Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Měkké rentgenové záření a jeho uplatnění Pokroky v biomedicínském inženýrství FBMI 5.12.2011 M. Vrbová.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "Měkké rentgenové záření a jeho uplatnění Pokroky v biomedicínském inženýrství FBMI 5.12.2011 M. Vrbová."— Transkript prezentace:

1 Měkké rentgenové záření a jeho uplatnění Pokroky v biomedicínském inženýrství FBMI M. Vrbová

2 Obsah Definice měkkého rentgenového záření Interakce s látkou „Optické prvky“ Zdroje Detektory Aplikace Kniha: David Attwood: Soft X-rays and Extreme Ultraviolet Radiation, Cambridge University Press Web:

3

4 Rentgenové záření - definice Elektromagnetické záření: s vlnovou délkou  : nm s frekvencemi : 3 × × Hz s energií kvanta h  : 120 eV to 120 keV Cvičení: Vztahy mezi  a energií v J a eV „Tvrdé“ rentgenové záření:  nm „Měkké“ rentgenové záření:  nm „Vodní okno“:  nm 4rtg - 1

5

6 Průchod atmosférou rtg-56

7

8

9 Specifické vlastnosti měkkého rentgenového záření Šíření látkovým prostředím: – Absorpce – Index lomu – Difrakce Metody generace: – Nerovnoměrný pohyb elektronů (synchrotron, laser s volnými elektrony) – Kvantové přechody (ionty v plazmatu, koherentní, nekoherentní zdroje) Metody detekce: – Ionizace, fotoelektrický jev, fluorescence (dioda, CCD prvky)

10 Absorpce záření Uvolnění elektronu z atomu: Fotoelektrická absorpce Útlum záření: Lineární absorpční koeficient:  a.  a rtg-710

11 Rychlost šíření - Index lomu E (r,t) = e x E 0 exp { i (kz –  t)} Fáze zůstává neměnná když platí (kz –  t) = konst. Rychlost šíření E (r,t) = e x E 0 exp { i  n/c)z –t)} Pro světlo: n>1 Pro rentgenové záření n<1, zpravidla n = 1-  rtg-711

12 Komplexní index lomu vs součinitel absorpce n=1-  i  E (r,t) = e x E 0 exp { i  n/c)z –t)} E (r,t) = e x E 0 exp { i  1-  i  /c  z –t)} E (r,t) = e x E 0 exp { i  1-  /c  z –t)} exp { -  /c  z)} I = (1/c)  E 0 2  exp { -  k  z)}  k  rtg-712

13 Odraz a lom se započtením absorpce 13rtg-7

14 Rentgenová optika - refraktivní rtg-714

15 Vlny ve vakuu a v materiálu rtg-715

16 Fresnelova zónová destička rtg-716

17 Zrcadla – tangenciální odraz rtg-717

18 Principy generace 1.Nerovnoměrný pohyb nabitých částic (elektronů) Brzdné záření Synchrotronové záření Lasery s volnými elektrony 2.Kvantové přechody mezi vnitřními stavy (atomů, iontů) Spontánní emise excitovaných atomů n. iontů Stimulovaná emise - rentgenové lasery 18rtg-2

19 Rentgenka

20 Synchrotronové záření z kruhové dráhy relativistický pohyb elektronů (v c) 20rtg-2  = E e / (mc 2 )

21 Kruhové urychlovače Kruhový pohyb nabitých částic – působením magnetického pole B Urychlení nabitých částic působením elektrického pole E podél dráhy nabité částice Cyklotron (konstantní B i E) Synchrocyklotron (pro měnné B nebo E) Synchrotron : (pro měnné B a E) – První (záření jako parazitní jev) – Druhá (využívá se záření) – Třetí generace (speciálně navržený jako zdroj XUV) v.t. Wikipedia 21rtg-2

22 Cyklotron Pohyb náboje v homogemmím magnetickém poli (kolmém k rovině nákresu) Cyklotronová frekvence  c = q. B/m 22rtg-2

23 Synchrotron – kruhový urychlovač nabitých částic 23rtg-2

24 Synchrotron Soleil 24rtg-2

25 FEL – laser s volnými elektrony Stimulovaný Comptonův rozptyl 25rtg-2

26 FEL – laser s volnými elektrony The World Wide Web Virtual Library FLASH 26rtg-2

27 Krabí mlhovina rtg-227

28 rtg-228

29 LLG systém – Laserové plazma rtg-229

30 Discharge Apparatus

31 Rentgenový laser Inverze populace v časo-prostorově proměnném plazmatu: – Laserové plasma – Plazma pinčujícího výboje rtg-231

32 32 Kudowa Zdroj, June Lasing without optical resonator No highly reflecting mirrors for EUV radiation No highly reflecting mirrors for EUV radiation Short upper level life-time Short upper level life-time Amplified spontaneous emission (ASE) is the output Amplified spontaneous emission (ASE) is the output

33 33 Laser plasma created on a solid target surface

34

35 35 Kudowa Zdroj, June Fast high current capillary discharge  Dielectric capillary  Metal electrodes  Pinching discharge Pinching discharge Pinching discharge

36 36Kudowa Zdroj, June Quantum transitions for EUV lasers In outer shells of multi-ionised atoms Hydrogen-like ions (n=3  n=2, Balmer  Lithium-like ions Neon-like ions (1s 2 2s 2 2p 5 3p (J=0)  1s 2 2s 2 2p 5 3s (J=1)) Nickel-like ions

37 Detekce rentgenového záření Zjišťování informace o přítomnosti intenzitě, frekvenci n. energii rtg. záření Detektor: zařízení, ve kterém absorpce záření vede ke změnám fyzikálního stavu zařízení (např. uvolnění elektronu, změna teploty, luminiscence) Detektory rtg. záření jsou nepřímé. rtg-737

38 Typy detektorů Ionizační Scintilační Polovodičové Emulsní (fotografický film) Lokální Zobrazovací rtg-738

39 Polovodičové detektory Přímé -Vznik elektron-děrových párů: Si (Li), Ge(Li) – zvýšení vodivosti - sběr náboje PIN – dioda - fotodetektor - zvláštní struktura – polovodič P- Izolátor – polovodič typu N (velká kvantová účinnost, rychlá odezva) Nízkoteplotní bolometry (změna vodivosti ohřátím) Scintilační vrstva před detektor optického záření rtg-739

40 CCD – prvek s nábojovou vazbou rtg-740 Konbinovaný integrovaný obvod: -Fotodioda -Integrace vznikajícího náboje -Přenos do analogové paměti -Vyčítání paměti Dynamický rozsah: 500 (při pokojové teplotě) větší při chlazení

41 MEDIPIX -ÚTEF rtg-741

42 Velkoplošné a rychlé CCD pro detekci difrakčních obrazců –stavba molekul (DNA), proteiny rtg-742

43 Využití měkkého rentgenového záření Zobrazování malých objektů Spektroskopická měření (např. absorpce) Elektronová spektroskopie

44

45

46 Malaria infected red blood cell Plasmodium parasit

47

48

49

50

51

52 Děkuji vám za pozornost


Stáhnout ppt "Měkké rentgenové záření a jeho uplatnění Pokroky v biomedicínském inženýrství FBMI 5.12.2011 M. Vrbová."

Podobné prezentace


Reklamy Google