DE9117302U1 - Vorrichtung zum Steuern von Strahlen von Teilchen, Röntgen- und Gammastrahlen und Anwendungen davon - Google Patents

Description

Dipl.-Chem.- Dr. Steffen ANDRAE

Dipl.-Phys. Dieter FLACH

Dipl.-Ing. Dietmar HAUG

Dipl.-Chem. Dr. Richard KNEISSL

Dipl.-Ing., Dipl.-Wirtsch.-Ing. Friedrich BAUER

Dipl.-Phys. Dr. Martin FRIESE

Balanstraße 55 81541 München

Unser Aktenzeichen:

D1541A

Anmelderin:

X-RAY OPTICAL SYSTEMS, INC.

VORRICHTUNG ZUM STEUERN VON STRAHLEN VON TEILCHEN, RÖNTGEN- UND GAMMASTRAHLEN UND ANWENDUNGEN DAVON

Die Erfindung betrifft Vorrichtungen zum Steuern von Strahlung und insbesondere Vorrichtungen zum Steuern von Röntgen- und Gammastrahlen, und Strahlen von geladenen Teilchen und Neutronen und kann verwendet werden, um konvergierende, divergierende und quasi-parallele Strahlen in einem großen spektralen Bereich bei großen Öffnungswinkeln und auf kurzen formenden Strecken zu formen.

Die Erfindung kann eingesetzt werden, um Röntgen-, Gamma- und Neutronenstrahlen bei medizinischer Rontgenographie und Strahlentherapie steuern, um Strahlen für Röntgenmikroanalysiervorrichtungen und Röntgendiffraktionsanalysiervorrichtungen zu formen, und um die Tauglichkeit der Verwendung von Gammastrahlen bei Mösbaueruntersuchungen zu verbessern.

Eine bevorzugte Anwendung dieser Erfindung ist es, Energie, die von verschiedenen Quellen abgestrahlt wird, mit dem Ziel zu konzentrieren, Strahlungsstrahlen mit einer hohen Leistungsdichte in einem kleinen Gebiet zu erzeugen, z.B., um ausge-

richtete Strahlungsdetektoren zu schaffen, die auf Quellen eingestellt sind, die auf kleine Größe begrenzt sind, z.B. bei der Radioastronomie.

Verschiedene Vorrichtungen werden eingesetzt, um Teilchen-, Röntgen- und Gammastrahlen zu steuern; diese Vorrichtungen basieren auf Strahlungsinterferenz und -diffraktion, z.B. Fresnelmikrozonenplatten, mehrschichtige Spiegel und Braggsche Kristalle. Ebenso werden zur Steuerung von Strahlen geladener Teilchen magnetische und elektrostatische Elemente verwendet. Ein entscheidender Nachteil dieser Vorrichtungen ist ihr enger Spektralbereich, hauptsächlich verursacht durch die physikalischen Phänomene, auf denen sie beruhen.

Wie es bekannt ist, weist der Einfall von Strahlen verschiedener geladener Teilchen, von Neutronen, von Röntgen- und Gammastrahlung auf Grenzen kondensierter Medien einen bestimmten Wert des Glanzwinkels auf, der der kritische Winkel oder Grenzwinkel äußerer Totalreflektion genannt wird, unterhalb von dem Reflektion mit sehr geringen Verlusten verbunden ist. In dem Fall sehr glatter Oberflächen und niedriger Strahlungsabsorption in dem Material der reflektierenden Oberfläche sind die mit äußerer Totalreflektion verbundenen Verluste so niedrig, daß sie eine effiziente Strahlsteuerung über Mehrfachreflektionen bei Winkeln unterhalb des Grenzwinkels gestatten.

In der Technik sind Vorrichtungen bekannt, die mit mehrfacher äußerer Totalreflektion in gebogenen Rohrkanälen arbeiten, um quasi-parallele Röntgenstrahlen zu konzentrieren und zu formen (Soviet Physics +Uspekhi, Band 157, Ausgabe 3, März 1989. V.A. Arkad'ev, A. I. Kolomijtsev, M. A. Kumakov, I.Yu, Ponomarev, I.A. Khodeyev, Yu.P. Chertov, I.M. Shakhparonov. "Wideband X-ray Optics With Wide-Angle Aperture", Seiten 529-537). Diese Vorrichtung weist eine Vielzahl von Kanälen mit Innenflächen auf, die äußere Totalreflektion zeigen, wobei die Eingangsenden einer Strahlungsquelle gegenüberliegen und die Ausgangsenden

auf einen Strahlungsempfänger gerichtet sind. Die kanalbildenden Elemente sind auf den Erzeugenden imaginärer koaxialer tonnenförmiger Flächen angeordnet.

Ein Nachteil dieser bekannten Vorrichtung ist der beträchtliche Verlust im Wirkungsgrad der Strahlungsübertragung entlang der Rohrkanäle, der durch die Ungenauigkeit der Anordnung der Rohrkanäle entlang der Erzeugenden imaginärer tonnenförmiger Flächen und die nicht optimale Ausrichtung der Eingangs- und Ausgangsenden auf die Strahlungsquelle bzw. den Strahlungsempfänger verursacht werden. Ein weiterer Nachteil ist das relativ enge Spektralband dieser Vorrichtung, das sich aus der nicht optimalen Rohrkanalgröße ergibt.

Röntgenlithographie nutzt eine Vielzahl von Quellen, um ein Bild zu erzeugen, inklusive Röntgenstrahlen, die aus einem kleinen Gebiet (Punktquellen) emittiert werden, und im Synchrotron erzeugte Röntgenstrahlen. Bedauerlicherweise waren Röntgenlithographiesysteme bis jetzt durch die Unfähigkeit beschränkt, den Röntgenstrahl ausreichend zu beeinflussen.

Bei Röntgenoptiken treten Schwierigkeiten auf, denen man nicht in dem sichtbaren oder infraroten (IR) Bereich begegnet. Die Brechung beim Hindurchtreten durch Medien verschiedener Brechungsindizes kann wegen der starken Absorption von Photonen mit hinreichender Energie, elektronische Niveaus innerhalb der Medien anzuregen oder zu ionisieren, nicht verwendet werden. Beugungs- und Interferenzphänomene können verwendet werden, um Röntgenstrahlen unter Verwendung von Braggstreuung in Einkristallen, in mehrschichtigen Spiegeln oder durch Verwendung von Zonen- und Phasenplatten abgelenkt werden. Obwohl diese Verfahren bei vielen Anwendungen nützlich sind, sind sie sehr energieselektiv (wellenlängenselektiv) und können nicht verwendet werden, um Röntgenstrahlen mit einem breiten Energie-Spektrum zu steuern. Die Verwendung von Reflektion ist auch eingeschränkt, weil die Oberflächen aller bekannten Materialien

sehr niedrige Reflektionskoeffizienten für Röntgenstrahlung bei großen Einfallswinkeln aufweisen.

Optiken mit streifendem Einfall beruhend auf dem Phänomen äußerer Totalreflektion von Röntgenstrahlen wurden entwickelt. Diese sind bei Synchrotonstrahlungsanlagen weit verbreitet, wo ebene Spiegel zur Ablenkung und gebogene Spiegel zur Fokussierung paralleler Strahlen verwendet werden. Diese Spiegel nutzen üblicherweise eine einzige Reflektion. Derartige Vorrichtungen weisen eine extrem kleine Winkelöffnung infolge des kleinen Wertes des Winkels äußerer Totalreflektion (Milliradian bei keV Energien) auf.

Röntgenlithographie mit Punktquellen unter Verwendung bekannter Ausrüstung ist in der Intensität, der radialen Vergrößerung, durch Verdunklung im Halbschatten und durch die Instabilität der Quellenposition eingeschränkt, und Röntgenlithographie mit einer Synchrotronquelle ist nicht in der Intensität eingeschränkt und weist einen Strahl auf, der keine merkliche Divergenz irgendeiner Bedeutung in der vertikalen Richtung zeigt.

Die vorliegende Erfindung schafft eine Lösung für das lange unbefriedigte Bedürfnis in der Technik für ein verbessertes System der Röntgenlithographie durch Schaffen der Vorteile verbesserter Röntgenstrahlsteuerung, Präzision und Genauigkeit.

Röntgenstrahlen, Gammastrahlen und Teilchenstrahlung werden zur Zeit bei vielen Arten analytischer Instrumente verwendet. Durch die Verwendung von Strahlung kann man viel über die Zusammensetzung, Struktur und weitere Eigenschaften einer Probe lernen. Bedauerlicherweise sind herkömmliche Instrumente in der Intensität und/oder in der Kontrolle über die Strahlrichtung oder Divergenz eingeschränkt.

Eine der wichtigsten und weit verbreiteten nicht destruktiven Untersuchungsverfahren für eine Probe (Materialien, Komponenten

oder Systeme) ist die Röntgenfluoreszenzanalyse oder -spektrometrie (XRF) . Röntgenfluoreszenzspektrometrie als ein analytisches Instrument hat sich in erster Linie entlang zweier Wege entwickelt: Wellenlängendispersive Spektrometrie (WDXRF) und energiedispersive Spektrometrie (EDXRF). Überdies hat man die beiden beschriebenen Meßtechniken kombiniert, um schnell halbquantitative Ergebnisse gefolgt von hochauflösenden Messungen zu erhalten, obgleich das wenige kommerzielle Instrumente ausführen können.

Röntgenstrahlen, die durch Photonenbeschuß von festen Zielen erzeugt werden, weisen eine monoenergetische Röntgenstrahlcharakteristik des Zielmaterials über einem breiten Untergrund von "Bremsstrahlung"-Strahlung auf. Bedauerlicherweise hat ein sekundäres Röntgenspektrum, das durch eine derartige Röntgenquelle angeregt wird, üblicherweise einen Untergrund, der insbesondere infolge der Streuung der Bremsstrahlung-Kontinuumsstrahlung in der Probe bei niedrigeren Energien liegt.

Die vorliegende Erfindung kann Röntgenfluoreszenzanalyse verbessern durch (1) verminderte Meßzeit aufgrund höherer Intensität, die den Detektor erreicht, (2) vermindernde Meßzeit aufgrund der Abnahme der Bremsstrahlungsstrahlung, die den Detektor erreicht, was eine Photonenanhäufung verursacht, (3) vergrößerte Auflösung durch zunehmendes Signal zu Rauschverhältnis, (4) verminderte Bremsstrahlungsstrahlung, die den Detektor erreicht, (5) vergrößerte Auflösung für WDXRF durch sehr genaue Steuerung der Winkelverhältnisse, (6) verbesserte Möglichkeiten, kleine genau bestimmte Gebiete zu untersuchen, (7) verbesserte Möglichkeiten, die Verteilung von Bestandteilen durch Abtasten zu bestimmen, (8) verbesserte Möglichkeiten, die mittlere Zusammensetzung in einem genau bestimmten Gebiet zu bestimmen, ohne die Probe, die Quellenöffnung oder irgendeinen anderen Teil zu bewegen, (9) Zulassen der Analyse genau

bestimmter Innenvolumen in einem Festkörper, und verminderte Kosten weiterer Bauteile in dem System, wie z.B. die Möglichkeit, kleinere Detektoren zu verwenden.

Der Erfinder der vorliegenden Erfindung hat zunächst vorgeschlagen, Röntgenstrahlen durch mehrfache Reflektionen an Oberflächen mit bestimmten speziellen Formen zu fokussieren, und gezeigt, daß die Transmission durch diese "Kumakhov" -Linsen bis zu 50 % betragen kann. Überdies hat man selbst bei einer niedrigeren Transmission eine Zunahme in der Röntgenstrahlintensität um bis zu vier Größenordnungen aufgrund der großen (0,25 rad) möglichen Winkelöffnung zum Sammeln erhalten.

Strahlungsstrahlen werden bei einer großen Vielzahl von medizinischen Anwendungen sowohl in der Diagnose als auch in der Therapie verwendet. Jedoch ist die Verwendung und/oder Wirksamkeit herkömmlicher medizinischer Ausrüstung durch Schwierigkeiten eingeschränkt, wie z.B. (i) Erhalten von Strahlen enger Bandbreiten bei erwünschten Energien mit hoher Intensität, insbesondere aufgrund der Anwesenheit von Photonen oder Teilchen mit höheren als der erwünschten Energie, die nicht ohne Weiteres herausgefiltert werden; (ii) Unmöglichkeit parallele Strahlen, die erwünschte Querschnitte aufweisen, und konvergierende Strahlen zu formen; (iii) große Intensitätsverluste beim parallel Ausrichten; und (iv) keine wirksame Vorrichtung, um Strahlung für die direkte Zuführung zu den Grenzen von Körperhöhlen zu lenken.

Diese Einschränkungen führen zu Abbildungen schlechter Auflösung, hochgradigen Strahlungsdosen, die gesundem Gewebe eines Patienten zugeführt werden, Strahlungsverseuchung des medizinischen Personals und teuren Quellen, Detektoren und weiteren Ausrüstungsgegenständen. Die Genauigkeit der Kumakhov-Linse und die Präzision der Strahlungszuführung vermindert derartige Probleme.

In der Summe stellt die vorliegende Erfindung eine neue Kumakhov-Linse bereit, die für die Verwendung bei Röntgenlithographie in analytischen Instrumenten, medizinischen Vorrichtungen und dergleichen geeignet ist.

