktë se sa ato të silikonit të importuar).

Mikroskopët e projektimit përdoren gjerësisht në fusha të ndryshme të shkencës, duke përfshirë mjekësinë, mineralogjinë dhe metalurgjinë.

Një avantazh i rëndësishëm i mikroskopëve me rreze X është se ato mund të përdoren për të vëzhguar qelizat e gjalla të paprerë.

Mikroskopi me rreze X

një grup metodash për studimin e strukturës mikroskopike të objekteve duke përdorur rreze x. Në R. m., përdoren instrumente speciale - mikroskopë me rreze x. Kufiri i rezolucionit të tyre mund të jetë 2-3 rend magnitudë më i lartë se ai i dritës, pasi gjatësia e valës λ e rrezatimit me rreze X është 2-3 rend magnitudë më e shkurtër se gjatësia e valës së dritës së dukshme.

Specifikimi i ndërveprimeve me rreze X (Shih rrezet X) me materien përcakton dallimin ndërmjet sistemeve optike me rreze X dhe sistemeve optike për valët e dritës dhe elektronet. Devijimi i vogël i indeksit të thyerjes së rrezeve X nga uniteti (më pak se 10 -4) praktikisht nuk lejon përdorimin e lenteve dhe prizmave për fokusimin e tyre. Lentet elektrike dhe magnetike gjithashtu nuk janë të aplikueshme për këtë qëllim, pasi rrezet X janë inerte ndaj elektrike dhe fusha magnetike. Prandaj, në R. m., për fokusimin e rrezeve X, përdoret dukuria e pasqyrimit total të jashtëm të tyre nga rrafshet e pasqyrës së lakuar ose reflektimi nga rrafshët e lakuar kristalografik (R. m. reflektues). Për shkak të fuqisë së lartë depërtuese, thjeshtësisë së strukturës së linjës së spektrit dhe varësisë së mprehtë të koeficientit të absorbimit të rrezatimit me rreze X nga numri atomik i elementit, rrezatimi me rreze X mund të kryhet duke përdorur metodën e projeksioni në një rreze divergjente rrezesh të emetuara nga një burim "pikës" (projeksion, ose hije, rrezatim me rreze X). .

Një mikroskop reflektues me rreze X përmban një burim mikrofokal të rrezatimit me rreze X, pasqyrë-reflektorë të lakuar prej qelqi (kuarc me një shtresë ari të depozituar mbi të) ose kristale të lakuar të vetme dhe detektorë imazhi (filma fotografikë, konvertues elektron-optikë ( Shihni konvertuesin elektro-optik)). Aktiv oriz. 1 Tregohet një diagram i rrugës së rrezeve në një mikroskop me rreze X me 2 pasqyra të rrotulluara 90° në lidhje me njëra-tjetrën. Marrja e rezolucionit të lartë në rrezatimin optik reflektues kufizohet nga një kënd i vogël i reflektimit total të jashtëm (këndi i kullotjes 1 m) dhe kërkesa shumë të rrepta për cilësinë e trajtimit sipërfaqësor të pasqyrave (mikroskopi me rreze X me ashpërsi të lejuar 10 Å). Rezolucioni i plotë i mikroskopëve reflektues me rreze X përcaktohet nga efekti i difraksionit (në varësi të λ) dhe hapja këndore (Shih Aperturën) , duke mos e tejkaluar këndin e rrëshqitjes. Për shembull, për rrezatim me λ = 1 Å dhe një kënd kullotjeje prej 25", rezolucioni i difraksionit nuk kalon 85 Å (zmadhimi deri në 100,000 herë). Imazhet e krijuara nga mikroskopët reflektues me rreze X, edhe me një profil të saktë të tyre. pasqyrat, janë të shtrembëruara nga devijime të ndryshme të sistemeve optike (Shih. Aberracionet e sistemeve optike) (astigmatizëm, koma).

Kur kristalet e lakuara përdoren për të fokusuar rrezatimin me rreze X, përveç shtrembërimeve gjeometrike, cilësia e imazhit ndikohet nga papërsosmëritë strukturore të kristaleve të vetme, si dhe nga vlera e fundme e këndeve të difraksionit Bragg (shih difraksionin me rreze X ).

