Refraktive Röntgenlinsen (CRLs)

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; gegenüber sphärischen Linsenoberflächen wird sphärische Aberration vermieden.

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

mit dem kleinsten Krümmungsradius R im Scheitelpunkt der parabolischen brechenden Oberflächen und der Anzahl an Einzellinsenelementen N. Wenn die Linsenlänge L etwa so groß ist wie die Brennweite, lässt sich die Formel für dicke Linsen aus identischen, dicht stehenden Linsenelementen anwenden:

Einige typische Parameter von CRLs sind in Tabelle 1 aufgelistet.

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