Der Artikel "Wide-band X-ray Optics with a large angular aperture", Soviet Physics +Uspekhi, Band 157, Ausgabe 3, März 1989 von V. A. Arkad'ev und andere offenbart eine Vorrichtung zum Steuern von Strahlung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Nachteile dieses Standes der Technik sind der beträchtliche Verlust im Strahlungsübertragungswirkungsgrad entlang der Kanäle, der durch die Ungenauigkeit bei der Anordnung der kanalbildenden Elemente und das relativ enge Spektralband verursacht wird.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Steuerung von Strahlung zu schaffen, die einen hohen Strahlungsübertragungswirkungsgrad entlang der Kanäle zusammen mit einem relativ breiten Spektralband aufweist.

Die Aufgabe der Erfindung wird mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen offenbart.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Wirkungsgrad der Strahlungsübertragung entlang der Kanäle einer Vorrichtung zum Steuern eines Strahls zu verbessern, die Bandbreiten der zu steuernden Strahlungsstrahlen im Winkel und im Spektrum zu vergrößern, den Arbeitsaufwand, um die Vorrichtung herzustellen, zu vermindern, die Gesamtabmessungen der Vorrichtung zu vermindern, die Größe des Fokusbereichs zu vermindern und dementsprechend den Grad der Energiekonzentration im Strahl und die Leistungsdichte im Strahl bei dem Ausgang der Vorrichtung zu vergrößern, die Gleichförmigkeit des Strahlungsstrahls bei dem Ausgang der Vorrichtung zu verbessern

und die Strahldivergenz im Winkel zu vermindern, und die Effekte der Untergrundstrahlung auf die Strahlen der Strahlung, die geformt werden, zu vermindern.

Gemäß der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Steuern von Strahlen von Teilchen, Röntgenstrahlen und Gammaquanten zur Verfügung gestellt, die eine Vielzahl von Kanälen mit Innenflächen aufweist, die mehrfache äußere Totalreflektionen zeigen, wobei Eingangsenden einer Strahlungsquelle gegenüberliegen, und Ausgangsenden auf einen Strahlungsempfänger gerichtet sind, und wobei die Kanäle vorzugsweise durch Elemente gebildet werden, die entlang der Erzeugenden imaginärer tonnenförmiger koaxialer Flächen angeordnet sind, wobei in Übereinstimmung mit den Prinzipien der Erfindung durch räumliches Anordnen der kanalbildenden Elemente mit einer festen Haltestruktur und durch Zur-Verfügung-Stellen jedes Kanals mit einer Kanalbreite D in der radialen Richtung bei dem Eingangsende, wobei die Gleichung

D₁C. 2 0_DF+D

erfüllt ist, wobei D₁ der effektive Durchmesser der Strahlungsquelle, deren Strahlung von der Linse eingefangen wird, Ö_D der kleinste Wert des Grenzwinkels äußerer Totalreflektion der Strahlung in dem gewünschten spektralen Band, und F der Abstand von der Strahlungsquelle zu dem Eingangsende des Kanals gemessen entlang einer Mittelachse des Strahlungsverlaufs ist.

Bei dem Fall, daß die Vielzahl von Kanälen gebogene Rohre mit Längsachsen aufweist, die entlang der Erzeugenden imaginärer koaxialer tonnenförmiger Flächen angeordnet sind, ist es vorteilhaft, die feste Haltestruktur der vorliegenden Erfindung mit Scheiben auszugestalten, die senkrecht zu der Mittelachse des Strahlungsverlaufs angeordnet sind, und jede Scheibe mit einem Honigwabenmuster an Öffnungen zu versehen, die die Rohre aufnehmen, wobei auf diese Weise die letzteren entlang Erzeugender tonnenförmiger Flächen fest angeordnet sind. Diese

festen Halter können eine Anzahl von Formen haben, inklusive fester Platten mit Löchern, die dwaccJa Verfahren, wie z.B. Lithographie oder Laserbearbeitung, ausgebildet werden, oder einen festen Rahmen mit Drähten oder anderen Gegenständen, die in Mustern über die große Öffnung in bestimmten Abständen entlang von zwei oder mehr Richtungen in der Ebene angeordnet sind, um ein Gitter zu erzeugen.

Diese Ausführung gewährleistet eine hohe Genauigkeit der gebogenen Kanalform, seine feste Anordnung, eine minimale Abweichung des Krümmungsradius von seinem Optimalwert und eine genaue und feste Ausrichtung der Eingangs- und Ausgangsenden auf die Strahlungsquelle bzw. den Strahlungsempfänger, wobei auf diese Weise der maximale Einfang der Strahlung in die Kanäle und ein Strahlungstransfer mit minimalen Verlusten geschaffen wird.

Bei einer weiteren Ausführung der Erfindung können einzelne Scheiben relativ zu den anderen Scheiben in axialer Richtung verschiebbar ausgeführt sein. Diese Ausführung schafft, wenn sie beispielsweise auf eine Scheibe in nächster Nähe zu dem Eingangsende eingesetzt wird, die Justierbarkeit der Fokuslänge und des Einfallwinkels. Verschiebbare Halter sind ebenso für die Fähigkeit nützlich, die Energiebandbreite der Übertragung und das Spektrum zu optimieren, und um die Größe des Strahlfokussierpunkts und die Fokuslänge am Ausgang einzustellen.

Bei Ausführungen, bei denen die Kanäle durch Lücken zwischen koaxialen tonnenförmigen reflektierenden Schichten oder Hüllen gebildet werden, die koaxial zu dem gesteuerten Strahl liegen, kann die feste Haltestruktur zumindest zwei feste Gitter (wie zum Beispiel Honigwabenmuster) aufweisen, die bei den Eingangsund Ausgangsenden der Kanäle senkrecht zu der Strahlachse angeordnet sind, wobei die Hüllen fest an den Gittern durch ihre Enden angebracht sind. Der Vorteil von einer derartigen Konstruktion ist die Zurückführung von Verlusten der

Strahlungsintensität auf das Mindestmaß durch die Befestigungsstruktur der Vorrichtung, die Vereinfachung des Zusammenbaus der Vorrichtung, ein niedrigeres Gewicht der Hüllenaussteifung und die Zurückführung der Deformation der Hülle durch die Aussteifungsstruktur auf das Mindestmaß.

Bei Ausführungsbeispielen, die gebogene Rohre als die kanalbildenden Elemente verwenden, ist es vorteilhaft, die Haltescheiben mit Honigwabenmustern von Öffnungen, die die Anordnung der gebogenen Rohre entlang der Mittelachse des gesteuerten Strahls fixieren, mit einem Abstand der Halter von L <. /12ElZ(QR₁) anzuordnen, wobei E der Elastizitätsmodul des Rohrs bei der maximalen Temperatur der Rohre, die es inklusive einer möglichen Temperaturerhöhung in Folge von Strahlungsabsorptionen erfährt, I das Trägheitsmoment des Querschnitts der Rohre bezogen auf die neutrale Achse, Q die Rohrmasse pro Einheitslänge, und R₁=2D/Q² der kritische Krümmungsradius des Rohrs ist, wie er durch die hochenergetische Grenze des geforderten Strahlungsspektrums bestimmt ist. Dadurch wird das Durchhängen der Rohre unter ihrem eigenen Gewicht bis auf eine zulässige Krümmung reduziert, bei der die Strahlungsintensitätsverluste während des Strahlungstransfers entlang der Kanäle nicht übermässig ist.

Bei der Ausführung, daß die Vielzahl von Kanälen als Kapillare ausgebildet ist, ist es ein weiteres Merkmal der Erfindung, die letzteren in separate Bündel zu gruppieren, wobei die Längsachsen der Bündel entlang Erzeugender imaginärer koaxialer tonnenförmiger Flächen angeordnet sind, die koaxial zu der Mittelachse des gesteuerten Strahls liegen, und die feste Haltestruktur als Scheiben auszugestalten, die senkrecht zu der Achse des gesteuerten Strahls angeordnet und mit Honigwabenmustern von Öffnungen ausgestattet sind, um jedes der Bündel von Kapillaren aufzunehmen. Diese Ausführung ist in der Hinsicht vorteilhaft, daß sie es gestattet, das spektrale Band der Vorrichtung aufgrund eines kleineren Durchmessers der Kanäle und einer größeren Anzahl von Kanälen zu vergrößern, wohingegen

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der Arbeitsaufwand des Zusammenbauens von der Anzahl der Bündel von Kapillaren und nicht von der Anzahl der Kanäle abhängt. Ebenso vermindern sich die Bruchschäden infolge der Festigkeit der Bündel im Vergleich zu der Festigkeit kleiner einzelner Kapillaren. Die Abmessungen der Vorrichtung können ebenfalls infolge eines niedrigeren kritischen Krümmungsradius R₁ der Kanäle vermindert werden.

Bei der oben erwähnten Ausführung mit der Vielzahl von Kanälen, die in der Gestalt von gebogenen Rohren mit Längsachsen ausgebildet sind, die entlang Erzeugender imaginärer tonnenförmiger Flächen koaxial zu der Mittelachse des gesteuerten Strahls angeordnet sind, ist es auch möglich, in Übereinstimmung mit den Prinzipien der vorliegenden Erfindung, die feste Haltestruktur mit Honigwabenmuster aus den Rohrwänden zu bilden, die fest über ihre Außenflächen verbunden sind, wobei die Kanalbreite in jedem Rohr über den Verlauf des Kanals und proportional zu der entsprechenden Abmessung der Vorrichtung in jedem Querschnitt davon gemacht wird. Diese Ausführung schafft den Vorteil, daß die gesamte Vorrichtung durch plastisches Verformen eines Bündels von Rohren geformt werden kann, um eine größere Kanalabmessung in dem weiten Teil der Vorrichtung aufzuweisen, und den Kanaldurchmesser sehr klein an den Enden, die auf den Fokus gerichtet sind, zu machen. Das kann durch Verfahren, wie z.B. thermoplastisches Ziehen erhitzter Rohrbündel gemacht werden. Diese Ausführung erlaubt es, den Durchmesser des Fokusgebiets um mehrere Größenordnungen zu vermindern, wobei auf diese Weise entsprechend die Strahlungsenergiekonzentration zunimmt. Wenn dieses Verfahren einmal automatisiert ist, dient es als sehr kostengünstiges Verfahren zur Herstellung der Erfindung.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wo die Vielzahl der Kanäle gebogene Rohre aufweist, die ihre Längsachsen entlang der Erzeugenden imaginärer koaxialer tonnenförmiger Flächen angeordnet haben, ist es zweckmäßig, die feste Haltestruktur mit Honigwabenmuster aus Hülsen auszu-

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bilden, die jedes Rohr in einer Ebene senkrecht zu der Mittelachse des Strahlungsverlaufs einschließen, wobei die Hülsen mit der Hilfe eines Klebstoffs oder Verriegelungs- bzw. Verblockungsmechanismus oder Klemmeinrichtungen (z.B. ein außenliegendes Band) fest aneinander angebracht sind, um einen Halter zu schaffen. Das vereinfacht in bedeutendem Maße den Zusammenbau der Vorrichtung und gestattet die Erzeugung von Vorrichtungen mit einer wesentlich größeren Anzahl von kanalbildenden Elementen, wobei auf diese Weise der Bereich der Strahlsteuerung im Winkel vergrößert wird.

Ähnlich ist es auch bei der Ausführung zweckmäßig, wo die Vielzahl von Kanälen mit Kapillaren ausgebildet ist, wobei diese letzteren in Bündel angeordnet sind, wobei ihre Längsachsen entlang der Erzeugenden imaginärer koaxialer tonnenförmiger Flächen angeordnet sind, die feste Haltestruktur mit Honigwabenmustern aus Hülsen auszubilden, die jedes Bündel von Kapillaren in einer Ebene senkrecht zu der Achse des gesteuerten Strahls einschließen und fest miteinander durch Klebstoff oder einen Verblockmechanismus oder Klemmvorrichtungen verbunden sind. Das gestattet eine Vereinfachung des Zusammenbaus der Vorrichtung.

Statt Hülsen, die jedes Rohr oder jedes Bündel von Kapillaren umgeben, können koplanare übereinander angeordnete Gestelle oder Träger eingesetzt werden, um die feste Haltestruktur zu bilden.

Die feste Haltestruktur kann zum Zweck der Rotation als eine Einheit um die Mittelachse des Strahlverlaufs montiert werden, wobei auf diese Weise der Abgleich zeitlich gemittelter Strahlungsintensität über den Strahlquerschnitt durch Mittelung von Unregelmäßigkeiten, die durch den Strahltransfer über einzelne Kanäle verursacht werden, möglich ist.

Gemäß noch einer anderen Ausführung dieser Erfindung ist es zweckmäßig, unterschiedliche Längen für verschiedene Kanäle zu

haben, wobei ihre Längen in Übereinstimmung mit der erforderlichen Abschwächung der Strahlungsintensität in jeder Region des Querschnitts des Strahls, der geformt wird, ausgewählt wird. Dadurch kann die Strahlungsintensität über den Querschnitt des Strahls, der geformt wird, durch Ausgleichen von Unregelmäßigkeiten, die durch unterschiedliche Intensitätsverluste während des Strahlungstransfers über Kanäle unterschiedlicher Krümmung verursacht werden, gesteuert werden. Die häufigste Verwendung ist es, die Strahlintensität abzugleichen. Als Alternative kann ein Absorptionsfilter mit einer Dichte oder Dicke, die über den Querschnitt variiert, wobei die häufigste Verwendung ein Filter mit Absorptionen, die von seiner Mitte zu seinem Rand hin abfallend ist, in dem Strahlungsverlauf angeordnet werden, um denselben Zweck zu erfüllen.