Mikroskopët reflektues me rreze X nuk përdoren gjerësisht për shkak të vështirësive teknike të prodhimit dhe funksionimit të tyre.

Radiografitë e projeksionit bazohen në parimin e projeksionit të hijes së një objekti në një rreze divergjente të rrezeve x të emetuara nga një burim "pikës" ( oriz. 2 ). Mikroskopët me rreze X të projektimit përbëhen nga një burim me rreze X super-mikrofokus me fokus 0,1-1 μm në diametër [për shembull, një tub i veçantë me rreze X me mikrofokus ose një kamera obscura (diafragmë) në kombinim me një tub konvencional me fokus të gjerë me rreze X], një aparat fotografik për vendosjen e objektit në studim dhe një pajisje regjistrimi. Rrit M Në metodën e projeksionit, rrezatimi me rreze X përcaktohet nga raporti i distancave nga burimi i rrezeve X në objekt ( A) dhe te detektori ( b): M = b/a(cm. oriz. 3 ).

Prandaj, objekti duhet të jetë në distanca të shkurtra nga burimi i rrezeve X. Për ta bërë këtë, fokusi i tubit ndodhet direkt në dritaren e tubit me rreze X ose në pjesën e sipërme të gjilpërës së anodës, e vendosur pranë dritares së tubit.

Rezolucioni linear i mikroskopëve me rreze X të projektimit arrin 0,1-0,5 μm. Rezolucioni gjeometrik përcaktohet nga sasia e turbullimit (penumbra) të skajit të objektit P r në varësi të madhësisë së burimit të rrezeve X d dhe të rritet M: P r = Md. Rezolucioni i difraksionit varet nga difraksioni i Fresnel "fringe" në skaj: P r = Aλ 1/2 , Ku A - distanca nga burimi në objekt. Sepse A praktikisht nuk mund të jetë më pak se 1 μm, rezolucioni në λ = 1 Å do të jetë 100 Å (nëse dimensionet e burimit ofrojnë të njëjtën rezolucion gjeometrik). Kontrasti në imazh ndodh për shkak të përthithjes së ndryshme të rrezeve x në zona të objektit me densitet ose përbërje të ndryshme; Ndjeshmëria e metodës së projeksionit me rreze X përcaktohet nga ndryshimi në koeficientët e absorbimit të rrezatimit me rreze X në pjesë të ndryshme të objektit në studim.

Projeksioni R. m. përdoret gjerësisht për studimin e strukturës mikroskopike të objekteve të ndryshme: në mjekësi ( oriz. 4 ), në mineralogji ( oriz. 5 ), në metalurgji ( oriz. 6 ) dhe fusha të tjera të shkencës dhe teknologjisë. Duke përdorur një mikroskop me rreze X, mund të vlerësoni cilësinë e lyerjes ose veshjeve të holla, ngjitjes ose përfundimit të produkteve në miniaturë. Kjo ju lejon të merrni mikroradiografi të seksioneve biologjike dhe botanike me një trashësi deri në 200 μm. Përdoret gjithashtu për të analizuar përzierjet e pluhurave të metaleve të lehta dhe të rënda, kur studion strukturën e brendshme të objekteve që janë të errët ndaj rrezeve të dritës dhe elektroneve. Mostrat në studim nuk kanë nevojë të vendosen në vakum, si në një mikroskop elektronik; ato nuk i nënshtrohen veprimit shkatërrues të elektroneve. Përdorimi i konvertuesve të ndryshëm me rreze X në imazhe të dukshme në mikroskopët me rreze X në kombinim me sistemet televizive lejon monitorimin operacional të objekteve në kushtet e kërkimit dhe prodhimit.

Lit.: Umansky Ya. S., Radiografia e metaleve dhe gjysmëpërçuesve, M., 1969; Rovinsky B. M., Lutzau V. G., Camera obscura për mikroskopinë me rreze X në hije, Izv. Akademia e Shkencave e BRSS. Ser. fizike”, 1956, vëll.20, nr.7; Lutzau V.G., Mikroskopia me hije me rreze X të përfshirjeve, heterogjeniteti i përbërjes së kokrrizave dhe papastërtive përgjatë kufijve të tyre, “Laboratori i Fabrikës”, 1959, v.25, nr.3; Cosslett V. E., Nixon W. S., Mikroskopi me rreze X, Kamb., 1960.

