Теоретический анализ возможностей метода фазового контраста Цернике для жесткого рентгеновского излучения

• Автор: Орлов, Михаил Андреевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 130 с. : ил.

Оглавление
Введение
ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
1.1. Введение
1.2. Метод безлинзового фазового контраста в жестком рентгеновском излучении
1.3. Рентгеновские преломляющие линзы
1.4. Рентгеновские зонные пластинки
1.5. Метод фазового контраста Цернике в рентгеновском диапазоне
1.6. Различные экспериментальные реализации метода и достигнутые результаты
ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Параксиальное приближение в рентгеновской оптике. Перенос излучения пропагатором Кирхгофа
2.2. Метод быстрого преобразования Фурье (FFT)
2.3. Приведение преобразования Фурье к FFT
2.4. Перенос волнового поля методом FFT
2.5. Компьютерная реализация метода
ГЛАВА 3. ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ФАЗОВОГО КОНТРАСТА ЦЕРНИКЕ В ОДНОМЕРНОМ СЛУЧАЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РЕНТГЕНОВСКИХ ПРЕЛОМЛЯЮЩИХ ЛИНЗ И ЗОННЫХ ПЛАСТИНОК
3.1. Результаты расчета для схемы с преломляющей линзой
3.2. Корректировка изображения в схеме с линзой
3.3. Результаты расчета для схемы с зонной пластинкой
3.4. Выводы к главе

ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ МИКРОТРУБОК В КАРБИДЕ КРЕМНИЯ
4.1. Суть проблемы
4.2. Изображение объектов с малым продольным сечением
4.3. Изображение объектов с большим продольным сечением
4.4. Влияние спектра на изображение объектов
4.4.1. Изображение мелких объектов в центре апертуры
4.4.2. Изображение крупных объектов, расположенных вдоль всей апертуры
4.5. Изменение уровня фона при добавлении новых объектов
4.6. Альтернативный способ определения продольного размера
сильно вытянутого эллиптического объекта
Выводы к главе
ГЛАВА 5. ПОСТРОЕНИЕ ДВУМЕРНЫХ ПРОФИЛЕЙ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ИНТЕНСИВНОСТИ
5.1. Особенности двумерных изображений, формируемых преломляющей линзой
5.2. Особенности двумерных изображений, формируемых зонной
пластинкой
Выводы К ГЛАВЕ
Заключение
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Введение.
Актуальность.
С появлением источников синхротронного излучения 3-го поколения (ESRF, Spring-8, APS), характеризующихся высокой степенью пространственной когерентности рентгеновских пучков, жесткое рентгеновское излучение стало активно использоваться для исследования внутренней структуры слабопоглощающих некристаллических объектов. В частности, был развит метод безлинзового фазового контраста, позволяющий существенно снизить дозу поглощенного излучения, что имеет первостепенную важность, например, при исследовании медикобиологических образцов. Количество публикаций по данной тематике растет с каждым годом.
В настоящее время наиболее распространены два основных метода фазоконтрастных исследований. Во-первых, это метод фазового контраста с кристаллом-анализатором, применяющийся для исследования объектов субмиллиметровых размеров и имеющий принципиальное ограничение по разрешению, составляющее несколько микрон, и во-вторых, - метод фазового контраста в in-line схеме, применяющийся для изучения объектов с меньшими размерами и требующий более высокой степени когерентности падающего пучка рентгеновского излучения. Оба этих метода обладают определенными недостатками. Так, они слабо чувствительны к плавным изменениям плотности в образце и позволяют отчетливо наблюдать лишь контуры объектов. Кроме того, они позволяют получить не само изображение объекта, а распределение интенсивности, либо неточно воспроизводящее форму объекта, либо не имеющее внешнего сходства с объектом, и тогда его требуется расшифровать. Этих недостатков можно избежать, если использовать в жестком рентгеновском диапазоне метод фазового контраста Цернике, в котором для формирования изображений применяется фокусирующий элемент - объектив. Этот метод чувствителен к

Рис. 8. Схема применения метода фазового контраста Цернике в рентгеновском диапазоне.
прозрачного образца Т(х) = ехр(/(х)). Поэтому сразу после объекта выражение для прошедшей волны можно записать в виде
Р = 5 ехр(г(х)). (4)
Эта волна в перевернутом виде воссоздается в плоскости изображения объекта. Поскольку для фазы справедливо (р(х)« 1, можно разложить ее в ряд Тейлора, что даст для прошедшей волны
Р»5(1 + г>(х)) = 5 + Ш, (5)
где Ю - небольшое слагаемое, отличающее прошедшую волну за объектом от исходной волны. Конечно, первое слагаемое в (5) несколько отличается от
Б, однако в данном случае это не имеет значения. Как видно из (5), волна
после прохождения объекта несколько опережает по фазе исходную волну, что связано с тем, что диэлектрическая проницаемость у рентгеновского