Es hat sich ferner herausgestellt, daß es vorteilhaft ist, die einzelnen Elemente divergierend (z.B. konisch divergierend) mit einem Kegelwinkel O₁ < &thgr; - 0/L₁ auszubilden, wobei 0 der erforderliche Divergenzwinkel des quasi-parallelen Strahls und L₁ die Länge des konischen Rohrabschnitts ist. Bei dieser Ausführung ist der Strahlungstransfer in den nach außen ausgestellten Kanälen mit einer Abnahme der Strahldivergenz auf den Wert des Kegelwinkels verbunden.

Bei einer weiteren Ausführung der Erfindung können die kanalbildenden Elemente entlang Erzeugender imaginärer koaxialer Flächen mit zusammengesetzter Krümmung angeordnet werden. Zum Beispiel können die Ausgangsenden der Kanäle mit kanalbildenden Elementen angeordnet werden, die entlang der Erzeugenden imaginärer ringförmiger Flächen angeordnet sind, die Entsprechenden der tonnenförmigen Flächen entsprechen, wobei die Ausgangsenden auf den Strahlungsempfänger ausgerichtet sind. Dadurch kann eine höhere Strahlungsdichte der so geformten Strahlen geschaffen werden.

Es ist produktionstechnisch nützlich, wenn die feste Haltestruktur durch Ausfüllen der Lücken zwischen den Rohren mit

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einem Compound oder einer Vergußmasse erzeugt wird. Es ist auch zweckmäßig, die Vorrichtung mit einem äußeren Abschirmgehäuse aus einem für die Strahlung des gesteuerten Strahls undurchlässigen Material auszustatten, wobei Öffnungen in dem Gehäuse mit den Kanalenden ausgerichtet sind, und wobei nur gekrümmte Kanäle und Strahlung absorbierendes Material zwischen den Rohren verwendet wird, um jeden geraden Linienweg zu einem eingeschlossenen Strahlungsempfänger oder einer eingeschlossenen Strahlungsquelle abzublocken, wobei auf diese Weise der Anteil an Untergrundstrahlung in der Strahlung der geformten Strahlen vermindert wird. Eine derartige Füllung vermindert auch die Anfälligkeit der Vorrichtung auf Bewegung, wie z.B. Vibrationen.

Die vorliegende Erfindung stellt auch ein Röntgenlithographiesystem bereit, das die oben beschriebene Kumakhov-Linse aufweist. Eine Röntgenquelle ist erforderlich, und die Kumakhov-Linse ist üblicherweise zwischen der Röntgenquelle und einer Maske angeordnet.

Die Röntgenquelle kann eine Punktquelle oder eine Nichtpunktquelle, wie z.B. ein Synchrotron, sein. Eine Kumakhov-Linse kann auch zwischen einer Maske und einem Schutzlack angeordnet sein. Die vorliegende Erfindung offenbart auch ein Verfahren zur Röntgenlithographie mit folgenden Schritten: Zur-Verfügung-Stellen einer Strahlungsquelle, Fokussieren der Strahlung von der Quelle über eine Kumakhov-Linse und Lenken der fokussierten Strahlung durch eine Maske. Dieses Verfahren kann auch eine Kumakhov-Linse, um einen quasi-parallelen Strahl zu bilden, und eine zweite Kumakhov-Linse hinzufügen, um den Strahl in einem bestimmten Energieband zu fokussieren.

Die vorliegende Erfindung stellt ferner ein analytisches Instrument mit einer Kumakhov-Linse bereit. Üblicherweise ist die Kumakhov-Linse zwischen einer Strahlungsquelle und einer zu analysierenden Probe angeordnet. Das eigentliche Instrument kann eine Röntgenvorrichtung, wie z.B. eine Röntgenfluoreszenz-

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vorrichtung, ein Röntgenmikroskop oder eine Röntgendiffraktionsvorrichtung, eine Ionenvorrichtung, wie z.B. ein Ionenmikroskop, eine Neutronenvorrichtung, wie z.B. ein Neutronenmikroskop oder eine Neutronendiffraktionsvorrichtung, oder eine Elektronenstrahlvorrichtung sein.

Am häufigsten weisen die eigentlichen Instrumente einen Monochromator auf, wobei die Strahlung der Quelle sowohl die Kumakhov-Linse als auch den Monochromator durchqueren kann. Bei diesem Ausführungsbeispiel weist die Kumakhov-Linse üblicherweise einen Konzentrierer eines divergenten Strahls, einen Konzentrierer eines parallelen Strahls, einen Former eines quasi-parallelen Strahls oder einen Manipulator eines quasiparallelen Strahls auf.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist es, die Kumakhov-Linse zwischen einer sekundären Strahlungsquelle und einer Probe anzuordnen, wobei die Kumakhov-Linse üblicherweise als ein Konzentrator eines divergenten Strahls, ein Konzentrator eines parallelen Strahls, ein Former eines quasi-parallelen Strahls oder ein Manipulator eines quasi-parallelen Strahls arbeitet.

Die vorliegende Erfindung sorgt auch für eine Kumakhov-Linse, die zwischen einer zu analysierenden Probe und einer Vorrichtung zum Aufnehmen der Strahlung angeordnet ist, wobei die Kumakhov-Linse üblicherweise als ein Konzentrator eines divergenten Strahls, ein Konzentrator eines parallelen Strahls, ein Former eines quasi-parallelen Strahls oder ein Manipulator eines quasi-parallelen Strahl arbeitet.

Eine Kumakhov-Linse kann auch als ein Bandpaßfilter arbeiten. Überdies sind die vorliegenden Instrumente zur Verwendung bei der digitalen Subtraktionsanalyse geeignet.

Die vorliegende Erfindung stellt ferner ein Verfahren zur Analyse einer Probe bereit, das folgende Schritte aufweist: Zur

Verfügung Stellen einer Strahlungsquelle; Ausrichten der von der Quelle erzeugten Strahlung durch eine Kumakhov-Linse; Überstreichen der zu analysierenden Probe mit aus der Kumakhov-Linse austretender Strahlung; und Aufnehmen der aus der Probe austretenden Strahlung.

Üblicherweise wird die aufgenommene Strahlung danach mit bekannten Parametern derartiger Strahlung korreliert.

Das Ausrichten der Strahlung von der Quelle kann ferner das Reflektieren der Strahlung, die die Kumakhov-Linse verläßt, und das Lenken der reflektierten Strahlung durch eine zweite Kumakhov-Linse umfassen. Das wird üblicherweise durch Verwendung eines Kristalls erreicht, und man kann einen Einkristall-Monochromator verwenden. Ferner kann die die Probe verlassende Strahlung vor der Aufnahme durch eine zweite Kumakhov-Linse gelenkt werden.

Die vorliegende Erfindung stellt außerdem eine medizinische Vorrichtung zur Verfügung, die eine Kumakhov-Linse aufweist. Medizinische Vorrichtungen werden bereitgestellt, die sowohl für die Diagnose als auch Therapie geeignet sind. Spezielle offenbarte medizinische Vorrichtungen weisen ein angiographisches System, ein Endoskop, eine Tomographievorrichtung, eine Vorrichtung, die Gewebe ionisieren kann, eine Vorrichtung, die zur Neutroneneinfangtherapie nützlich ist, und eine Vorrichtung zur Röntgenfluoreszenzanalyse auf. Überdies sorgt die vorliegende Erfindung für die Verwendung einer Kumakhov-Linse bei einer medizinischen Vorrichtung.

Die vorliegende Erfindung offenbart auch ein Verfahren, einen Gegenstand zu Bestrahlen, mit folgenden Schritten: Erzeugen eines Strahlungsstrahls; Fokussieren des Strahls unter Verwendung einer Kumakhov-Linse; und Ausrichten des Strahls auf den Gegenstand. Überdies wird auch ein Verfahren zum Ermitteln des Vorhandenseins einer Substanz in einem Gegenstand mit folgenden Schritten offenbart: Erzeugen eines Strahlungs-

Strahls; Fokussieren des Strahls unter Verwendung einer Kumakhov-Linse; Ausrichten des Strahls auf den Gegenstand; und Aufnehmen der Überreste des Strahls nach der Kontaktaufnahme mit dem Gegenstand.

Kurze Beschreibung der Figuren

FIG. 1 zeigt einen Schnitt entlang der Achse des gesteuerten Strahls von einem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit Rohren als kanalbildende Elemente, die durch Scheiben mit Öffnungen am Platz gehalten werden, die in einem Honigwabenmuster angeordnet sind.

FIG. 2 zeigt einen Querschnitt des in FIG. 1 gezeigten Ausführungsbeispiels in der Ebene A-A.

FIG. 3 zeigt einen Querschnitt des Ausführungsbeispiels von FIG. 1 in der Ebene B-B für einen Fall, daß. die Kapillaren verlängert sind, bis sie sich berühren.

FIG. 4 zeigt einen Schnitt entlang der Achse des gesteuerten Strahls von einem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit tonnenförmigen Hüllen als die kanalbildenden Elemente, die durch Kleben an Honigwabengitter am Platz gehalten werden.

FIG. 5 zeigt eine Ansicht des in FIG. 4 gezeigten Ausführungsbeispiels von der Seite der Strahlungsquelle.

FIG. 6 zeigt einen Teil eines Ausführungsbeispiels dieser Erfindung mit Kapillaren, die in einzelne Bündel als die kanalbildenden Elemente gruppiert sind.

FIG. 7 zeigt die Verwendung einer Hülse, die ein gebogenes Rohr umgibt, um eine feste Haltestruktur zu bilden.

FIG. 8 zeigt die Verwendung einer Hülse, die ein Bündel von Kapillaren umgibt, um ein festes Haltegerüst zu bilden.

FIG. 9 zeigt eine feste Haltestruktur aus übereinander angeordneten Gerüstelementen.

FIG. 10 zeigt einen Schnitt entlang der Achse des gesteuerten Strahls eines Ausführungsbeispiels dieser Erfindung, wobei die kanalbildenden Elemente als Rohre ausgeführt sind, die plastisch geformt sind, um variierende Kanalquerschnitte zu erzeugen, wobei die feste Haltestruktur mit Honigwabenmuster durch die Wände der Rohre selbst ausgebildet ist.

FIG. 11 zeigt eine Anordnung zum Drehen einer festen Kanalhaltestruktur um eine mittlere Strahlachse.

FIG. 12 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit in axialer Richtung verschiebbaren Haltescheiben.

FIG. 13 zeigt einen Schnitt entlang der Achse des gesteuerten Strahls eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, wobei die kanalbildenden Elemente Rohre sind, die einen quasi-parallelen Strahl formen, und die mit geradlinigen Rohrabschnitten unterschiedlicher Länge verlängert ■-■-aeimi&i^RssvM die Strahlungsintensität über den Querschnitt des quasiparallelen Strahls auszugleichen.

FIG. 13A zeigt einen Schnitt entlang der Achse des gesteuerten Strahls eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, bei dem ein Absorptionsfilter verwendet wird, um die Strahlungsintensität über den Querschnitt eines quasi-parallelen Strahls auszugleichen.

FIG. 14 zeigt einen Schnitt entlang der Achse des gesteuerten Strahls eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, wobei die kanalbildenden Elemente Rohre sind, die einen quasi-parallelen Strahl formen, und die mit nach außen ausgestellten Rohren verlängert sind, um die Divergenz des geformten quasiparallelen Strahls zu vermindern.

FIG. 15 zeigt einen Schnitt entlang der Achse des gesteuerten Strahls eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, wobei die kanalbildenden Elemente, die entlang Erzeugender imaginärer tonnenförmiger Flächen angeordnet sind, entlang Erzeugender ringförmiger Flächen fortgesetzt sind.

FIG. 16 zeigt einen Schnitt entlang der Achse des gesteuerten Strahls eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, wobei die Lücken zwischen kanalbildenden Rohren und zwischen die Rohre haltenden Scheiben mit einem sich verhärtenden Material ausgefüllt sind.

FIG. 17 zeigt einen Schnitt entlang der Achse des gesteuerten Strahls eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, wobei die gesamte Vorrichtung in einem Abschirmgehäuse mit Öffnungen eingeschlossen ist, die mit den Eingangs- und Ausgangsenden der Strahlungstransferkanäle ausgerichtet sind.

FIG. 18 zeigt eine typische Kurve von Transmissionskoeffizienten über der Energie zur Beugung von Photonen.

FIG. 19 zeigt eine Kapillare einer bestimmten Geometrie in der Nähe des Krümmungspunktes der Kapillare, wobei Photonen dargestellt sind, die sich von einer Wand zu der anderen bewegen.

FIG. 20 zeigt eine typische Kurve des Transmissionskoeffizienten über der Photonenenergie für eine bestimmte Geometrie, die eine Hochenergieabsperrung schafft.

FIG. 21A zeigt eine Reihe von rechteckigen Kapillaren und Reflektionen der parallelen Anfangsstrahlen.