V. G. Lutzau.

Oriz. 6b. Fotografitë e mikrostrukturës së një aliazhi alumini me 5% bakër, të marra duke përdorur një mikroskop me rreze X. Për krahasim, të njëjtat zona të aliazhit u hoqën. Sipër dhe poshtë janë fotografitë e lidhjeve me përbërje identike që kristalizohen me shpejtësi të ndryshme ftohjeje (180 më të mirat deg/min, më poshtë 1 deg/min). Mikroskopi me rreze X zbulon një strukturë më të imët të mikrokokrrizave të aliazhit (mikrodendrite - vija të errëta, grupime atomesh bakri përgjatë kufijve të nënkokrrizave - vija të lehta). Zmadhimi në imazhin e sipërm është 2.5 herë më i madh se në pjesën e poshtme.

Oriz. 6a. Fotografitë e mikrostrukturës së një aliazh alumini me 5% bakër, të marra duke përdorur një mikroskop optik. Për krahasim, të njëjtat zona të aliazhit u hoqën. Sipër dhe poshtë janë fotografitë e lidhjeve me përbërje identike që kristalizohen me shpejtësi të ndryshme ftohjeje (180 më të mirat deg/min, më poshtë 1 deg/min). Zmadhimi në imazhin e sipërm është 2.5 herë më i madh se në pjesën e poshtme.

Oriz. 1. Diagrami i fokusimit të rrezeve X në një mikroskop reflektues me rreze X me 2 pasqyra të kryqëzuara: OO" - boshti optik i sistemit; A - objekti; A" - imazhi i tij. Rrit O"A"/OA.

Enciklopedia e Madhe Sovjetike. - M.: Enciklopedia Sovjetike. 1969-1978 .

Shihni se çfarë është "mikroskopi me rreze X" në fjalorë të tjerë:

Një grup metodash kërkimore mikroskopike. struktura e objekteve duke përdorur një mikroskop me rreze X. R. m. përdoret për të studiuar strukturën e dekompozimit. objekte në mjekësi, mineralogji (Fig. 1), metalurgji (Fig. 2) dhe fusha të tjera të shkencës... Enciklopedia fizike

Mikroskopi me rreze X- Metoda për marrjen e zmadhimit. imazhet e objektit, formës. rreze x rrezet. Lëndët e metalurgjisë në përgjithësi EN mikroskopi me rreze X ... Udhëzues teknik i përkthyesit

Mikroskopi me rreze X- rentgeno mikroskopija statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. Mikroskopi me rreze X vok. Röntgenmikroskopie, f rus. Mikroskopi me rreze X, f pranc. mikroskopi aux rayons X, f … Fizikos terminų žodynas

Mikroskopi me rreze X- një metodë për marrjen e imazheve të zmadhuara të një objekti të formuar nga rrezet X. Shihni gjithashtu: Mikroskopi me mikroskop elektronik mikroskopi difraksioni ... Fjalor Enciklopedik i Metalurgjisë

Një mikroskop me rreze X është një pajisje për ekzaminimin e objekteve shumë të vogla, dimensionet e të cilave janë të krahasueshme me gjatësinë e valës së rrezeve X. Në bazë të përdorimit rrezatimi elektromagnetik me një gjatësi vale nga 0.01 në 1 nanometër. Rrezet X...... Wikipedia - një pajisje elektrike me vakum (Shih Pajisjet elektrovakum) që shërben si burim i rrezatimit me rreze X. Një rrezatim i tillë ndodh kur elektronet e emetuara nga katoda ngadalësohen dhe godasin anodën (anti-katodë); ndërsa energjia e elektroneve,... ... Enciklopedia e Madhe Sovjetike

