News: Edler Röntgenspiegel
Mit seinem Röntgenblick kann Supermann sehen, was sonst verborgen bleibt. Nur sich selbst wird er damit schlecht durchleuchten können. Denn Röntgenstrahlen lassen sich kaum spiegeln. Es sei denn, er benutzt einen Spiegel aus Saphir.
© Yuri Shvyd`ko, Universität Hamburg (Ausschnitt)
Röntgenstrahlen sind aus dem heutigen Leben nicht mehr wegzudenken. Sicherheitspersonal, Ärzte und Wissenschaftler profitieren von ihrer durchdringenden Natur. Sogar Astronomen haben das Röntgenlicht als Quelle der Erkenntnis über die Natur des Universums erschlossen.
Doch bei der Handhabung dieser Strahlung gibt es heute immer noch einige Probleme: Da sie durch fast alle Materialien hindurchgeht, lässt sie sich nur sehr schwer bündeln oder gar spiegeln. So verfügen Röntgenteleskope zur Zeit lediglich über optische Elemente, welche die Strahlen noch nicht einmal um ein Zehntelgrad umlenken.
Erst vor einigen Jahren gelang es Wissenschaftlern aus Hamburg, "Röntgen-Spiegel" aus reinem Saphir - chemisch Al2O3 – herzustellen. Aber leider reflektieren diese nur Röntgenlicht einer ganz bestimmten Frequenz beziehungsweise Farbe. Damit sind sie für die Astronomie ungeignet, wenn es gilt, ein möglichst breites Spektrum an Röntgenstrahlen zu untersuchen.
Aber Yuri Shvyd`ko und seine Kollegen von der Universität Hamburg und vom Argonne National Laboratory bei Chicago haben schon ein anderes Anwendungsgebiet ausgemacht. Sie versuchten aus hochverspiegelten Saphirkristallen ein so genanntes Fabry-Perot-Interferometer für Röntgenlicht zu konstruieren.
Das ist ein hochauflösendes optisches Gerät, welches im einfachsten Fall aus zwei verspiegelten Platten besteht und schon seit langem vielfältige Anwendung in der Optik und Atomphysik findet.
Wenn der Abstand zwischen den beiden Flächen genau ein ganzzahliges Vielfaches der halben Wellenlänge des einfallenden Lichtes beträgt, können die reflektierten Wellen immer wieder zwischen den Platten hin- und herlaufen und eine stehende Welle bilden. Es entsteht Resonanz. In diesem Fall wird das System trotz der Verspiegelung durchlässig und sich gegenseitig überlagernde Wellen treten aus dem Interferometer aus.
Das daraus resultierende Interferenzmuster stellt eine äußerst genaue Methode dar, die Wellenlänge des einfallenden Lichtes zu messen. Und da die Wellenlängen bei Röntgenstrahlen sehr klein sind, könnten sie zum Beispiel als Vergleichsmaßstab für sehr genaue Längenbestimmungen benutzt werden, die etwa 1000-mal genauer wären als die bisherigen Methoden.
Das Problem dabei ist nur: Die meisten Strahlungsquellen emittieren nie genau eine Frequenz, sondern gleich ein ganzes Spektrum an Röntgenstrahlung. Die unerwünschten Beigaben aber verschmieren das Interferenzmuster und beeinträchtigen die Messung.
Deswegen benutzten Shvyd`ko und seine Kollegen Synchroton-Strahlen als Lichtquelle. Das sind hochenergetische Strahlen, die bei der Beschleunigung von fast lichtschnellen Teilchen quasi als Abfallprodukt bei Teilchenbeschleunigern zum Beispiel am HASYLAB am DESY entstehen.
Aus den Synchrotron-Strahlen filterten die Wissenschaftler dann einen passenden möglichst engen Bereich heraus und leiteten ihn in das Fabry-Perot-Interferometer. Und tatsächlich ließ sich das gewünschte Interferenzmuster für Röntgenstrahlen beobachten.
Außerdem trat noch ein weiterer Effekt auf. Aus dem optischen Gerät gelangte nur ein sehr enges Spektrum der anfangs schon gefilterten Röntgenstrahlen wieder heraus. Damit überbot das neue Interferometer herkömmliche Monochromatoren etwa um den Faktor 100.