FIG. 2IB zeigt eine Kurve von Photonenzahlen von jedem Strahl über der Photonenenergie, wobei die beiden Strahlen I₁ und I₂ bestimmte Verteilungen aufweisen.

FIG. 22 zeigt die erhaltenen Strahlen bei Verwendung von Kapillaren variabler Breite, wobei ihre Abmessung in Richtung ihrer Eingangsenden vermindert ist.

FIG. 23 zeigt eine Linse mit nicht gleichförmigen Kanalquerschnitten, die einen kleinen Brennpunkt erzeugt.

FIG. 24 zeigt ein asymmetrisches Linsensystem, bei dem man einen kleinen Punkt hoher Strahlungsintensität von einer divergenten Quelle erhält.

FIG. 25 zeigt einen mit Ablenkblechen versehenen Eingang eines Linsenelementes.

FIG. 2 6 zeigt Kapillarelemente, wobei der Raum zwischen den Elementen mit einem Fluid (Gas oder Flüssigkeit) gekühlt wird.

FIG. 27 zeigt eine Polykapillare mit einem Durchmesser von 300 &mgr;&tgr;&eegr;, wobei jeder einzelne Kanal einen Durchmesser von ungefähr 10 /zm aufweist.

FIG. 28 zeigt eine schematische Darstellung eines Systems mit einer Quelle, einer Kumakhov-Linse und einer Maske. Bei der Quelle erzeugte Röntgenstrahlen

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durchqueren die Kumakhov-Linse und gelangen zu der Maske.

FIG. 2 9 zeigt eine schematische Darstellung eines Systems mit einer Quelle, einer Kumakhov-Linse und einer Maske. Bei der Quelle erzeugte Röntgenstrahlen durchqueren die Kumakhov-Linse und gelangen zu der Maske. Der aus der Kumakhov-Linse austretende Strahl ist enger als der in Figur 28.

FIG. 3OA zeigt eine schematische Darstellung eines Systems mit einer Quelle, einer Kumakhov-Linse, einer Maske und einem Wafer.

g = Abstand Maske zu Wafer
&thgr; = Linseneinfallwinkel (sr)
&dgr; = radiale Vergrößerung

FIG. 3OB zeigt eine schematische Darstellung der Röntgenstrahlen, die die Maske durchdringen und auf den Wafer treffen.

&thgr; = maximale Strahldivergenz von der Achse
&rgr; = Halbschattenabschattung

FIG. 31 zeigt eine Darstellung des vergrößerten Strahlquerschnitts an einer Stelle an dem Ende der Linse.

FIG. 32A zeigt eine schematische Darstellung eines Systems, das ein Synchroton mit divergentem Strahl, eine Kumakhov-Linse zur Fokussierung des Strahls zu einem quasi-parallelen Strahl, eine Kumakhov-Linse zur Auswahl der Energiebande und eine Kumakhov-Linse für die Strahlformung verwendet.

FIG. 32B zeigt eine Darstellung des Strahlquerschnitts in den Ebenen 1-1 und 2-2.

FIG. 33A zeigt eine Darstellung von Synchrotronstrahlung, die von einem Synchrotronring kommt.

FIG. 33B zeigt eine repräsentative Transformation von Synchrotronstrahlung in einem großen Querschnitt mit kleiner Divergenz und Herausfilterung von Photonen hoher Energie.

FIG. 34 zeigt eine schematische Darstellung von Projektionslithographie mit einer Röntgenquelle, einer ersten Kumakhov-Linse, einem Maskenfilter, einer zweiten Kumakhov-Linse und einem Schutzlack.

FIG. 35 zeigt eine Darstellung der zweiten Kumakhov-Linse für die Projektionslithographie.

FIG. 36 zeigt eine schematische Darstellung einer einen divergenten Strahl konzentrierenden Kumakhov-Linse.

FIG. 37 zeigt eine schematische Darstellung einer einen parallelen Strahl konzentrierenden Kumakhov-Linse.

FIG. 3 8A zeigt eine schematische Darstellung einer einen quasi-parallelen Strahl formenden Kumakhov-Linse.

FIG. 38B zeigt eine zweite schematische Darstellung einer einen quasi-parallelen Strahl formenden Kumakhov-Linse .

FIG. 3 9 zeigt eine schematische Darstellung einer Röntgenquelle, einer Kumakhov-Linse, einer Probe und eines Detektors. Röntgenstrahlen kommen von der Quelle durch die Linse und zu der Probe, wo sie abgelenkt werden, und werden anschließend aufgenommen.

FIG. 4OA zeigt eine schematische Darstellung einer Röntgenquelle, einer Probe, einer Kumakhov-Linse und eines

Detektors. Röntgenstrahlen kommen von der Quelle zu der Probe, wo sie abgelenkt werden, treten durch die Kumakhov-Linse und werden dann aufgenommen.

FIG. 4OB zeigt eine schematische Darstellung eines Systems mit einer Röntgenquelle, · einer Probe, einer ersten Kumakhov-Linse, einem Kristall, einer zweiten Kumakhov-Linse und einem Detektor. Röntgenstrahlen kommen von der Quelle zu der Probe, wo sie durch die erste Kumakhov-Linse zu dem Kristall und durch die zweite Kumakhov-Linse zu dem Detektor abgelenkt werden.

FIG. 41A zeigt eine schematische Darstellung eines Systems mit einer Röntgenquelle, einer ersten Kumakhov-Linse, einer Probe, einer zweiten Kumakhov-Linse und einem Detektor. Röntgenstrahlen kommen von der Quelle durch die erste Kumakhov-Linse zu der Probe, wo sie durch die zweite Kumakhov-Linse zu dem Detektor abgelenkt werden.

FIG. 41B zeigt eine schematische Darstellung der Probe (wie in FIG. 41A gezeigt), wobei einige der Röntgenstrahlen zu der zweiten Kumakhov-Linse abgelenkt werden und andere Röntgenstrahlen durch die Probe treten.

FIG. 42 zeigt eine schematische Darstellung eines komplexen analytischen Systems mit einer Energieversorgungsquelle, einer Röntgenquelle, einer Kumakhov-Linse, einer Probe, einen Probenpositioniersystem, energiedispersiven Detektoren, einem Einkristall oder einem vielschichtigen Reflektor, einer Detektorelektronik, einer Computersteuerung und einem Analysesystem.

FIG. 43 zeigt eine schematische Darstellung eines Systems mit einer Röntgenquelle, einer Kumakhov-Linse, einem

Einkristall-Monochromator, einer Probe, einer Kumakhov-Linse und einem Detektor.

FIG. 44A zeigt eine schematische Darstellung einer Quelle, einer Kumakhov-Linse und von Kapillaren.

FIG. 44B zeigt eine schematische Darstellung einer Quelle, einer Kumakhov-Linse und mehrerer Kapillaren.

FIG. 45 zeigt eine schematische Darstellung einer Quelle, einer Kumakhov-Linse und einem System von Kapillaren.

FIG. 46 zeigt eine schematische Darstellung eines Mikroskops mit Synchrotronstrahlung.

FIG. 47 zeigt eine schematische Darstellung einer Linse aus tonnenförmigen Kapillaren.

FIG. 4 8 zeigt eine schematische Darstellung einer Photonenbahn durch eine tonnenförmige Kapillare.

FIG. 4 9A zeigt eine schematische Darstellung der Brechung unter Verwendung einer Quelle, einer Kumakhov-Linse und eines Kristalls.

FIG. 49B zeigt eine schematische Darstellung einer Differentation unter Verwendung einer Quelle, einer ersten Kumakhov-Linse, einem Kristall, einer zweiten Kumakhov-Linse und einem Detektor.

FIG. 50 zeigt eine schematische Darstellung eines Systems, wobei Strahlung durch eine Kumakhov-Linse und einen Kristall-Monochromator (in Laue Geometrie) auf einen Gegenstand gelenkt wird.

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FIG. 51A zeigt eine schematische Darstellung eines Systems, bei dem Strahlung durch eine Kumakhov-Linse gelenkt und von asymetrisch geschnittenen Kristallen reflektiert wird, bevor sie auf den Gegenstand (Subjekt) trifft.

FIG. 51B zeigt eine Darstellung von Querschnitten der Strahlung des produzierten Strahls in den Ebenen 1-1, 2-2 bzw.
3-3.

FIG. 52 zeigt eine Draufsicht eines Schnitts von einem Kollimator.

FIG. 53 zeigt eine schematische Darstellung eines Systems, wo Strahlung von zwei Quellen jeweils durch Transmissionsdetektoren treten. Die beiden Strahlen treten dann durch den Gegenstand, kreuzen an dem interessierenden Punkt, durchqueren einen Kollimator, treten durch einen Transmissionsdetektor und enden an einer Stelle, die den Detektor beendet.

FIG. 54 zeigt eine schematische Darstellung einer Kumakhov-Linse, eines Kristall-Monochromators in Laue Geometrie, eines Gegenstandes, eines Kollimators und eines zweidimensionalen ortsempfindlichen Detektors.

FIG. 55 zeigt zwei Kurven von Photonenzahlen über der Photonenenergie. Die gestrichelte Linie stellt die Energieabsorption einer interessierenden Linie (z.B. einer Jod-K-Linie) dar. Die obere Kurve ist für einen Strahl aus einem Monochromator und die untere Kurve ist für einen Strahl von einer Kumakhov-Linse.

FIG. 56 zeigt eine Kurve mit zwei Peaks, die durch eine Kumakhov-Linse erzeugt wurden. Wieder stellt die

&bull; ·

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gestrichelte Linie die Absorptionsenergie für die interessierende Linie dar.

FIG. 57 zeigt eine schematische Darstellung von (1) einer Strahlungsquelle, (2) einer Kumakhov-Linse, die von der Quelle erzeugte divergente Strahlung einfängt, (3) großen Kanälen und (4) schmalen Kanälen {Polykapillaren).

FIG. 58 zeigt eine schematische Darstellung einer Strahlungsquelle, die in drei Dimensionen (X₀, Y₀, Z₀) emittiert, und einer Kumakhov-Linse, die Strahlung einfängt und die Strahlung in die Richtung eines Detektors emittiert.

FIG. 59 zeigt eine schematische Darstellung von Röntgenstrahlen, die auf dem Weg zu einem Gegenstand durch eine Kumakhov-Linse treten, wobei abgelenkte Röntgenfluoreszenz durch eine zweite Kumakhov-Linse detektiert wird.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Die Vorrichtung (auch bezeichnet als eine Kumakhov-Linse) zum Steuern von Strahlen von Teilchen, Röntgen- und Gammaquanten weist eine Vielzahl von Kanälen mit Innenflächen auf, die mehrfache äußere Totalreflektionen zeigen. Bei dem Ausführungsbeispiel von FIG. 1 sind die kanalbildenden Elemente gebogene hohle Rohre 1. Die Längsachsen 2 der Rohre 1 sind entlang der Erzeugenden imaginärer tonnenförmiger Flächen koaxial zu der Mittelachse 3 des gesteuerten Strahls angeordnet. Die kanalbildenden Elemente sind fest miteinander über eine feste Haltestruktur verbunden.

Die feste Struktur weist Scheiben 4 auf, die senkrecht zu der Achse 3 des gesteuerten Strahls angeordnet sind. Diese Scheiben sind jeweils mit einem Honigwabenmuster von Öffnungen 5 ausge-

stattet, um die Rohre 1 darin aufzunehmen und zu halten. In dem Honigwabenmuster, wie in FIG. 2 gezeigt, ist jede Öffnung von sechs gleichermaßen beabstandeten dichtesten Öffnungen umgeben, außer denjenigen Öffnungen auf dem Umfang des Musters. Weitere Anordnungen von Öffnungen sind möglich, aber diese ist für die meisten Anwendungen bevorzugt. Der Abstand zwischen den Öffnungen auf jeder Scheibe 4 hängt von der beabsichtigten axialen Position der Scheibe ab und wird gewählt, um die Positionen der Rohre 1 (FIG. 1) entlang der Erzeugenden von tonnenförmigen Flächen fest zu befestigen. Die Scheiben 4, die aus festem Material (z.B. Metall oder festem Kunststoff oder einem Verbundmaterial) gemacht sind, sind fest miteinander über den Rahmen 6 verbunden.

Die Eingangsenden der gebogenen Rohre 1 liegen einer Strahlungsquelle 7 gegenüber, und die Ausgangsenden sind auf einen Strahlungsempfänger 8 gerichtet. Beide Sätze von Enden sind vorzugsweise in einer hexagonalen dicht gepackten Formation, wie in FIG. 3 gezeigt, angeordnet.

Wieder mit Bezug auf FIG. 1, ist in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung die radiale Abmessung D jedes Kanals (der Durchmesser von Rohr 1 an dem Eingangsende) bestimmt durch:

D₁ < 2 0_D+D,
wobei D₁ der effektive Durchmesser der Strahlungsquelle 7;

&THgr;_&Oacgr; der minimale Grenzwinkel bzw. kritische Winkel äußerer Totalreflektion in dem spezifizierten Spektralband; und

F der Abstand von der Strahlungsquelle 7 zu dem Eingangsende der Rohr 1 gemessen entlang der Mittelachse 3 ist.

