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Der feinste Röntgenstrahl

Kunststoff-Faser als punktförmige Lichtquelle

Von Rainer Scharf

Röntgenstrahlen finden in der Medizin, in Forschung und Technik breite Anwendung. Denn mit ihnen lassen sich nicht nur verborgene Strukturen in lebenden oder toten Organismen oder Kristallen sichtbar. machen, sondern auch submikroskopisch kleine. Denn aufgrund der extrem kurzen Wellenlänge von weniger als einem Nanometer können die atomaren Details in Molekülen oder Kristallen aufgelöst werden. Doch das Auflösungsvermögen wird häufig dadurch begrenzt, daß sich die energiereiche Strahlung nur schwer fokussieren läßt. Jetzt haben Wissenschaftler der Universität des Saarlandes in Saarbrücken eine hauchdünne Kunststoff-Faser hergestellt, die das Röntgenlicht nicht nur leiten, sondern auch auf einen wesentlich kleineren Fleck bündeln kann, als es bisher möglich war.

Die etwa sechzig Nanometer dicke rechteckige Kunststoff-Faser ist mit einer dünnen Chromschicht überzogen und sitzt auf einer Unterlage aus Silizium. Zur Herstellung haben Franz Pfeiffer, Christian David und Tim Salditt eine lithographische Technik verwendet, die auch zur Chip-Produktion benutzt wird. In dem Wellenleiter breitet sich die Röntgenstrahlung in ähnlicher Weise aus wie sichtbares Licht in einer Glasfaser: Während die elektromagnetische Welle durch die Kunststoff-Faser läuft, wird sie unter flachem Winkel vielfach von der Grenzfläche der Faser reflektiert. Dabei dringt fast keine Strahlung nach außen.

Die ersten Experimente fanden an der Europäischen Synchrotronstrahlungsquelle ESRF in Grenoble statt, wo eine besonders intensive Röntgenquelle zur Verfügung steht. Der Wellenleiter wurde so in den Röntgenstrahl gehalten, daß die Kunststoff-Faser nahezu parallel zu Strahlrichtung stand und ihre Oberseite streifend getroffen wurde. Dadurch wurde der größte Teil der Strahlung zwar reflektiert, ein geringerer Teil gelangte aber in die Faser und konnte sich darin ausbreiten. Etwa einen Millimeter vom Ausgang der Faser entfernt bestimmten die Forscher die Intensität und den Durchmesser des austretenden Röntgenstrahls. Dieser war nur etwa fünfzig Nanometer dick, wie die Wissenschaftler in der heutigen Ausgabe der Zeitschrift "Science" (Bd. 297, S. 230) berichten.

Mit der Faser läßt sich auf diese Weise "harte" Röntgenstrahlung auf den kleinsten jemals gemessenen Brennfleck bündeln. Gleichzeitig war die Strahlung auch ungewöhnlich intensiv. Rund 20 000 Röntgenphotonen in der Sekunde traten aus der Faser aus. Hätte man zum Vergleich eine 50 Nanometer große Lochblende direkt in den primären Röntgenstrahl gehalten, wäre nur ein Siebzigstel der Photonen durch die Öffnung gelangt. Der Wellenleiter hat die Strahlung also gewissermaßen verstärkt. Die Forscher hoffen nun, die Fertigung der Wellenleiter so zu verbessern, daß Röntgenstrahlung noch stärker gebündelt werden kann. Mit einer solchen punktförmigen Röntgenquelle ließen sich die Vorgänge und Bewegungsabläufe einzelner Atome oder Moleküle in Nanokristallen, größeren Molekülgruppen oder Zellorganellen direkt beobachten. 

Frankfurter Allgemeine Zeitung, 12.07.2002, Nr. 159 / Seite 40

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