Röntgenlichtleiter mit großen Ablenkungswinkeln

Röntgenstrahlung auf krummen Wegen

Röntgenstrahlen besitzen eine nur geringe Wechselwirkung mit der sie umgebenden Materie. Sie durchdringen die meisten Grenzflächen und Körper ohne nennenswerte Abweichung von ihrem geraden Weg. Gleichzeitig fehlen aber auch geeignete Mittel, um einen Röntgenstrahl auch auf krumme Wege zu leiten, beispielsweise damit er sich in eine andere Richtung ausbreitet, oder um den Strahl zu einer bestimmten Stelle zu transportieren.

(a) Gemessene Intensitätsverteilung in Falschfarbendarstellung entlang der Ablenkrichtung. Rot/pink entspricht etwa 1000000 Photonen pro Detektorpixel, blau/gelb etwa 20…100 Photonen. (b) Geometrie des Experimentes, bei dem ein miniaturisierter Kanal in einer Metallschicht als Röntgenlichtleiter wirkt. Der Strahl breitet sich entlang des gekrümmten Kanals aus und kann so in seiner Richtung verändert werden. Die Kanalbreite beträgt 1/10000 mm. (c) Computersimulation der Strahlausbreitung im Kanal mit charakteristischer Modenstruktur. (Grafik: Tim Salditt, Universität Göttingen / A. Rehfeldt, az-design

Forscher am Institut für Röntgenphysik der Universität Göttingen haben nun gezeigt, dass sich auch Röntgenlicht durch gekrümmte Richtlichtleiter „um die Ecke“ führen lässt. Die Ergebnisse sind in der Fachzeitschrift Physical Review Letters erschienen.

Bislang gingen Forscher davon aus, dass ein sogenannter kritischer Winkel mit materialabhängigen Werten im Bereich von wenigen hundertstel Grad die möglichen Ablenkungswinkel begrenzt. „In unserem Experiment mit hochbrillanter Röntgenstrahlung am Hamburger Elektronensynchrotron (DESY) und der Europäischen Synchrotronstrahlungsquelle in Grenoble konnten wir das Röntgenlicht in einem fünf Millimeter langen Lichtleiter mit Ablenkungswinkeln von bis zu 30 Grad ,transportieren‘, weit mehr, als man für viele neue Anwendungen bräuchte“, erklärt Prof. Dr. Tim Salditt vom Institut für Röntgenphysik der Universität Göttingen. Ohne Lichtleiter kommen viele Anwendungen heute besonders in der medizinischen Bildgebung und für industrielle Prüfverfahren nicht mehr aus: ob Endoskopie in der Medizin, interferometrische Vermessung von Objekten, Telekommunikation oder quantenoptische Grundlagenexperimente.

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„Unsere Röntgenlichtleiter bestehen aus winzigen, luftgefüllten Kanälen in einer Metallschicht, die auf einem Siliciumchip aufgebracht wurde“, so Prof. Salditt. „Die Röntgenstrahlung wurde dabei in die offene Stirnseite der Kanäle eingekoppelt und breitete sich entlang der auf Kreislinien angeordneten Kanäle aus. Die Funktionsweise dieser Wellenleiter beruht auf der speziellen Anpassung des Lichtes auf die gekrümmte Kanalform.“ So gehen die Autoren davon aus, dass man mit solchen Kanälen in Zukunft kurze Röntgenpulse teilen und wieder zusammenführen könnte, um zum Beispiel die Pulsdauer von Röntgenlasern zu vermessen, deren Blitze kürzer als eine Billionstel Sekunde leuchten. Auch holografische Röntgenabbildungen mit mehreren Teilstrahlen ließen sich durch Nutzung dieser Lichtleiter realisieren.

Originalveröffentlichung:
Tim Salditt et al. X-ray optics on a chip: Guiding x rays in curved channels. Physical Review Letters. http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.115.203902.

Kontaktadresse:
Prof. Dr. Tim Salditt
Georg-August-Universität Göttingen
Fakultät für Physik – Institut für Röntgenphysik
Friedrich-Hund-Platz 1, 37077 Göttingen
E-Mail: tsaldit@gwdg.de
Internet: www.roentgen.physik.uni-goettingen.de

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