FIG. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wobei Kanäle durch Lücken zwischen tonnenförmigen,

durch den Strahl reflektierenden Schichten oder Hüllen 9 gebildet werden, die koaxial zu der Achse 3 des gesteuerten Strahls liegen. Die feste Haltestruktur weist mindestens zwei Gitter 10 mit z.B. Honigwabenreihen von Quellen 11 (FIG. 5) auf, die an den Eingangs- und Ausgangsenden der Kanäle senkrecht zu der Achse 3 des Strahls der gesteuerten Strahlung angeordnet sind. Das feste Halteelement kann in anderen Formen als der Honigwabe ausgeführt sein, es sollte aber sorgfältig ausgewählt sein, weil die blockierten Bereiche ein unerwünschtes Muster in dem Strahl ausbilden können. Die Hüllen 9 sind im festen Abstand durch Befestigung am Gitter 10 an ihren Enden (z.B. durch Kleben) fixiert, und die Gitter 10 sind an Halteringen 12 befestigt, die wiederum fest aneinander durch die Rahmen 6, wie in FIG. 4 gezeigt, miteinander verbunden sind.

Die radiale Abmessung D jedes Kanals ist bei diesem Ausführungsbeispiel durch den Abstand zwischen zwei benachbarten Hüllen in der radialen Richtung bei der Abschlußebene, wie in FIG. 4 gezeigt, bestimmt.

Wieder mit Bezug auf Ausführungsbeispiele, bei denen gebogene Rohre als die kanalbildenden Elemente dienen, kann, um den Ausfüllfaktor des Eingangsquerschnitts durch die Rohrkanäle 1 (FIG. 1) zu verbessern, der Querschnitt von jedem Rohr 1 vorzugsweise dreieckig, rechteckig, hexagonal oder mit einer anderen Form ausgebildet werden, bei der der Ausfüllfaktor des Eingangsquerschnitts der Vorrichtung maximal ist. Das feste Halteelement kann in der Form anders als honigwabenförmig sein, aber die Form sollte sorgfältig gewählt sein, weil die blockierte Strahlung ein unerwünschtes Muster in dem Strahl ausbilden kann.

Bei gleichförmig gebogenen Rohren 1 mit einem Kanalmaß D streift selbst ein ursprünglich paralleler Strahl von Strahlung, der in das Rohr 1 eingeführt wird, an den Kanalwänden unter Winkeln im Bereich von Null bis ö_max, wobei

&bull;&iacgr; ··:··. fs &khgr;. mm

0_max = (2D/R)^1/2 und R der Krümmungsradius von Rohr 1 ist, so daß jedes bestimmte Typ- und Energieniveau von Strahlungsmerkmalen einen sogenannten kritischen Krümmungsradius R₁=2D/Ö² _D aufweist, unterhalb dessen der Einfangquerschnitt proportional mit R_-ZR₁ abfällt.

Bei rechteckigen Kanälen ist dieser Abfall linear; bei zylindrischen Kanälen folgt er einem komplexeren Gesetz. Bei Vorrichtungen zur Strahlsteuerung sollten lokale Verbiegungen, die dadurch verursacht werden, daß das Rohr unter seinem eigenen Gewicht durchhängt, durch R>R_X begrenzt werden.

Man bevorzugt, Scheiben 4 mit in Honigwaben angeordneten Öffnungen 5 in Stellung zu bringen, die die gebogenen Rohre 1 entlang der Achse 3 des gesteuerten Strahls mit einem Abstand der Stützen von L <. (12ElZQU₁)¹/² fixieren, wobei E das Elastizitätsmodul der Rohre 1, I das Trägheitsmoment des Rohrquerschnitts relativ zu seiner neutralen Achse, Q das Rohrgewicht pro Einheitslänge und R₁ der kritische Krümmungsradius der Rohre 1 ist, der durch die Hochenergiegrenze der Strahlung festgelegt ist. Bei einer derartigen Positionierung der Scheiben 4 wird eine zusätzliche Krümmung der Rohre 1 unter ihrem eigenen Gewicht nicht einen Wert überschreiten, der erforderlich ist, um eine totale Füllung der Kanäle der Rohre 1 mit der Strahlung, die übertragen wird, zu behalten.

Die Vergrößerung des spektralen Arbeitsbereichs der Vorrichtungen dieser Erfindung und ihr Einsatz, um Neutronenstrahlen zu steuern, sind mit einem verminderten Grenzwinkel äußerer Totalreflektion und entsprechend mit der Notwendigkeit der Verminderung der Durchmesser der Rohre 1 verbunden. Bei einem Rohrdurchmesser unterhalb von 100 &mgr;&idiagr;&eegr; werden die Verfahren zum Zusammensetzen der Vorrichtung sehr kompliziert.

Bei rohrförmigen kanalbildenden Elementen ist es vorteilhaft, jedes Rohr 1 als eine Vielzahl von miteinander verbundenen Kapillaren 13 mit einer glatten reflektierenden Oberfläche herzustellen, die mehrfache äußere Totalreflektionen (FIG. 6 und FIG. 27) zeigen. Bei diesem Aufbau kann der effektive Kanaldurchmesser um mehrere Größenordnungen reduziert werden. Das erleichtert es, den Arbeitsbereich des Spektralbandes in den Bereich höherer Energien auszudehnen und gestattet es, kleinere Krümmungsradien der Rohre 1 auszubilden, weil der kritische Krümmungsradius hier durch den Durchmesser des Kapillarkanals 13 und nicht durch den des Rohrs 1 bestimmt wird. Somit kann der Kanaldurchmesser in den Submikrobereich reduziert und die Anzahl an Kanälen um mehrere Größenordnungen vergrößert werden, wohingegen der Arbeitsaufwand zum Zusammenbauen der Vorrichtung durch die Anzahl derartiger multikapillarer Rohre bestimmt ist und daher auf dem Niveau der ursprünglichen Rohrkonstruktion behalten wird.

Bei Ausführungsbeispielen, wo die Vielzahl an Kanäle mit gebogenen Rohre 1 (FIG. 1) ausgebildet ist, wobei die Längsachsen davon entlang Erzeugender, imaginärer koaxialer tonnenförmiger Flächen angeordnet sind, kann die feste Honigwabenstruktur mit Hülsen 20 ausgestattet werden, die jedes gebogene Rohr 1 in einer Ebene senkrecht zu der Achse des gesteuerten Strahls umschließen, wie es in FIG. 7 dargestellt ist. Die Hülsen sind fest miteinander, z.B. durch einen Klebstoff oder einen Verblockungsmechanismus oder einen Klemmmechanismus verbunden.

Ganz ähnlich, wenn die Vielzahl von Kanälen mit Kapillaren 13 (FIG. 6) ausgebildet ist, die in einzelne Bündel gruppiert sind, wobei die Längsachsen davon entlang Erzeugender imaginärer koaxialer tonnenförmiger Flächen angeordnet sind, kann die feste Honigwabenstruktur in der Gestalt von Hülsen 21 (FIG. 8) ausgebildet sein, die jedes Bündel von Kapillaren 13 in einer Ebene senkrecht zu der Achse des gesteuerten Strahls einschließen. Wieder werden sie von den Hülsen, die fest

miteinander, z.B. mit einem Klebstoff oder einer Bandage, verbunden sind, umgeben, um ein Gerüst zu bilden.

Bei einer anderen Ausführung können die Rohre 1 (oder Bündel von Kapillaren 13) in der gewünschten Stellung mit fest verbundenen aufeinander angeordneten Gerüstelementen 22, wie in FIG. 9 gezeigt, gehalten werden.

Bei der Ausführung rohrformiger Kanäle kann, wenn es erforderlich ist, die Zusammenbauverfahren zu vereinfachen, den Kanaldurchmesser in den Rohren 1 auf ein praktikables Minimum zu vermindern, und die Größe des Strahlkonzentrationsgebiets zu verkleinern, wobei auf diese Weise die Strahldichte in diesem Gebiet vergrößert wird, die feste Honigwabenstruktur durch die Wände der Rohre 1 ausgebildet werden, die fest aneinander an ihren Außenflächen angebracht werden. Die Erfindung faßt die Herstellung einer derartigen Vorrichtung mit thermoplastischen Rohren, wie z.B. Glasrohren (FIG. 10) ins Auge. Das schafft eine variable Kanalbreite entlang des Verlaufs des Rohrs von D₀ an Enden von Rohr 1 bis zu D_max in ihren Mittelbereichen, was bei diesem Ausführungsbeispiel proportional zu dem Durchmesser der entsprechend vorgegebenen tonnenförmigen Fläche des Rohrs in jedem Querschnitt des letzteren ist. Unter diesen Umständen wird der kritische Krümmungsradius der Rohre 1 durch den Eingangsdurchmesser D₀ bestimmt, weil die unvollständige Füllung des Kanalquerschnitts mit der Strahlung, die zwischen den Enden der Vorrichtung übertragen wird, nicht kritisch für die Ausdrücke des Übertragungswirkungsgrades ist.

Bei dem in FIG. 10 dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel ist jedes Rohr entlang einer Kurve gebogen, die einen Kreisbogen derart annähert, daß die Strahlung, die durch ihr dünnes Ende an dem Eingang der Vorrichtung eingefangen wird, über einen nach außen ausgestellten und dann, falls notwendig, verjüngten Kanal durch Reflektionen an nur einer Wand mit positiver Gaußscher Krümmung übertragen wird, und niemals an der gegenüberliegenden Wand auftrifft, wodurch der Bereich der

Glanzwinkel beibehalten wird, die an dem Eingang der Vorrichtung erreicht werden, bis sie den Ausgang erreicht, wo gemäß der Erfindung der Durchmesser der Rohre 1 mindestens der Eingangsdurchmesser D₀ ist, weil es in dem entgegengesetzten Fall unmöglich wird, Reflektionen auf der gegenüberliegenden Wand zu vermeiden, die zu zusätzlichen Strahlungsverlusten führen, die durch den Glanzwinkel verursacht werden, der den Grenzwinkel Ö_D äußerer Totalreflektion übersteigt.

Die Vorrichtung dieser Erfindung kann verwendet werden, um Strahlen quasi-paralleler Strahlung für solche Anwendungen zu formen, wie Langstreckenenergieübertragung (z.B. Datenübertragung) , Übertragung von Bildern der Objekte, die bestrahlt werden, ohne geometrische Verzerrungen, und Monochromatisierung durch Braggstrahlung mit der Hilfe ebener Kristalle. Bei einer Anzahl von Einsatzgebieten (z.B. bei Röntgenlithographie) muß der Strahl der Strahlung sehr homogen und in hohem Maße parallel sein. Quasi-parallele Strahlen, die durch mehrfache äußere Totalreflektionen in rohrförmigen Systemen geformt werden, zeigen jedoch eine nicht gleichförmige Strahlungsverteilung über den Strahlquerschnitt aufgrund der getrennten Art des Strahlungstransfers über einzelne Rohre 1 (Mikroinhomogenität) , wobei die Intensität von dem Str.ahlzentrum zu seinen Rändern infolge eines niedrigeren Wirkungsgrades der Strahlungsübertragung bei einer höheren Krümmung der Rohre 1 (Makroinhomogenität) abfällt.

Bei Fällen, wenn die Inhomogenität des Strahls, die durch getrennten Strahlungstransfer über eine Vielzahl von Kanälen verursacht wird, kritisch ist, kann die feste Honigwabenstruktur gemäß dieser Erfindung drehbar um die Achse 3 des gesteuerten Strahls montiert werden, so daß die Strahlintensität durch Mittelung über die Aufnahmezeit ausgeglichen werden kann. Diese Drehung kann z.B. mit einem extern angetriebenen Umfangszahnradsatz 23, wie in FIG. 11 gezeigt, erreicht werden, und sie kann verwendet werden, um quasi-parallele Strahlen zu formen, z.B. bei Röntgenlithographie-Anwendungen.

Iv -08 -99

FIG. 12 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem eine Haltescheibe 4' neben den Eingangsenden der Rohre 1 in axialer Richtung verschiebbar ist. Eine Stange 24, die über ein Schneckenradmechanismus 25 betätigt wird, wird eingesetzt, um selektiv die Scheibe 4' relativ zu stationären Scheiben 4 zu verschieben. Die Verschiebung der Scheibe 4' in Richtung der Eingangsenden dient dazu, die Brennweite F zu vergrößern und gleichzeitig den Einfangwinkel &thgr; zu verkleinern. Eine Bewegung in die entgegengesetzte Richtung hat den umgekehrten Effekt. Dieser Aufbau gestattet es auch, die Bandbreite das Spektrum der Übertragungsenergie einzustellen.

