Forschung

Neues Verfahren für farbige Röntgenaufnahmen

24.01.2023 - Großflächiges Bild ganz ohne Fokussierung und Rasterung mit einer einzigen Belichtung.

Ein Forschungsteam der Universität Göttingen hat ein neues Verfahren für Röntgen­farbaufnahmen entwickelt. Um nicht nur die chemischen Elemente einer Probe durch Röntgen­fluoreszenz­analyse zu bestimmen, sondern auch deren räumliche Verteilung, muss bislang die genutzte Röntgen­strahlung fokussiert und die Probe aufwendig abge­rastert werden. Die Wissen­schaftlerinnen und Wissenschaftler haben nun einen Ansatz entwickelt, wie ein groß­flächiges Bild ganz ohne Fokussierung und Rasterung mit einer einzigen Belichtung aufgenommen werden kann. 

Im Gegensatz zum sichtbaren Wellenlängen­bereich gibt es für härtere Strahlung wie Röntgen-, Neutronen- oder Gamma­strahlung keine vergleichbar leistungs­fähigen Linsen. Diese Strahlungs­arten werden beispiels­weise in der Nuklearmedizin und der Radiologie benötigt, aber auch bei industriellen Prüfmethoden und in der Material­analyse. Die Bestimmung der chemischen Element­zusammensetzung durch Röntgen­fluoreszenz nutzt man unter anderem bei der Untersuchung von Gemälden und Kulturgütern, um Echtheit, Herkunft oder Herstellungs­technik zu bestimmen, oder bei der Analyse von Bodenproben oder Pflanzen im Umweltschutz. Auch die Qualität und Reinheit von Halbleiter­bauelementen und Computerchips lässt sich mit der Röntgen­fluoreszenz­analyse überprüfen.

Für ihren neuen Ansatz nutzten die Wissen­schaftler eine von der Firma PN Sensor in München entwickelte Röntgen­farbkamera und ein neuartiges abbildendes System, das im Wesentlichen aus einer speziell struk­turierten und mit Gold beschichteten Platte zwischen Objekt und Detektor besteht, die einen Schattenwurf der Probe erzeugt. Das gemessene Intensitäts­muster in der Detektor­ebene gibt Aufschluss über die räumliche Verteilung der fluores­zierenden Atome in der Probe, die dann mit einem Computer­algorithmus entschlüsselt werden kann. Da die Platte im Gegensatz zu einer Röntgenlinse sehr nah an Objekt oder Detektor gebracht werden kann, wird das Verfahren praktikabel.

„Wir haben einen Algorithmus entwickelt, der es uns erlaubt, schnell und robust ein scharfes Bild zu errechnen, und zwar gleich­zeitig für jede Röntgen­farbe“, sagt Jakob Soltau, Postdoktorand am Institut für Röntgen­physik der Universität Göttingen. Paul Meyer, Doktorand am selben Institut, ergänzt: „Die Optiken sind kaum mit normalen Linsen vergleichbar, sie wurden nach unseren Vorgaben von einem jungen Unternehmen in der Schweiz litho­grafisch gefertigt.“ Dieses auf Nanostrukturen speziali­sierte Startup, XRNanotech, wurde von Florian Döhring, einem Absolventen der Universität Göttingen, gegründet. Forschungs­gruppenleiter Tim Salditt erklärt: „Als Nächstes wollen wir den Ansatz zur drei­dimensionalen Abbildung biologischer Proben erweitern, aber auch die Abbildung inelastischer Streuung von Röntgen-, Neutronen oder Gammastrahlung in der Nuklearmedizin wäre hochinteressant.“

U. Göttingen / JOL

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