Das Saphir-Interferometer eignet sich also nicht nur prinzipiell für genaue Längenmessungen, sondern ist schon auf Anhieb als Frequenzfilter gut zu gebrauchen. Damit ist ein weiterer Schritt zur Zähmung der widerspenstigen Röntgenstrahlung gelungen.
Doch bei der Handhabung dieser Strahlung gibt es heute immer noch einige Probleme: Da sie durch fast alle Materialien hindurchgeht, lässt sie sich nur sehr schwer bündeln oder gar spiegeln. So verfügen Röntgenteleskope zur Zeit lediglich über optische Elemente, welche die Strahlen noch nicht einmal um ein Zehntelgrad umlenken.
Erst vor einigen Jahren gelang es Wissenschaftlern aus Hamburg, "Röntgen-Spiegel" aus reinem Saphir - chemisch Al2O3 – herzustellen. Aber leider reflektieren diese nur Röntgenlicht einer ganz bestimmten Frequenz beziehungsweise Farbe. Damit sind sie für die Astronomie ungeignet, wenn es gilt, ein möglichst breites Spektrum an Röntgenstrahlen zu untersuchen.
Aber Yuri Shvyd`ko und seine Kollegen von der Universität Hamburg und vom Argonne National Laboratory bei Chicago haben schon ein anderes Anwendungsgebiet ausgemacht. Sie versuchten aus hochverspiegelten Saphirkristallen ein so genanntes Fabry-Perot-Interferometer für Röntgenlicht zu konstruieren.
Das ist ein hochauflösendes optisches Gerät, welches im einfachsten Fall aus zwei verspiegelten Platten besteht und schon seit langem vielfältige Anwendung in der Optik und Atomphysik findet.
Wenn der Abstand zwischen den beiden Flächen genau ein ganzzahliges Vielfaches der halben Wellenlänge des einfallenden Lichtes beträgt, können die reflektierten Wellen immer wieder zwischen den Platten hin- und herlaufen und eine stehende Welle bilden. Es entsteht Resonanz. In diesem Fall wird das System trotz der Verspiegelung durchlässig und sich gegenseitig überlagernde Wellen treten aus dem Interferometer aus.
Das daraus resultierende Interferenzmuster stellt eine äußerst genaue Methode dar, die Wellenlänge des einfallenden Lichtes zu messen. Und da die Wellenlängen bei Röntgenstrahlen sehr klein sind, könnten sie zum Beispiel als Vergleichsmaßstab für sehr genaue Längenbestimmungen benutzt werden, die etwa 1000-mal genauer wären als die bisherigen Methoden.
Das Problem dabei ist nur: Die meisten Strahlungsquellen emittieren nie genau eine Frequenz, sondern gleich ein ganzes Spektrum an Röntgenstrahlung. Die unerwünschten Beigaben aber verschmieren das Interferenzmuster und beeinträchtigen die Messung.
Deswegen benutzten Shvyd`ko und seine Kollegen Synchroton-Strahlen als Lichtquelle. Das sind hochenergetische Strahlen, die bei der Beschleunigung von fast lichtschnellen Teilchen quasi als Abfallprodukt bei Teilchenbeschleunigern zum Beispiel am HASYLAB am DESY entstehen.
Aus den Synchrotron-Strahlen filterten die Wissenschaftler dann einen passenden möglichst engen Bereich heraus und leiteten ihn in das Fabry-Perot-Interferometer. Und tatsächlich ließ sich das gewünschte Interferenzmuster für Röntgenstrahlen beobachten.
Außerdem trat noch ein weiterer Effekt auf. Aus dem optischen Gerät gelangte nur ein sehr enges Spektrum der anfangs schon gefilterten Röntgenstrahlen wieder heraus. Damit überbot das neue Interferometer herkömmliche Monochromatoren etwa um den Faktor 100.
Das Saphir-Interferometer eignet sich also nicht nur prinzipiell für genaue Längenmessungen, sondern ist schon auf Anhieb als Frequenzfilter gut zu gebrauchen. Damit ist ein weiterer Schritt zur Zähmung der widerspenstigen Röntgenstrahlung gelungen.
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