Wenn die Längsachsen der Kanäle von Rohren 1 parallel zueinander bei dem Ausgang ausgerichtet sind, können Unregelmäßigkeiten des Ausgangsstrahls, die durch Variationen des Strahlungsübertragungswirkungsgrads infolge des Strahlungsverlaufs durch Kanäle unterschiedlicher Krümmung verursacht werden, durch Verlängerung der Ausgangsenden der Kanäle mit geradlinigen Abschnitten 14 (FIG. 13) mit gleichmäßigen Querschnitt entlang ihres gesamten Verlaufs ausgeglichen werden. Die Strecken der geradlinigen Abschnitte 14 werden gemäß der erforderlichen Abschwächung der Strahlintensität in jedem Bereich des Querschnitts des geformten Strahls ausgewählt. In diesem Fall wird eine verminderte Intensität in der Mitte des quasi-parallelen Strahls durch zusätzliche Strahlungsabsorption in den verlängerten Rohren 1 geschaffen. Die Enden der Rohre 1 können auch nicht-gleichförmig an dem Ausgang verteilt werden, wobei ihre Dichte von der Mitte zu dem Rand in Übereinstimmung mit der geforderten Intensitätsverteilung abfällt. Eine weitere in Erwägung gezogene Möglichkeit ist die Anordnung eines Absorptionsfilters 40 (FIG. 13a) in dem Strahlverlauf, wobei eine Dichte oder Dicke von seiner Mitte zu seinem Rand in Übereinstimmung mit der ursprünglichen Ungleichförmigkeit des geformten Strahls abfällt. Ein derartiger Filter kann z.B. durch Lithographie mit

12 Uo

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Belichten eines Schutzlacks, der gemäß der Art der Strahlung ausgewählt wird, für den geformten quasi-parallelen Strahl hergestellt werden.

Die Divergenz der Strahlung von den einzelnen Kanälen, die den geformten Strahl bilden, übersteigt nicht den Grenzwinkel Ö_D der externen Totalreflektion. Wenn verminderte Divergenz erforderlich ist, kann sie durch Schaffen zusätzlicher nach außen ausgestellter konischer Abschnitte 15 (FIG. 14) der Rohre 1 an dem Ausgang erreicht werden, wobei der konische Winkel O₁ < &thgr; - OfL₁ ist, wobei &thgr; der geforderte Divergenzwinkel des quasi-parallelen Strahls und L₁ die Länge der konischen Abschnitte 15 ist. Der Strahl verlauf über einen nach außen ausgestellten Kanal vermindert die Strahldivergenz bis zu dem konischen Winkel.

Die Verwendung gleichförmig gebogener Rohre 1, um quasiparallele Strahlen zu formen, erlaubt es nicht, die Ausgangsenden der Rohre 1 in Abständen anzuordnen, die denen der Eingangsenden ungefähr entsprechen, und es ist deshalb zweckmäßig, einen quasi-parallelen Strahl durch Verlängern der Ausgangsenden mit Abschnitten 16 (FIG. 15) zu erzeugen, die entlang Erzeugender imaginärer ringförmiger Flächen angeordnet sind, die mit den ursprünglichen tonnenförmigen Flächen verbunden sind, und durch Ausrichten der Ausgangsenden der Abschnitte 16 auf den Strahlungsempfänger. In diesem Fall werden einzelne Teile des quasi-parallelen Strahls zusammengebracht, wobei auf diese Weise die Dichte des Strahls der abgegebenen quasi-parallelen Strahlung vergrößert wird. Die kanalbildenden Elemente können entlang Erzeugender koaxialer Flächen mit anderen zusammengesetzten Krümmungen angeordnet werden, wenn es erwünscht ist.

Vorrichtungen mit ringförmigen Kanälen können mit einer festen Honigwabenstruktur aus aushärtendem Material 3 0 gestaltet werden (FIG. 16) , das die Lücken zwischen den Rohren 1 und zwischen den Scheiben 4 ausfüllt. Bei gewissen Anwendungen kann

es möglich sein, die Scheiben 4 komplett zu entfernen und sich einfach auf das aushärtende Material zu verlassen, um den erwünschten Halt für die Rohre 1 zu schaffen. Eine derartige Konstruktionsanordnung ist für Vorrichtungen mit einer großen Anzahl von dünnen Rohren 1 zweckmäßig, weil sie einfacher zusammenzubauen ist, z.B. mit einem porösen Polymer, das als das verhärtende Material verwendet wird, um die parallel angeordneten Rohre zu fixieren und die Tonnenform durch Pressen innerhalb eines tonnenfömigen Gehäuses auszubilden. Dieser Konstruktionsaufbau kann aufgrund der Abwesenheit der tragenden Überstrukturen erheblich leichter ausgeführt werden, und dies kann wichtig werden, wenn man z.B. Röntgenteleskope für die Verwendung im Weltraum konstruiert.

Die feste und genaue Fixierung der kanalbildenden Elemente, z.B. der Rohre 1 in Scheiben 4 mit in Honigwabenmuster angeordneten Öffnungen 5, schafft die Anordnung gleichförmig gebogener Abschnitte der kanalbildenden Elemente mit einer genauen Ausrichtung der Eingangs- und Ausgangsenden der Kanäle auf die Quelle 7 bzw. den Empfänger 8 der Strahlung. Die Erfüllung der Bedingung D₁ <, 2ÖF+D gewährleistet einen Strahlungseinfall von jedem Punkt der Quelle 7 auf die Kanalwände in einem Glanzwinkel von weniger als 0_D, wodurch auf diese Weise externe Totalreflektion der in dem Kanal eingefangenen Strahlung gewährleistet ist. Eine genau fixierte gleichförmige Biegung der Kanäle erleichtert das Halten der Strahlung im Glanzwinkel relativ zu den Kanalwänden und eine wirksame Übertragung dieser Strahlung von dem Eingang des Kanals zu seinem Ausgang und ihre Ausrichtung auf den Strahlungsempfänger 8.

Es wird vorgeschlagen, Strahlen paralleler Strahlung mit der Hilfe der hier oben beschriebenen Formen quasi-paralleler Strahlen durch einfache Umkehrung ihrer Richtung derart zu konzentrieren, daß die zuvor beschriebenen Ausgangsenden auf den ursprünglich parallelen Strahl gerichtet werden und die ehemaligen Eingangsenden auf den Brennpunkt gerichtet werden.

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» _m*_tt ·· ··

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MonochromatiSierung von Strahlung kann durch Anordnen eines Kristalls mit Ebenen in den Braggwinkel relativ zu dem quasiparallelen Strahl erreicht werden.

Im Fall einer unzulässig hohen Untergrundstrahlung ist es vorzuziehen, wie in FIG. 17 dargestellt, die gesamte Vorrichtung zur Strahlsteuerung (Haltestruktur ist nicht gezeigt) zusammen mit dem Strahlungsempfänger 8 (oder der Quelle 7) in einem äußeren Abschirmgehäuses 17 aus für die gesteuerte Strahlung undurchlässigem Material einzuschließen, wobei Öffnungen 18 und 19 mit den Achsen der Kanäle an den Eingangs- bzw. Ausgangsenden ausgerichtet sind. Bei diesem Ausführungsbeispiel können die kanalbildenden Elemente entlang der Mittelachse 3 entweder weggelassen oder blockiert werden, und die Lücken zwischen den Rohren 1 mit Strahlung absorbierendem oder blockierendem Material 36 derart gefüllt werden, daß kein gerader Linienweg zu dem Empfänger 8 für die Übertragung unerwünschter Untergrundstrahlung zur Verfügung steht.

Die Vorrichtung zur Steuerung von Strahlung von Gammaquanten, Röntgenstrahlung und Teilchen ist im wesentlichen ein System von in bestimmter Weise ausgerichteten reflektierenden Oberflächen. Aufgrund des Effekts mehrfacher innerer Totalreflektionen kann die Vorrichtung divergente Strahlung von einer isotropen Quelle in einen quasi-parallelen Strahl transformieren und diesen auch fokussieren. Die Vorrichtung kann als ein Bündel gebogener Glasrohre oder als ein System überlagerter koaxialer "tonnenförmiger" reflektierender Flächen konstruiert sein.

Die Vorrichtung schafft die Steuerung von Gamma- und Röntenstrahlung in einem Energiebereich von 1 &khgr; 10² eV bis 1 &khgr; &Igr;&Ogr;⁷ eV bei einem Einfangswinkel der Strahlung von einer isotropen Quelle im Bereich von einem hundertstel Grad bis zu einigen zehn Grad in Abhängigkeit von der Strahlungsenergie. Die Divergenz eines quasi-parallelen Strahls übersteigt nicht den Grenzwinkel der Reflektion und kann bis zu 10"⁴ Radian klein

sein. Wenn sie verwendet wird, um die Strahlung zu fokussieren, kann die Konzentration von Gammaquanten, Röntgenstrahlung oder Teilchen in dem Brennpunkt zehntausendmal größer als die Intensität an dieser Stelle ohne die fokussierenden Optiken sein. Der Brennpunktdurchmesser ist durch den Durchmesser der fokussierenden Rohre beschränkt und kann bis zu 10"⁸ cm klein sein.

Diese Vorrichtung kann verwendet werden, um qualitativ neuartige Instrumente für einen weiten Bereich wissenschaftlicher und technischer Anwendungen zu schaffen.

Ausführungsbeispiele, die ein System von Schichten gebogener Rohre einsetzen, zeichnen sich durch Kanäle identischer Länge in einer gegebenen Schicht aus, wobei die Kanallängen in benachbarten Schichten ausgewählt werden, um ähnliche Übertragungscharakteristiken zu schaffen. Überdies werden diese Röntgenwellenleiter und Teilchenführeinrichtungen relativ zu der einfallenden Strahlung derart ausgerichtet, daß der Glanzwinkel der Strahlung an den Kanalwänden nicht den Winkel der externen Totalreflektion übersteigt. Die Anzahl der Reflektionen des Strahls an der Führung steigt mit dem Abstand von der Mittelachse des Strahls, was darauf hinausläuft, daß der Strahl über einen großen Winkel gedreht wird. Diese Merkmale ermöglichen eine Strahlfokussierung und größere Strahleinfangswinkel.

Die Konstruktion der Vorrichtung ist vereinfacht und die Genauigkeit ihres Zusammenbaus ist durch Ausstatten des Systems mit Scheiben (oder anderen äquivalenten Haltestrukturen) verbessert, wobei die Öffnungen von ihnen die Rohrstrahlungsführeinrichtungen aufnehmen, wobei der Abstand zwischen diesen Scheiben und die Strecken der freien Röntgenwellenleiterenden den oben beschriebenen einschränkenden Bedingungen unterworfen sind.

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Der Übergang von dem mit einem Bündel von Strahlungsleitern ausgestatteten System zu einem System mit einer Vielzahl von überlagerten Flächen zweiter Ordnung, die durch Lücken getrennt sind, schafft eine Konstruktion, die besser an eine Fließbandproduktion mit niedrigeren Anforderungen an das Zusammensetzen und die Herstellungskosten angepaßt ist. Überdies kann dieser Aufbau Brennpunkte kleinerer Größe erzeugen und vermindert Strahlungsenergieverluste während der Strahlungsübertragung durch das System.

Durch Verlängern und Kontrahieren des Systems an der der Strahlungsquelle gegenüberliegenden Seite und Gewährleisten, daß die Tangente zu der Fläche zweiter Ordnung an dem Beugungspunkt in einem Winkel kleiner als der Grenzwinkel der Reflektion ist, kann man die Dichte der quasi-parallelen Strahlen beträchtlich erhöhen.

Derartige Ausführungsbeispiele der Vorrichtung sind gleichermaßen wirksam beim Schaffen von Fähigkeiten, einen Strahl von Strahlung zu steuern, und können verwendet werden, um wettbewerbsfähige Instrumente und Ausrüstung zu konstruieren.

Eine der wichtigsten Quellen hochenergetischer Photonen ist ein Synchrotron. Synchrotronstrahlung ist Strahlung, die emittiert wird, wenn geladene Teilchen durch Ablenkung auf einem gekrümmten Weg beschleunigt werden. Die Energie der Strahlung hängt von der Elektron- oder Positronenergie und dem Krümmungsradius ab. Im großen und ganzen sind Synchrotronquellen konstruiert, um Strahlung in dem hohen ultravioletten Bereich und Röntgenbereich des Spektrums zu erzeugen. Obwohl die Kumakhov-Linse vom Prinzip her mit Photonenenergien bis hinab zu 0,1 keV (&lgr;-&Igr;&Ogr;&Ogr;&Agr;) arbeiten kann, sind sie vor allem für Photonen mit höheren Energien in dem Bereich von 0,5 keV bis 1 MeV (&lgr;-0,01 Ä) ausgelegt. Die Kumakhov-Linse arbeitet auch mit einigen Arten von Teilchen, aber das Synchrotron ist keine Quelle von Teilchen. Das primäre Interesse bei dieser

Strahlungsquelle ist die sehr hohe Intensität und der breite und kontinuierliche mögliche Energiebereich. Die Röntgenstrahlintensität wird durch die Anzahl (aktuelle) von Elektronen (oder Positronen) bestimmt, die in dem Speicherring umlaufen und den Krümmungsradius der Ablenkung. Sowohl die Photonenintensität als auch die Energie werden durch die Verwendung von Wigglern oder Undulatoren vergrößert, die bewirken, daß der Strahl in der Vertikalebene mit einer kleinen Amplitude und hohen Frequenz bei der Verwendung periodischer magnetischer elektrostatischer Felder abwechselnder Vorzeichen oszilliert. Die Photonenergie ist von einer sehr niedrigen Energie (sichtbar) bis zu einem Maximum kontinuierlich verteilt.

