Рентгеновская капиллярная оптика (оптика Кумахова) прошла долгий и сложный путь эволюции от первых сборных линз до современных субмикронных интегральных микролинз

Развитие рентгеновской оптики

Оптика Кумахова, как ее называют во всем мире специалисты, основана на принципе многократного внешнего отражения от поверхностей, которые направлены к источнику для достижения максимально большого угла захвата; поверхности изготовлены таким образом, чтобы обеспечить наибольшее возможное число отражений рентгеновских и нейтронных лучей, при этом угол падения не должен превышать некоего критического значения.

Многочисленные отражения позволяют поворачивать пучок на значительный суммарный угол порядка нескольких градусов. Это означает, что любой рентгеновский луч, попадая внутрь пустой гладкой трубки, например, из стекла, при угле, меньшем, чем критический угол, будет многократно отражаться от внутренних поверхностей трубки, создавая на конце ее "виртуальный" рентгеновский источник.

Это также означает, что направляя рентгеновское излучение через специальную систему капилляров можно сфокусировать рентгеновский пучок в фокусное пятно разного размера.

Именно таким образом работает линза Кумахова, и именно этот принцип лег в основу разработки первой капиллярной линзы Кумахова, созданной в середине 80-х годов XX века.

В том случае, когда направление рентгеновского излучения на выходе параллельно оси линзы, мы говорим о создании "полу-линзы", которая преобразует выходящий из точечного рентгеновского источника пучок в квази-параллельный.

Имеющиеся полу-линзы позволяют создавать большие потоки, параллельные и по горизонтали, и по вертикали, сечением от нескольких квадратных мм до нескольких десятков квадратных см.

Следующим этапом в разработке технологии производства линз явилось создание уникальных поликапиллярных линз, которые позволили на порядки увеличить число каналов и существенно расширить рабочий энергетический диапазон.

На основании этого физического принципа, начиная с открытия этого эффекта примерно 20 лет тому назад, Институт рентгеновской оптики, в то время лаборатория Института им. Курчатова, разработал пять поколений рентгеновских оптических систем - линз и полу-линз:

• сборная монокапиллярная линза
• монолитная монокапиллярная линза
• сборная поликапиллярная линза
• монолитная поликапиллярная линза
• монолитная интегральная микролинза, в которой впервые реализована субмикронная технология, созданная в ИРО.

Диаметр канала менялся от 1-2 мм в первом случае до субмикронного уровня в последнем, число каналов выросло с нескольких тысяч до нескольких миллионов, при этом первая линза были длиной около 1 м, а запатентованные субмикронные линзы последнего поколения имеют длину всего около 1 см, размер фокусного пятна уменьшился с нескольких мм до нескольких микрон.

Почему это открытие и его реализация в виде рентгенооптических систем так важно?
Какие преимущества дает рентгеновская оптика Кумахова?
Для чего и где она используется?

Существует несколько причин, благодаря которым рентгеновская оптика Кумахова имеет преимущества по сравнению с другими рентгенооптическими методами:

• Большой угол захвата, который обеспечивает рентгеновская линза Кумахова в сочетании с рентгеновской трубкой, который во много раз превышает угол захвата любой другой существующей оптики;
• Возможность создания квази-параллельного пучка по горизонтали и вертикали, причем размер пучка может варьироваться от нескольких квадратных миллиметров до нескольких десятков квадратных сантиметров;
• Возможность создания сфокусированного пучка диаметром от нескольких микрон и больше или создания "виртуального" источника с линейным фокусом.
• Капиллярная оптика Кумахова - это самая эффективная оптика, которая легко сочетается с традиционными рентгеновскими трубками, имеющими анод конечного размера.

Таким образом, капиллярная оптика позволяет реализовать посредством оптики и традиционных рентгеновских трубок ультра-яркие "виртуальные" источники с большим потоком, формировать параллельные или сфокусированные рентгеновские пучки с коэффициентом усиления порядка сотен при низких энергиях на уровне 1.5 кэВ при длине волны 8 A до тысячи в некоторых других случаях.