Fusha e kërkimit në të cilën studiohen dukuritë dhe proceset e përhapjes së rrezeve X. rrezatimi gjatë ndërveprimit të tij me materien dhe elementet për rrezet x po zhvillohen gjithashtu. pajisje. Kur shqyrtohen çështjet e R. o. rreze x Gama është e ndarë në mënyrë konvencionale në... Enciklopedia fizike

Publikimet që mbulojnë një numër studimesh që synojnë analizimin e strukturës atomike të kristaleve fotonike dhe formacioneve natyrore dhe artificiale të grumbullimit janë diskutuar tashmë disa herë. Ky rishikim i shkurtër do të përpiqet të vlerësojë mundësitë e përdorimit të metodave me rreze X për analizën e strukturave të rregullta.

Historia e studimeve të strukturës atomike të kristaleve në rrezet X daton në fillim të shekullit të kaluar. Fillon me hulumtimin e fizikanit gjerman Max von Laue, i cili, me studentët e tij Walter Friedrich dhe Paul Knipping, zbuluan difraksionin e rrezeve X nga kristalet në vitin 1912. Në vitin 1914, Max von Laue u nderua me çmimin Nobel për këtë kërkim. Historiografët e shkencës e quajnë zbulimin e dytë të rëndësishëm zbulimin e fizikanit amerikan Arthur Comptan të një rritje në gjatësinë e valës së rrezatimit të shpërndarë me rreze X në grimcat e strukturës atomike të grafitit, të cilën ai e zbuloi në 1922. dhe shpjegohet brenda kornizës së teorisë së rrezatimit kuantik. Në shpjegimin e efektit të zbuluar, ai propozoi një shprehje që lidh rritjen e gjatësisë së valës me konstantet kuantike dhe këndin e incidencës së rrezatimit.

Pse interesi i studiuesve të strukturave atomike dhe nano-strukturave po kthehet në diapazonin e rrezeve X? Përgjigja për këtë pyetje është e qartë. Për të studiuar strukturën atomike, përdoret rrezatimi me gjatësi vale λ~1, d.m.th., sipas rendit të madhësive të atomeve. Me anë të metodave të analizës strukturore me rreze X (difraksioni me rreze X) studiohen metalet, lidhjet, mineralet, përbërjet inorganike dhe organike, polimeret, materialet amorfe, lëngjet dhe gazet, molekulat e proteinave, acidet nukleike etj. Më i suksesshmi R. s. A. përdoret për të vendosur strukturën atomike të trupave të ngurtë kristalorë. Kjo për faktin se kristalet kanë një strukturë rreptësisht periodike dhe përfaqësojnë një grilë difraksioni për rrezet x të krijuara nga vetë natyra. Kështu, nanostrukturat 3D përfaqësojnë grila të tejdukshme difraksioni me shumë shtresa (MLDs) për fluksin e rrezeve X.

Një raport në faqet e Nanometer në 2006 raportoi mbi studimin e nanostrukturave në një emetues ciklotron me shkatërrimin e vetë strukturës. Në botimin e një ekipi autorësh të SB RAS të Federatës Ruse, parimet e studimit të strukturave të tilla janë analizuar në detaje dhe është bërë përfundimi kryesor se difraksioni i rrezatimit të fortë me rreze X (sinkrotron) është metoda më informuese për studimi dhe testimi jo destruktiv i karakteristikave strukturore të MRD-ve. Në botimet e viteve të kaluara (gjysma e dytë e shekullit të kaluar dhe fillimi i këtij shekulli), mund të gjurmohet evolucioni i zhvillimit të punës për analizën e difraksionit me rreze X të strukturave të rregullta dhe pothuajse të rregullta 3D. Në vitet 50 të shekullit të kaluar, dy grupe shkencëtarësh, njëri i udhëhequr nga John Kendrew, tjetri nga Max Perutz, sqaruan strukturën e hemoglobinës dhe mioglobinës duke i rrezatuar ato me rreze X dhe më pas duke përdorur metodën e analizës së difraksionit me rreze X. (Shiko gjithashtu). Për këto rezultate, në 1962 ata të dy u nderuan me Çmimin Nobel në Kimi "për studimet e tyre të strukturës së proteinave globulare". Që nga ky moment, rrezet X u bënë asistenti kryesor në studimin e strukturave tre-dimensionale të makromolekulave.