Die Strahlung von einem Synchrotron liegt in der Gestalt eines fächerförmigen Bündels von Photonen bei jeder scharfen Kurve in dem Teilchenspeicherring vor. Die Höhe des fächerförmigen Bündels liegt normalerweise zwischen 0,5 und 2 mm. Die Breite des fächerförmigen Bündels kann einige Grad ausmachen. Zum Beispiel ist an der Nationalen Synchrotron Lichtquelle die Breite des fächerförmigen Bündels an jeder Stelle 6°, - so treten aus jeder Öffnung durch ein dünnes Berylliumfenster ein fächerförmiges Bündel von 6° &khgr; 1 mm Breite aus; es ist hochgradig parallel in der Vertikalrichtung - und es ist in der Horizontalrichtung divergent. Um diese Strahlung so effizient wie möglich zu nutzen, werden einige Strahllinien in diesem engen Winkelbereich zusammengedrängt, wobei jede einen Grad oder so von dem fächerförmigen Strahlungsbündel einfängt. Die Beschränkung bei der Verwendung der Strahlung ist oft der physikalische Raum, damit der Strahl Monochromatoren, Ablenkungsspiegel und Ausrüstung, die in dem 6°-Keil ist, erreichen kann. Um Raum zu erhalten, werden die Strahllinien meistens sehr lang, was zu einer Abnahme der Strahlintensität wegen der horizontalen Divergenz führt.

Eine nicht-koaxiale Linse kann mit Punktquellen und koaxialen Linsen und nicht-koaxiale Linsen mit parallelen Quellen (z.B.

ein Synchrotron), quasi-parallelen Quellen und ausgedehnten Quellen zusammen mit den oben erwähnten Quellen verwendet werden. Jedoch ist diese Technologie auf keinen Fall auf koaxiale Linsen beschränkt, die mit Punktquellen verwendet werden. Bei Synchrotrons muß das Eingangsende der Linsenvorrichtung üblicherweise mit der Richtung der in sie eintretenden Röntgenstrahlen ausgerichtet werden, wohingegen mit einer Punktquelle alle Kanäle in Richtung eines Punktes ausgerichtet werden, wobei mit einem parallelen Strahl die Eingangsenden normalerweise parallel sein werden. Und bei einer dispersiven Quelle, die von jedem Punkt isotrop divergent ist, können die Eingangskanäle parallel sein, wobei sie auf einen einzigen Punkt auf der Quelle oder in irgendeinem Winkel dazwischen ausgerichtet sind.

Synchrotonstrahlen divergieren in der Horizontalebene (z.B. hat der Wigglerstrahl der Nationalen Synchrotron Lichtquelle X17 eine Divergenz von 5 mrad) . Eine Kumakhov-Linse macht es möglich, einen divergenten Strahl in einen quasi-parallelen Strahl zu transformieren. Ein Parallelismus von ungefähr 0,lö_cr kann erhalten werden, wobei 0_cr der Grenzwinkel der Reflektion ist (d.h. wir können eine Divergenz von 0,1 mrad auf einer Linse aus C-52 Glas für 3 0 keV Photonen erhalten). Bei einem Ausführungsbeispiel sind die anfänglichen Strahlungsverluste ungefähr 3 0 bis 40 %.

Die vorgeschlagenen Optiken können wirksam Strahlen von Synchrotronstrahlung in einen sehr kleinen Punkt fokussieren, wobei eventuell ein kleinerer Punkt als ungefähr 1 Mikrometer möglich sein wird. Die Intensität in einem derartigen kleinen Punkt kann um mehr als ungefähr 10⁴ gesteigert werden.

Kapillaroptiken erlauben es, Photonen hoher Energie über große Winkel umzulenken. FIG. 18 zeigt die Abhängigkeit des Übertragungskoeffizienten für Photonen, die 90° gedreht werden, für verschiedene Materialien und für einen Energiebereich. Man kann erkennen, daß 10 - 30 keV Photonen mit nur einem Intensi-

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tätsverlust von 30 % gedreht werden können. Ein derartig hoher Wirkungsgrad ist mit der hohen Reflektionsfähigkeit der Innenflächen der Kapillaren verbunden.

Synchrotronstrahlen haben einen kleinen Querschnitt und niedrige Divergenz. Üblicherweise mag ein Strahl bei ungefähr 0,5 mm &khgr; 0,5 mrad und sogar weniger beginnen. Das macht es möglich, breite Strahlen mit außerordentlich niedriger Divergenz unter Verwendung von Kumakhov-Linsen zu erhalten (z.B., wenn wir einen Strahl von Synchrotronstrahlung in einen parallelen Strahl mit der Größe L transformieren müssen, können wir unter Verwendung des Liouville-Theorems im Prinzip eine Diverenz &thgr; erhalten, die sich aus der Formel I₀O₀ = Lö ergibt. Wenn I₀O₀ = 0,25 mm &khgr; 0,5 mrad und
L « 10 cm ist, ist &thgr; = 2,5 &khgr; &Igr;&Ogr;'⁶ rad.

Um extrem gebündelte Synchrotronstrahlen zu erhalten, müssen die Enden der Kanäle konisch nach außen laufen und breiter werden.

Das Herausfiltern von Photonen hoher Energie oder hochenergetischen Teilchen ist bei Verwendung herkömmlicher Ausrüstung extrem schwierig und ein bekanntes Problem bei vielen Anwendungen und einer großen Vielzahl von Quellenarten. Für parallele Strahlen, wie z.B. Synchrotrons, kann ein monochromatischer Strahl durch Verwendung eines Kristall-Monochromators erhalten werden. Jedoch treten höhere harmonische Energien auf,- die extrem schwierig zu entfernen sind.

Eines der nützlichen Merkmale der Kumakov-Linse ist ihre Fähigkeit, ein breites Band von Photonen- und Teilchenenergien zu übertragen. Andererseits können die übertragenen Energien gesteuert werden, und diese Steuerung kann für eine Vielzahl von Anwendungen verwendet werden. Die Steuerung kann sich aus selektiver Absorption durch Wahl der Linsenmaterialien und selektiver Übertragung durch Wahl der Linsenkonstruktionsparameter

ergeben. Diese Steuerung ist für Photonen und Teilchen, wie z.B. Neutronen, möglich. Die hier diskutierten Beispiele werden für Röntgenstrahlen sein.

Die Einstellung des Abstandes der Linsenelemente (für Linsen aus Kapillaren mit kreisförmigen Querschnitt wird dies der Innendurchmesser der Kapillaren sein) und der Krümmung der Linsenelemente schafft auch eine Steuerung der Übertragungsbandbreite.

Im allgemeinen vergrößert ein kleiner Abstand und eine große Krümmung die Übertragung hochenergetischer Photonen, und ein großer Abstand und ein kleiner Krümmungsradius verstärkt die Übertragung niedrigenergetischer Photonen. Im allgemeinen ist die Übertragung optimiert, wenn der dimensionslose Parameter

&ggr; >_ 1,00 ist,

R(ö_cr)²

2D

ist, wobei R der Krümmungsradius des Linsenelements, 0_cr der Grenzwinkel äußerer Totalreflektion und D die Kanalbreite der einzelnen Kapillare für eine Linse mit Kapillaren ist. Die effektive Transmissionsbandbreite kann durch Wahl, der Materialien und Parameter bis zu ein paar keV klein sein, aber sie ist üblicherweise größer als ungefähr 10-20 keV. Die Wahl der Energiebandbreite, um Untergrund zu eliminieren, der durch mehrfache energetische Photon-Elektron-Streuung oder Comptonstreuung oder thermische Diffusionsstreuung hochenergetischer Photonen verursacht wird, kann für viele Anwendungen vorteilhaft sein.

Durch Auswahl des Materials, daß die Innenfläche der Linsenelemente ausmacht, können die übertragenen Photonenergien eingestellt werden. Zum Beispiel wird eine Kupferbeschichtung

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Photonen von ungefähr 0,6 bis 1 keV und ungefähr 6 bis 10 keV übertragen. Im allgemeinen werden Photonen niedriger Energie selektiv absorbiert, obwohl eine Beschichtung mit Beryllium eine effiziente Übertragung bis hinab zu Photonenergien von bis zu 100 eV gewährleistet.

Glaskapillaren besitzen eine sehr gute Innenfläche und ihr Reflektionskoeff izient ist bei Winkeln <. ö_cr sehr hoch. (Z.B. ist bei E = 30 keV (0_cr = 1,11 &khgr; &Igr;&Ogr;'³ rad) der einzelne Reflektionskoeff izient R₁ = 0,995, wenn ö_incid = 10~³ rad ist, was merklich höher als der Reflektionskoeffizient polierter Oberflächen ist. Gleichzeitig nimmt bei &thgr; .> 0_cr der Ref lektionskoef fizient schnell ab (z.B. bei ö_incid = 1,1 &khgr; 10"³, R₁ = 0,987, und bei ö_incid = 1,2 &khgr; 10~³ hat R₁ bereits auf 0,2 abgenommen) . Das bedeutet, daß eine 10 %-ige Änderung in dem Einfallswinkel zu einer nahezu 5-fachen Abnahme des Reflektionskoeffizienten führt.)

Dieses Phänomen der scharfen Abnahme von R₁ in der Nähe von 0_cr kann sehr effektiv zur Filterung verwendet werden, wenn Photonen einige Reflektionen machen. Dennoch muß, um unter Verwendung dieser Technik selektiv filtern zu können, der Strahl eine sehr kleine Divergenz haben. Genau dieser Zustand zeichnet Snychrotronstrahlung aus (z.B. ist die vertikale Strahldivergenz in dem NSLS in der Nähe von 10"⁴ rad) .

Tabelle 1 führt die berechnete Filterung von Hochenergie für E=3 0 und 3 3 keV auf.

TABELLE 1 N = Anzahl der Reflektionen; RN = Reflektionskoeffizient &ggr; = Verhältnis RN(30 keV)/RN(33 keV)	1	0,984	5	0,92	10	0,85
N	0,3	2,7 &khgr; 10'3	5,0 x 10'6
RN(3 0 keV)	3,28	383	1,44 &khgr; 105
RN(33 keV)
&Uacgr;

Wie es aus der Tabelle klar ist, ist die Intensität von 33 keV Photonen nach 10 Reflektionen um über 5 Größenordnungen verglichen- mit 30 keV Photonen reduziert. Die Intensität von 30 keV Photonen bleibt praktisch die gleiche.

Es wurde vor Berechnung dieses Beispiels vorgeschlagen, daß der Strahl in eine gerade Kapillare bei einem Winkel von 1,1 &khgr; 10~³ rad eintritt.

Dieses Verfahren kann bis zu sehr hohen Energien inklusive des &ggr;-Bereichs verwendet werden.

Durch Ausstatten der Kapillare mit einer speziellen Geometrie (FIG. 19) in der Nähe des Krümmungspunktes der Kapillare, wandern die Photonen von einer Wand zu der anderen. Um sie in dem Kanal zu halten, muß der Eintrittswinkel in bezug auf die neue Fläche kleiner als der Grenzwinkel sein. Wenn Photonen hoher Energie kleine Reflektionswinkel aufweisen, verlassen sie die Kapillare.

FIG. 20 zeigt Versuchsergebnisse für einen divergenten Strahl von einer Punktquelle. Die Transmission von Photonen mit E = 4 0 keV nimmt um eine Größenordnung verglichen mit Photonen mit E = 33 keV ab, und die Transmission von 50 keV Photonen ist bis zu 10"⁴ vermindert.

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Durch Änderung des Krümmungsradius der Kapillaren wird die Filtergrenze geändert. Abnehmende Radien vermindert die Filterenergie und anders herum.

Das in FIG. 20 gezeigte Ergebnis ist das der ersten Experimente. Durch bestimmte Formgebung der Kapillare kann die Schärfe der Energiefilterung vergrößert werden.

Ein Einfangen mit Kapillaren in einem Winkel zu dem Strahl macht es möglich, den Strahl wirksam oberhalb eines sehr engen Energiebereichs abzuschneiden, wobei zwei getrennte Strahlen erhalten werden, wobei der eine Strahl die Energien oberhalb dieser ausgewählten Energie und der andere Strahl Energien unterhalb dieser ausgewählten Energie aufweist. Das ist möglich, weil viele der Photonen, die eine Fläche in einem Winkel größer als der Fresnelwinkel streifen, einfach durch das Material treten. Bei höheren Energien wird nur ein kleiner Prozentsatz der Photonen absorbiert werden.

Um diesen Aufbau zu verwenden, muß der Strahl eine niedrige Divergenz aufweisen. Die besten Ergebnisse wurden bei der Verwendung einer rechteckigen Kapillare oder einem System rechteckiger Kapillaren oder flacher Flächen erhalten. Mit Bezug auf FIG. 21A werden, wenn der anfänglich parallele Strahl I_om auf eine Fläche oder eine Kapillaröffnung in einem Winkel O₀ trifft, solche Photonen mit einem ö_critical > O₀ reflektiert und solche Photonen mit einer höheren Energie und demzufolge einem ^critical ^< ^o durchgelassen. Daher erhält man zwei Strahlen I₁ und I₂ mit einer Spektralverteilung wie in FIG. 21B gezeigt.

Durch Verwendung der obigen Technik mehr als einmal ist es möglich, eine enge Bandbreite auszuschneiden. Wenn zum Beispiel der Strahl I₂ von FIG. 21A auf eine andere Kapillare mit flacher Oberfläche oder auf ein Kapillarsystem in einem Einfallswinkel O₁ trifft, der ein wenig kleiner als der beim Auftreffen auf die erste Oberfläche O₀ ist, dann werden solche

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Photonen mit O₁ < ö_critical < O₀ als Strahl I₃ reflektiert. Die spektrale Verteilung von I₃ ist in FIG. 21B gezeigt.

