X射线显微镜基础知识

什么是X射线显微镜？

X射线显微镜是一种能够利用X射线作为光源观察物体结构的显微镜。

当X射线照射到物质上时，会获得各种信号，但在X射线显微镜中，观测主要使用透射（吸收）X射线和荧光X射线。 X射线透光率很高，通过利用本质上衰减物质内部结构、厚度和组成的反应，可以获得增强对比度的图像。

此外，通过在旋转样品并构建三维结构的过程中持续获取图像，可以获得断层扫描图像（通常称为CT）。 一般来说，在使用电磁波的显微镜中，空间分辨率取决于其波长。 X射线的波长比可见光短100到10,000倍，从而能够获得高清图像。

X射线显微镜的应用

X射线显微镜主要用于工业领域的研发以及制造现场的检测。 由于X射线支持非接触和无损检测，常用于零件缺陷检测和特征测试。 此外，还可以对岩石及其他材料进行结构评估，并获取用于新原材料表征的参数。

在半导体制造领域，它越来越多地被用于表征经过微制造的产品。 在观测含水量较高的生物样本时，使用低吸收水分的X射线波长范围可以获得高对比度图像。

X射线显微镜的原理

X射线显微镜用X射线照射样品，利用从物质中获得的透射（吸收）X射线和荧光X射线等信号来获取图像并进行组分分析。 所用的X射线波长通常是1~10纳米范围内的软X射线。 特别是2.3~4.3纳米区域的吸水率极低，被称为“水窗”，用于生物样本观测及类似目的。

X射线显微镜包括利用X射线透射率作为对比度捕捉图像的显微镜，以及通过X射线照射产生的荧光X射线的显微镜。 荧光X射线是由X射线照射激发材料中内壳电子而释放的X射线现象获得的信号，该现象对应于内外壳层电子被松弛成空穴。

由于荧光X射线具有原子的波长，它们也可以应用于元素分析及其他应用。 此外，X射线显微镜的光学系统根据是否包含光学元件大致分为两类。 在无光学元件的X射线显微镜中，观察采用称为投影放大和近距离接触的方法。

由于无法用X射线波透镜进行放大，放大是通过物理上将样品与成像平面分离来实现的。 使用光学元件的成像方法通过使用利用光的区域板，或使用全层或多层胶片反射的镜子实现。