Një publikim në arxiv.org mori rezultate mbi rindërtimin e një imazhi të një virusi herpes të miut duke përdorur një kamerë me një matricë CCD duke përdorur metoda matematikore. Vetë imazhi me rreze X u shndërrua në shpërndarjen e densitetit të elektroneve brenda virusit, që do të thoshte "marrje" e imazhit me rreze X. Shkencëtarët arritën të marrin një imazh me kontrast të lartë të virusit me një rezolucion pothuajse rekord prej 22 nanometrash (sot rezolucioni rekord i një mikroskopi difraksioni me rreze X është 15 nm; ky eksperiment tashmë është raportuar në Nanometer). Si përfundim, studiuesit thonë se rezolucioni prej 22 nm që ata arritën në marrjen e imazheve me rreze X të virusit nuk është kufiri dhe, ka shumë të ngjarë, mund të përmirësohet duke përdorur projektin X-FEL, një burim i rrezatimit koherent me rreze X ( lazer me rreze X) duke përdorur elektrone të lira. Projekti X-FEL: Lazeri me rreze X është një strukturë sinkrotronike 3.4 km e gjatë që funksionon në thelb nën tokë dhe përfshin tre zona në tokë. Ai fillon në lokacionin DESY në Hamburg - Bahrenfeld dhe shkon kryesisht nën tokë deri në lokacionin e studimit XFEL, i cili do të instalohet vertikalisht në pjesën jugore të qytetit të Schönefeld (rrethi Pinneberg, Schleswig-Holstein).

Hulumtimi i strukturave atomike të formave natyrore dhe artificiale të inorganike dhe komponimet organike me doza të larta të rrezatimit me rreze X, megjithëse japin karakteristika më të detajuara të strukturës atomike të objekteve në studim, ato, si rregull, shoqërohen me shkatërrimin e plotë ose të pjesshëm të mostrave në studim. Prandaj, kërkimi i mënyrave të testimit jo shkatërrues të strukturës atomike është një problem me të cilin po luftojnë shumë studiues.

Për t'i kapërcyer disi këto probleme, kur kryejnë analizën e difraksionit me rreze X të objekteve pjesërisht të renditura ose plotësisht të çrregulluara (proteina, ADN, viruse, etj.), fizikanët përdorin të ashtuquajturën metodë të shpërndarjes me kënd të vogël. Rrezatimi me rreze X në këtë rast është i përqendruar pranë rrezes parësore - në rajonin e këndeve të vogla të shpërndarjes, domethënë është pak divergjent .

Deri më tani, një zonë premtuese e testimit mikroskopik jo shkatërrues në rangun e rrezeve X është kërkimi duke përdorur një Rreze X Monochromatic të Tunable, pavarësisht nga fakti se publikimi daton në 2002. Në çdo motor kërkimi duke përdorur frazën e shkurtesës angleze të mbyllur në kllapa, mund të kuptoni më në detaje gjendjen e këtyre studimeve. Zhvillimi i mëtejshëm i këtyre punimeve ndjek rrugën e përdorimit të monokromatorëve pulsues me kohëzgjatjen e pulseve të rrezatimit që i afrohen intervalit femta-sekondë. Për shembull, një lazer 1052 nm me xhaul të ulët me përshpejtim pulsi nga 20-KV në 50-MeV tashmë është përdorur.

Zhvillimi i mëtejshëm i këtyre studimeve na duket jashtëzakonisht interesant jo vetëm për studimin e formacioneve biologjike në nivel qelizor, por edhe për problemet e analizimit të mikro dhe nanostrukturave në nivel atomik. Por drejtimi më premtues për zhvillimin e mëtejshëm të kërkimit, sipas mendimit të autorëve të rishikimit, duket se është puna e paraqitur në botime në të cilat u prezantuan metodat e holografisë fluoreshente në rrezet X (XFH dhe XFR), të cilat tërhoqën vëmendja e shumë studiuesve si një mjet i ri eksperimental për shfaqjen e strukturës atomike lokale tredimensionale rreth një elementi të caktuar në një kristal të vetëm. Vlera e kësaj pune është se ajo demonstroi pajisje laboratorike XFH me një burim konvencional të rrezeve X që përdor një monokromatik grafiti me një përkulje të vetme, me lakim të lartë dhe një detektor me rreze X me shpejtësi të lartë numërimi. Me këtë pajisje, janë marrë dhe demonstruar me sukses të dhënat e hologramit të arit me një kristal me cilësi të lartë, pothuajse ekuivalente me ato të marra me një burim rrezatimi sinkrotron.

