使用菲涅耳波带片作为编码孔径的全场x射线荧光成像
Göttingen 大学的一个研究小组开发了一种产生彩色 X 射线图像的新方法。在过去，使用 X 射线荧光分析来确定样品的化学成分及其组分位置的惯用方法是将 X 射线聚焦并扫描整个样品。这既耗时又昂贵。科学家们现在已经开发出一种方法，可以通过一次曝光产生大面积的图像，而不需要对焦和扫描。该方法发表在《Optica》杂志上。Jakob Soltau et al. Full-field x-ray fluorescence imaging using a Fresnel zone plate coded aperture. Optica 2022. DOI: 10.1364/OPTICA.477809
与可见光相比，对于短波辐射，如 X 射线、中子或伽马辐射，没有相对强大的透镜。然而，在例如核医学和放射学中、工业测试和材料分析中，这些类型的辐射是必不可少的。X 射线荧光的用途包括分析绘画和文化艺术品中的化学成分，以确定真实性、来源或生产技术；或分析环境保护中的土壤样品或植物；或用于半导体元件和计算机芯片的质量、纯度和镀层厚度检测。
在他们的新方法中，科学家们使用了可用于 X 射线的特殊菲涅尔波带片与能量分辨二维阵列探测器对样品被前端 X 射线激发的荧光信号进行成像。在探测器测量的强度信息，可以使用计算机算法进行解析重建，提供了关于样品中荧光原子分布的信息。
a. 光路示意图；b. 实验装置实物图；c.菲涅尔波带片的显微图像；d. 样品结构；e. 探测器的原始图像；f. 算法重建后的图像。
与此同时，利用探测器的能量分辨/筛选能力分别对不同元素的特征能量区间进行成像，并分析重建，可得到各种元素在样品中的详细分布。
a. 样品整体荧光光谱；b. Ti 特征荧光区间的光子在探测器上的原始图像；d. 根据 b 图数据算法重构后的图像，表征样品中 Ti 的分布；c. Fe 特征荧光区间的光子在探测器上的原始图像；e. 根据 c 图数据算法重构后的图像，表征样品中 Fe 的分布
Göttingen 大学 X 射线物理研究所的博士后研究员、第一作者 Jakob Soltau 博士解释说:“我们已经开发了一种算法，使我们能够快速、稳定地同时为每种 X 射线颜色创建清晰的图像。”研究小组负责人 Tim Salditt 教授总结道：“接下来，我们希望将这种方法扩展到生物样本的三维成像，以及探索成像中的现象，如 X 射线、中子或核医学中的伽马辐射的非弹性散射。
该研究的合著者、同一所研究所的博士生保罗·迈耶(Paul Meyer)补充说：“这种光学根本无法与普通透镜相比；它们是由瑞士的一家新公司按照我们的精确规格制造的。”
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这家初创公司 XRnanotech 由毕业于 Göttingen 大学的 Florian Döhring 博士创立，专注于研究纳米结构，开发和制造最具创新性的X射线光学器件。XRnanotech 制造的菲涅耳波带片分辨率可低至<10nm，凭借独特的 Ir-线倍增技术，可以获得精确到 5nm 的 X 射线束聚焦，这使得 XRnanotech 成为 X 射线透镜世界纪录保持者。
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