Röntgenstraling gefocusseerd met samengestelde lens

Röntgenstraling is in de materiaalkunde en biofysica een belangrijk hulpmiddel bij het bepalen van de structuur van (complexe) moleculen. Zo kan een commerciële katalysatorverbinding in zijn onderdelen worden bestudeerd en ook kan in een IC de spanning in de metaalverbindingen worden gemeten.

De straling voor dit type onderzoek komt allang niet meer uit een Röntgenbuis maar wordt in gerichte, intense bundels van variabele golflengte opgewekt in een forse opslagring voor elektronen, zoals de Europese Synchrotron faciliteit in Grenoble.

Probleem bij dit onderzoek is dat de bundels zich moeilijk laten focusseren. Bij gewoon licht gebeurt dit met behulp van een lens, die door zijn vorm en zijn brekingsindex (de verhouding van de lichtsnelheden in lucht en glas of perspex) de stralen naar één punt dirigeert. Bij röntgenstraling is een glazen lens onbruikbaar omdat de brekingsindex in dat geval zo weinig van één verschilt, dat hoegenaamd geen knik optreedt. Metaallenzen van materiaal met een hoog atoomnummer breken nog het meest maar hebben weer het nadeel van een hoge absorptie. Alternatieven zijn manipulatie met röntgenspiegels of taps toelopende capillairen, maar het blijft behelpen.

Een groep onderzoekers onder leiding van A. Snigirev, verbonden aan het synchrotron in Grenoble, heeft nu een samengestelde lens voorgesteld van een type dat wel werkt (Nature, 7 november). Hun constructie is van een overweldigende eenvoud: in een blok aluminium (met 4 procent koper erin) boorden ze gaatjes van 0,60 millimeter diameter met tussenruimten van 0,025 millimeter. Elke holle cilinder werkt als een zwakke lens, met een brandpuntsafstand van 54 meter. Dertig cilinders op een rij brengen dit getal terug tot 1,8 meter, voor de onderzoekers een experimententeel hanteerbare maat. Doormeten van de samengestelde lens met een rontgenbundel van 14 keV (kilo-elektronvolt) had als resultaat dat er tot binnen 0,008 millimeter was gefocusseerd.

Deze 'ruwe' aanpak is in het geval van borium en aluminium doorgerekend voor röntgenstraling met een energie variërend van van 5 tot 40 keV en voor configuraties van ruim tien tot een kleine duizend gaatjes. Door de geboorde cilinders in de toekomst door bolletjes te vervangen, wordt de bundel niet in een lijn samengebald maar in een punt. Door een juiste materiaalkeuze en geometrie van de holtes, zo schrijven de onderzoekers, moet het zelfs mogelijk zijn deze eenvoudige techniek voor het focusseren van neutronenbundels aan te wenden.

    • Dirk van Delft