Holografia me rezolucion atomik me rreze X fluoreshente, e ashtuquajtura holografia e fluoreshencës me rreze X (XFH), u krye nga Tegze dhe Faigel në 1996. XFH ka mënyra normale dhe të anasjellta XFH, të cilat shpjegohen skematikisht në Fig. 6, 7 (a) dhe (b), respektivisht. Në metodën normale XFH, burimi i valës janë atomet që lëshojnë rreze X fluoreshente në mostër. Disa rreze X fluoreshente shpërndahen nga atomet fqinje dhe ndërhyjnë me ato që përhapen drejtpërdrejt jashtë kampionit dhe formojnë një hologram me rezolucion atomik. Nga ana tjetër, metoda e përmbysjes XFH bazohet në kthyeshmërinë optike të metodës normale XFH. Hologrami normalizohet nga ndërhyrja midis rrezeve X të rënë dhe rrezeve të shpërndara nga atomet fqinje të vendosura pranë atomeve fluoreshente. Hologrami regjistrohet si funksion i drejtimit të rrezeve X të rënë. Energjia për ndërtimin e hologrameve në mënyrë normale është e kufizuar nga energjia e rrezeve X fluoreshente. Në metodën e anasjelltë, mund të zgjidhet çdo energji mbi kufirin e absorbimit të elementit fluoreshent. Imazhet atomike rindërtohen nga hologramet duke përdorur një algoritëm të thjeshtë numerik.

Vihet re se imazhet atomike të rindërtuara nga hologramet kanë një problem serioz, të ashtuquajturin problem i imazhit të dyfishtë, domethënë imazhi i konjuguar është i pranishëm në një pozicion qendror simetrik të imazhit real. Për shkak të mbivendosjes së imazhit real me imazhin përkatës, edhe imazhi real shpesh zhduket. Shtrembërimi i imazheve atomike ndodh kryesisht për shkak të këtij fenomeni. Për të zgjidhur këtë problem, u propozua holografia me rreze X me shumë energji (MEXH). Në MEXH, veçoritë e imazhit të rindërtuara në energji të ndryshme përmblidhen nga algoritmi i energjisë së shumëfishtë Barton. Në një imazh të grumbulluar, fazat shtohen në një mënyrë specifike në pozicionet e vërteta atomike, ndërsa ato shtohen rastësisht në pozicionet e imazhit binjak. Për të eliminuar imazhin e dyfishtë, regjistrohen 5-10 mostra holografike. Në përgjithësi, MEXH kryhet në mënyrë të kundërt me një burim rrezatimi sinkrotron të kontrolluar nga energjia. Me një burim konvencional të rrezeve X në laborator, megjithatë, metoda MEXH duke përdorur modalitetin e kundërt është mezi e realizueshme pasi rrezet X monokromatike me intensitet të lartë janë të kufizuara nga karakteristikat e emetimit të materialeve të synuara. Punimi formoi 4 modele holografike gjatë 10 ditëve duke përdorur metodat normale dhe të anasjellta duke përdorur vetëm pajisje laboratorike XFH dhe ofron detaje të matjes së hologrameve duke përdorur të dyja metodat në këtë pajisje laboratorike XFH dhe vlerësimin e performancës së tyre në rindërtimin e një imazhi 3-D të një atomi ari.

