In refraktiven Röntgenoptiken wird die Richtung der Röntgenstrahlung durch Brechung an den Grenzschichten zwischen Materialien mit unterschiedlichen Brechungsindizes geändert. Die Brechung wird durch das Snellsche Gesetz beschrieben. Bei Röntgenlicht bezeichnet man die Differenz des Brechungsindex zu Eins als Brechzahldekrement . Da das Brechzahldekrement für Röntgenlicht für alle Materialien nur sehr geringfügig unter eins liegt, muss man - je nach Photonenenergie - hunderte Einzellinsenelementen mit sehr kleinen Krümmungsradien präzise in einer Reihe ausrichten, um eine Röntgenlinse mit einer Brennweite unter einem Meter zu erhalten (Abb. 1).  Im Englischen werden solche brechenden Linsenreihen als "Compound Refractive Lenses", kurz CRL, bezeichnet. Für sichtbares Licht liegt der Brechungsindex von Linsenmaterialien deutlich über eins und Sammellinsen sind in der Mitte dicker als an den Rändern, was zu ihrer typischen bikonvexen Form führt. Da der Brechungsindex für Röntgenlicht kleiner als eins ist, sind Röntgensammellinsen in der Mitte dünner als an ihren Rändern, haben also eine bikonkave Form. Eine parabolische Form der brechenden Flächen ist gut geeignet, parallel zur optischen Achse einfallendes Röntgenlicht zu fokussieren.

 

CRL lens elements

Abb. 1: Einzellinsenelement mit langer Brennweite f1 (oben) und Reihe aus Einzellinsenelementen (CRL) mit kurzer Brennweite f2 (unten)

 

Für dünne Linsen lässt sich die Brennweite berechnen zu

Focal length f of a CRL

mit dem Krümmungsradius R und der Anzahl an Einzellinsenelementen N. Wenn die Linsenlänge L etwa so groß ist wie die Brennweite, lässt sich die Formel für dicke Linsen anwenden:

Focal length f of a long CRL

 

Einige typische Parameter von CRLs sind in Tabelle 1 aufgelistet.

Parameter Bezeichnung Typische Werte
Photonenenergie EPhoton 5-1000 keV
Brechzahldekrement  δrefractiv(λ)=1-n  10-5 to 10-9
Eintrittsfläche  AE, CRL
 2
Numerische Apertur  NACRL  ≤10-3
Eingangs- und Ausgangsbrennweite f1, f2 >5 mm

Linsenmaterialien

-

 Be, Si, SU-8 (Resist), Al, Ni, Au

Strahldurchmesser dU, CRL 30 µm to 1500 µm

Tabelle 1: Typische Parameter refraktiver Röntgenlinsen (CRLs) [VDI 2009a]

 

[VDI 2007b] VDI/VDE 5575 Blatt 7:2007-12 Röntgenoptische Systeme, Refraktive Röntgenoptiken (X-ray optical systems; Refractive X-ray optics), Berlin, Beuth Verlag, 2007
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