RÖNTGENSTRALING OPSLUITEN LEIDT TOT NAUWE BANDBREEDTE

Onderzoekers van de European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) in Grenoble hebben een techniek ontwikkeld om harde röntgenstraling met beter afgeperkte frequenties te maken. Door de zeer energierijke straling enkele keren te laten weerkaatsen tussen twee platen silicium, wisten ze de golflengte van de bundel zeer nauwkeurig te selecteren (Nature, 23 maart).

Zichtbaar licht laat zich eenvoudig manipuleren met spiegels, prisma's en lenzen om het te laten weerkaatsen, afzonderlijke kleuren te verkrijgen respectievelijk te focusseren. Maar bij röntgenstraling, waarvan de golflengte veel korter is, falen deze middelen. De brekingsindex voor materialen als glas of kwarts is voor zichtbaar licht ongeveer 1,5, maar voor harde röntgenstraling is dat getal nagenoeg 1. Het gevolg is dat röntgenstraling zich van bol geslepen glasoopervlakken niets aantrekt. Ook coatings, die in de optica van zichtbaar licht zeer nuttige diensten bewijzen, zijn in geval van harde röntgenstraling een brug te ver: de dikte van zo'n laag bedraagt een kwart golflengte en dat betekent bij harde röntgenstraling een honderdduizendste van een miljoenste van een meter (10 m). Bij de huidige stand van de techniek zijn dergelijke ultradunne coatings nauwelijks maakbaar.

Om harde röntgenstraling toch in het gareel te krijgen hebben Franse en Duitse onderzoekers de golven opgesloten in een kooi, gesneden uit een en hetzelfde siliciumkristal. De wanden lopen daardoor perfect evenwijdig en hebben een onderlinge afstand van 150 mm. Invallende pulsen röntgenstraling dringen er voor 30 procent door, de rest wordt gereflecteerd. Dat röntgenstralen die loodrecht op een kristal vallen terugkaatsen komt omdat de onderlinge afstand tussen de siliciumatomen in het kristal goed aansluit bij de golflengte.

Op deze wijze wisten de onderzoekers te bereiken dat harde röntgenstraling, opgewekt door snel in de ESRF ronddraaiende elektronen, tot 14 keer in de kooi heen en weer kaatsten. Alleen golven met een zeer nauw bepaalde golflengte overleven dit: alle andere lopen al kaatsend steeds verder uit de maat met nieuw binnengetreden golven, zodat uitdoving ontstaat.

De nieuwe techniek is zeer welkom. Röntgenpulsen met een nauw bepaalde golflengte zijn onontbeerlijk in biofysisch onderzoek naar de structuur van bijvoorbeeld eiwitten. Een andere toepassing van de nieuwe techniek is het tijdelijk opslaan van harde röntgenpulsen: iedere weerkaatsing in de siliciumkooi duurt een nanoseconde (een miljoenste van een seconde).