Oriz. 6.7 (a) dhe (b) tregojnë konfigurimet eksperimentale për metodat normale dhe të anasjellta XFH, respektivisht. Rrezet X fluoreshente të emetuara nga kampioni u zbuluan nga një detektor i gjendjes së ngurtë (SSD), i cili ishte projektuar për të zbuluar rrezet X me një shpejtësi leximi prej ~ 10 5 Hz me një rezolucion energjie prej afërsisht 200 eV. Mostra u instalua në një platformë rrotulluese në një kënd φ. Këndet e incidencës dhe daljes së rrezeve X, θ 1 dhe θ 2, kontrolloheshin automatikisht nga një difraktometër biaksial. Intensiteti i fluoreshencës u mat si funksion i këndit azimutal (φ) dhe këndit polar (θ 1 ose θ 2). Në metodën normale, këndi θ 2 është këndi polar, dhe këndi θ 1 mbahet konstant. Një vend i vogël është instaluar përpara SSD-së për të përcaktuar rezolucionin këndor të hologramit. Në metodën e anasjelltë, marrëdhënia midis θ 1 dhe θ 2 është e kundërt se ajo në metodën normale.

Si rezultat i matjeve të hologramit të arit të vetëm kristal 001, u mor një model i qartë holografik pothuajse i barabartë me modelin e marrë me një burim rrezatimi sinkrotron. Rezultatet janë paraqitur në Fig. 8…10. Kohët e matjes ishin rreth 2 ditë në metodën e kundërt XFH Mo K Lα (9,71 keV), Au Lβ (11,49 keV) dhe Au Lγ (13,38 keV). Në imazhet atomike të rindërtuara nga katër modele holografike në të dyja metodat, artefaktet u shtypën ndjeshëm dhe u morën imazhe atomike më të qarta. Kjo punë demonstroi matje të suksesshme me pajisje laboratorike XFH në kombinim me metodën MEXH për ekzaminimin e detajeve të strukturave atomike 3-D.

Shqyrtoni përfundimet:

• Për të studiuar strukturën atomike, përdoret rrezatimi me gjatësi vale λ~1, d.m.th., sipas rendit të madhësive të atomeve.
• Metodat e mikroskopisë së difraksionit tashmë kanë bërë të mundur marrjen e një rezolucioni prej 15 nm këtë vit
• Teknikat ekzistuese monokromatike të sintonizueshme me rreze X dhe holografia me rezolucion atomik me rreze X fluoreshente aktualisht kërkojnë punë jashtëzakonisht intensive operacionet teknologjike, Për shembull
• Në punë, 4 modele holografike u formuan gjatë 10 ditëve duke përdorur metodat normale dhe të kundërta duke përdorur vetëm pajisje laboratorike XFH.
• Kohët e matjes ishin rreth 2 ditë në metodën e kundërt XFH Mo Kα (17,44 keV) dhe afërsisht 8 ditë në modalitetin normal XFH Au Lα (9,71 keV), Au Lβ (11,49 keV) dhe Au Lγ (13,38 keV).

Autorët e rishikimit i vendosën vetes detyrën që të zvogëlojnë ndjeshëm intensitetin e punës së studimeve atomike duke përdorur rrezet X dhe transferimin e metodave për rindërtimin e tyre në metodat tradicionale të holografisë tredimensionale. Sipas ideve tona, metodat e zhvilluara të transferimit të zhytjes në zonën e afërt të strukturës së MRD-ve natyrore dhe artificiale duke përdorur rrymat e përqendruara të rrezeve X në nano-strukturën e grupit të mediave regjistruese me rezolucion të lartë, e ndjekur nga restaurimi tradicional i holografisë 3D të struktura atomike në diapazonin e dukshëm të spektrit të lëkundjeve elektromagnetike, do të lejojë arritjen e objektivave të përcaktuara.

Autorët shprehin mirënjohjen e tyre të thellë për Alexander Anatolyevich Antonov për ndihmën e tij të paçmuar në promovimin e ideve tona në lidhje me teknikat specifike të rrezeve X për trajtimin e rrjedhave dhe materies, të cilat janë paraqitur për diskutim në rishikim.

Lista e burimeve të përdorura:

1. . Mikroskopi me rreze X shpërtheu objektet e vëzhgimit me lazer, Portal Nanometer,
2. . Rezolucioni hapësinor XRD është 200 nm. Nanometri i portalit,
3. . Metamaterialet dhe vetitë optike të nanostrukturave,
4. Një metodë e re për vizualizimin e nanostrukturës së materialeve
5. M. Tegze dhe G. Faigel, Natyra (Londër) 380 , 49 (1996).
6. Laue, Max von (1913). "Kritische Bemerkungen zu den Deutungen der Photoframme von Friedich und Knipping". Physikalische Zeitschrift 14 (10): 421-423. Marrë më 1 prill 1913, botuar në numrin Nr. 10 të 15 majit 1913. Siç citohet në Mehra, Vëllimi 5, Pjesa 2, 2001, f. 922.
7. Arthur H. Compton., Teoria kuantike e shpërndarjes së rrezeve X nga elementet e dritës, Rishikimi fizik, seria e dytë, 1923, vëll. 21, N5
8. NË DHE. Punegov, A.V. Karpov, S.V. Mytnichenko, N.V. Kovalenko, V.A. Çernov. Ndikimi i orientimit azimutal të një grilë difraksioni shumështresor në shpërndarjen koherente dhe difuze të rrezeve X., Izvestia e Akademisë së Shkencave të Federatës Ruse, Seria fizike, 2004, vëllimi 68, nr. 4, f. 540-544
9. Biokimia britanike e shkuara dhe e tashmja, Camb.,.
10. Perutz, Max Ferdinand. Proteinat dhe acidet nukleike: Struktura dhe funksioni. Nju Jork, 1962;
11. Rishikimi i enciklopedisë së lirë Wikipedia. Kristalografia me rreze X
12. Kënga Changyong, Huaidong Jiang, pdf]
13. Yu Erin. Për herë të parë është marrë një imazh me rreze X të virusit. http://www.fund-intent.ru/science/scns142.shtml
14. Changyong Song, Raymond Bergstrom, Damien Ramunno-Johnson, Huaidong Jiang, David Paterson, Martin D. de Jonge, Ian McNulty, Jooyoung Lee, Kang L. Wang dhe Jianwei Miao, Imazhe në shkallë nano të strukturave të varrosura me Specifikimin Elemental X Mikroskopi me difraksion të rrezeve. Letrat e rishikimit fizik, PRL 100 , 025504 (2008), 18 JANAR 2008
15. Frank E. Carroll. Rrezet X monokromatike të sintonizueshme: Një paradigmë e re në mjekësi. AJR: 179, shtator 2002. http://www.ajronline.org/cgi/reprint/179/3/583
16. Frank Carroll. Rrezet X monokromatike të sintonizueshme: Një teknologji mundësuese për imazhet dhe terapinë molekulare/qelizore. Journal of Cellular Biochemistry 90:502-508 (2003) http://www.mxisystems.com/mxi04.pdf
17. Frank E. Carroll. fare/ Rrezet me rreze X monokromatike të sintonizueshme me pulsim nga një burim kompakt: Mundësi të reja
18. Michael Kolbe, Burkhard Beckhoff, Michael Krumrey dhe Gerhard Ulm. Përcaktimi i trashësisë për nanoshtresat Cu dhe Ni: Krahasimi i analizës së fluoreshencës së rrezeve X të bazuar në parametra themelorë plotësisht pa referencë dhe reflektometrisë së rrezeve X Spectrochimica Acta Pjesa B: Spektroskopia atomike Vëllimi 60, numri 4 , 30 prill 2005, Faqe 505-510
19. Y. Takahashi, K. Hayashiand E. Matsubara. Zhvillimi dhe aplikimi i pajisjeve laboratorike të holografisë fluoreshente me rreze x. Qendra Ndërkombëtare për të Dhënat e Difraksionit 2004, Përparimet në Analizën me rreze X, Vëllimi 47.
20. 76 , 3132 (1996).
21. 67 , 3106 (1991).
22. T. Gog, P. M. Len, G. Materlik, D. Bahr, C. S. Fadley dhe C. Sanchez-Hanke, Phys. Rev. Lett. 76 , 3132 (1996).
23. J. J. Barton, Phys. Rev. Lett. 67 , 3106 (1991).