Gleichermaßen können mehrere Bandbreiten durch Fortsetzen des Verfahrens ausgewählt werden, was z.B. zu einem Strahl I₅ in FIG. 21B führt. Aus einem Synchrotronstrahl ist es möglich, quasi-monochromatische Strahlen zu erhalten, die eine Strahlbreite mit einem Verhältnis der Energiebreite/Energie von ein paar Prozent bei nur einem Verlust von 50 % in der Strahlintensität bei den dargestellten Energien aufweisen. Durch Verwendung einer derartig abgeschnittenen Bandbreite ist es möglich, einen quasi-monochromatischen Strahl mit einem viel größeren Fluß zu erhalten, als man in dem monochromatischen Strahl, den man von einem Kristall-Monochromator erhält, haben würde. Auch mehrere Strahlen mit enger Bandbreite können bei gewünschten Energien erhalten werden.

Häufig ist die Photonenintensität so groß, daß die Absorption selbst eines kleinen Teils der einfallenden Photonen zu einem Aufheizen der Temperaturen um Hunderte Grad führen würde
wobei manchmal der Schmelzpunkt von Metallen überschritten wird und häufig große thermische Gradienten mit zusätzlicher mechanischer Belastung und Deformation erzeugt werden. Dieser Effekt ist insbesondere bei Absorption in Isolationsfenstern, brechenden Kristallen oder ablenkenden Spiegeln erheblich. Um die große Photonflußintensität an dem Eingang einer Kumakhov-Linse aufzunehmen, kann eine Anzahl von Ausführungsmerkmalen eingesetzt werden.

FIG. 25 zeigt, daß den Eingang abschirmende Abschirmbleche hohl und mit strömendem Fluid (Flüssigkeit oder Gas) gekühlt sein können, oder sie können fest und durch Spulen auf der Oberfläche oder an dem Umfang gekühlt sein.

Durch Abhalten der Strahlung, die andernfalls auftreffen und von den Enden der Linsenelemente gestoppt werden würde, wird die Linse vom Aufheizen abgehalten. Die in die Linsenelemente

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eindringende Strahlung trifft auf die Wand der Linse wegen der leichten Krümmung (weniger als der Grenzwinkel für die äußere Totalreflektion der durchgelassenen Photonen mit der höchsten Energie) in verschiedenen Abständen von dem Eingang und sie wird deshalb über einen sehr viel größeren Bereich als bei schrägem Einfall verteilt.

Die Linsen selber können aus Glas, Keramik oder Metallmaterialien mit einer hohen Schmelztemperatur hergestellt werden. Zum Beispiel läßt die Herstellung aus reinem SiO₂ (Quartz) Temperaturen bis zu 2000⁰C zu, bevor eine Verformung beim Schmelzen die Photonenübertragung stören wird. Die Linsenelemente können auch mit einem spät schmelzenden thermisch leitfähigen Element oder Verbundmaterial, wie z.B. Wolfram, Siliziumkarbid, Karbon, usw. beschichtet werden.

Die Linsenelemente können auch gekühlt werden durch:

i: Umgeben mit Festkörpermaterial hoher thermischer Leitfähigkeit, was dann über Öffnungen im Hauptteil oder im Umfang gekühlt wird, durch die flüssiges Gas geleitet wird, oder die besonders befestigte Kühlrippen mit großen Querschnittsflächen aufweisen; oder

ii: Leiten eines fluiden (flüssigen oder gasförmigen) Kühlmittels zwischen die Linsenelemente. Es ist möglich, das zu tun, selbst wenn die Linse in einem Vakuum betrieben wird, weil die Wände der Linsenelemente als eine Vakuumabdichtung dienen (siehe FIG. 26);

iii: Leiten eines Kühlgases durch die Linse. Dies kann gemacht werden, wenn Photonen hoher Energien übertragen werden, wenn ein Kühlgas, wie z.B. Helium gewählt wird, das eine hohe thermische Leitfähigkeit

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und einen niedrigen Absorptionsquerschnitt für die übertragenen Photonen aufweist.

Eine wichtige Verwendung einer Kumakhov-Linse ist es, die Richtung und den Querschnitt eines Strahls von Strahlung zu steuern. Strahlquerschnitte können umgestaltet werden, um gewünschte Querschnitte durch Ausgestalten der Oberflächen zu erhalten. Wenn Kapillaren verwendet werden, ist es zum Beispiel offenbar möglich, einen dünnen rechteckigen Strahl einzufangen, wie er vielleicht aus einem Synchrotron kommt, und die Kapillaren oder Kapillarenbündel (Polykapillaren) so zu orientieren (siehe z.B. FIG. 27), daß ein quadratischer oder kreisförmiger Strahl emittiert wird. Das kann insbesondere bei dem Synchrotron vorteilhaft sein, wenn ein Gebiet mit einer vertikalen Abmessung, die größer als die vertikale Abmessung des ursprünglichen Strahls ist, bestrahlt werden muß. Ein Synchrotronstrahl wurde von 1 mm in einen quasi-parallelen Strahl von 6 cm bei einem Intensitätsverlust von nur 50 % verbreitert.

Die Eingangsform der Übertragungslinse kann ausgestaltet sein, um die Form des Strahls, wie z.B. den aus dem Synchrotron austretenden Photonenstrahl aufzunehmen. Hinsichtlich des Synchrotrons wird diese Form im allgemeinen wegen der tangentialen Emission aus dem Teilchenspeicherring und der fächerförmigen Bündelform des Strahlungsfeldes asymmetrisch sein, aber es kann jede beliebige Form sein, um den Strahl, der von der Quelle kommt, aufzunehmen.

Es ist sogar möglich, den Strahl über Winkel von 90° oder mehr abzulenken, um z.B. vertikale Ziele zu bestrahlen, anstatt horizontale Ziele bestrahlen zu müssen.

Wie es möglich ist, Strahlen zu drehen, ist es auch möglich, Strahlen aufzuspalten und die Strahlen zu trennen. Das wurde experimentell gezeigt.

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Weil bei bestimmten Ausführungsbeispielen der Kumakov-Linse einige Bereiche des Strahls über größere Winkel als andere umgelenkt werden, oder auf kleineren Radien als andere Abschnitte des Strahls umgelenkt werden, können diese Bereiche des Strahls höhere Verluste aufweisen. Verfahren zur Steuerung der Intensität über den Strahlquerschnitt (üblicherweise, um eine gleichförmige Intensität zu erhalten), die bereits diskutiert wurden, weisen eine unterschiedliche Filterung und selektives Ausdehnen der Längen einiger Kanäle auf, um Verluste in diesem Abschnitt des Strahls zu vergrößern. Der Nachteil dieser beiden Verfahren ist es, daß die Steuerung der Intensität durch größere Verluste erhalten wird, d.h. abnehmende Photonenintensität, wobei dadurch der Wirkungsgrad der Linse abnimmt. Ein Verfahren zur Steuerung der Intensität über den Strahl, die nicht an diesem Nachteil leidet, ist es, den Abstand zwischen den Kanälen derart zu verändern, daß der Abstand größer ist, wo die Intensität abnehmen sollte, und kleiner, wo die Intensität vergrößert werden soll. Dadurch werden die Photonen umverteilt und nicht herausgefiltert. Der Nachteil dieses Verfahrens liegt darin, daß die Mikrohomogenität abnimmt.

Viele Arten von Quellen sind räumlicher Instabilität unterworfen, einschließlich der Synchrotronstrahlen, die verschiedenen Fluktuationen unterworfen sind. Eine Kumakhov-Linse kann Strahlung von einem Gebiet einfangen, das die Größe der Quelle übersteigen kann. Deshalb wirken sich kleine Veränderungen des Orts der Quelle praktisch nicht auf die Intensität, die Parallelität und die Gleichförmigkeit des Photonenstrahls aus, der aus der Kumakhov-Linse kommt. Das macht es möglich, die räumliche Anordnung der Quelle zu stabilisieren.

Um eine kleine Divergenz zu erhalten, ist es möglich, tonnenförmige Kapillaren zu verwenden, wobei ihre Größe in Richtung ihrer Eintrittsenden abnimmt (FIG. 22) . Wenn in diesem Fall die Größe der Quelle klein genug und der Krümmungsradius

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der Kanäle groß genug ist, können wir an dem Ausgang eine Divergenz erhalten, die viel kleiner als der Grenzwinkel der Reflektion ist.

Um einen kleinen Brennpunkt zu erhalten, kann die Linse konvergent sein (FIG. 23).

Um eine hohe Strahlungsintensität von einer divergenten Quelle zu erhalten, können wir die in FIG. 24 gezeigte Geometrie verwenden. Eine Halbtonne ist hinter der Quelle angeordnet; sie transformiert divergente Strahlung in einen quasi-parallelen Strahl, und dort ist eine konusförmige Kapillare. Wenn die Divergenz der Halbtonne O₁ ist, kann das Verhältnis zwischen dem großen Enddurchmesser d_x und dem kleineren d₂ in der Größenordnung von

do 0,

sein, wobei ö_cr der Winkel vollständiger äußerer Reflektion (CER) ist. Die minimale Abmessung von d_x für Röntgenphotonen ist durch die Brechung beschränkt und liegt ungefähr bei c/wp (c ist die Lichtgeschwindigkeit, wp ist die Plasmafrequenz), d.h. bei ungefähr 100 Ä. Für Ionen kann diese Abmessung bis zu Atomabmessungen gedrückt werden.

Kanalquerschnitte müssen nicht kreisförmig sein. Zum Beispiel können Kanäle zum Abschneiden von Strahlen enger Energiebreiten oft eine flache Seite aufweisen und rechteckig sein.

Kapillaren, Kapillarbündel und einzelne Kanäle bei Polykapillaren sind oft nicht so kreisförmig wie andere Formen, wie z.B. hexagonale, rechteckige und dreieckige eine effizientere Packung schaffen können, die zu einer höheren offenen Fläche in dem Linsenquerschnitt und einer höheren Stabilität führt.

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Linsen zum Steuern von Ionen sind am wirksamsten, wenn das Material, aus dem die Kanäle oder eine Beschichtung der Kanäle gebildet ist, derart elektrisch leitfähig ist, daß eine elektrostatische Raumladung nicht aufgebaut wird, die die Ionen elektrisch abstoßen würde. Auch sind die Oberflächenverarbeitungen besonders kritisch.

Zur Steuerung von Neutronen sollte die Oberfläche der Kanäle derart ausgewählt sein, daß es keine Materialien gibt, die einen hohen Absorptionsquerschnitt für Neutronen aufweisen. Zum Beispiel haben Glaskapillare mit Bor einen extrem niedrigen Wirkungsgrad für Neutronen.

Kumakhov-Linsen können ausgebildet werden, um gleichzeitig viele Funktionen zu erfüllen. Zum Beispiel könnte eine einzelne Linse eine divergente Strahlung einfangen und einen quasiparallelen Strahl bilden, sowie selektiv die Photonenenergien filtern und höhere Verluste in den äußeren Kanälen ausgleichen.

Kumakhov-Linsen verwenden die spiegelnde Reflektion von Röntgenstrahlen an glatten Oberflächen für Einfallswinkel, die kleiner als der Grenzwinkel externer Reflektion (CER) ist (in der Größenordnung von 10"³ radian, abhängig von der Wellenlänge) . Mehrere dicht beabstandete Flächen wirken als ein Wellenleiter für die Röntgenstrahlen.

Eine Kumakhov-Linse kann für Röntgenlithographie durch Anordnen einer Linse zwischen der Röntgenquelle und der Maske-Wafer-Kombination verwendet werden, um die Kontrolle über die Strahlform, Strahlintensität, Strahlrichtung und Energieverteilung zu schaffen. Die Kumakhov-Linse steuert Röntgenstrahlen über Mehrfachreflektionen entlang sehr glatter Grenzen kondensierter Medien, die eine bestimmte Form aufweisen, die gewährleistet, daß ein ausreichender Teil des Strahls nie eine Reflektion in einem Winkel macht, der größer als der Grenzwinkel äußerer Totalreflektion ist. Die Verwendung von Fenstern und die Wahl

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von Vakuum oder eines gasförmigen Mediums für das System oder Abschnitte des Systems ist mit dieser Erfindung konsistent.

Für Röntgenlithographie mit Punktquellen ist die ausgewählte Kumakhov-Linse eine, die einen divergenten Strahl einfangen und diesen Röntgenstrahl in einen quasi-parallelen Strahl fokussieren kann, der auf eine Maske gerichtet wird. Die Figuren 28 und 2 9 zeigen Beispiele der Erfindung und FIG. 2 9 wird für die meisten Anwendungen bevorzugt, weil ein Strahl höherer Intensität geliefert wird. Die Linse kann unter Verwendung irgendeiner der oben beschriebenen Strukturen konstruiert werden.

Bei Verwendung des vorliegenden Lithographiesystems (siehe Figuren 3OA und 30B) werden einige Vorteile erreicht. (1) Anwachsende Intensität ohne die Quellen an ihre Grenzen zu bringen. Da der Ausgang der Quelle über den festen Winkel &phgr; gesammelt wird, wird mehr von der Leistung der Quelle auf den Wafer übertragen. Weil auch der Linsenausgang nahezu parallel ist, ist der Abstand zu der Maske nicht so kritisch, weil die Strahlintensität nicht mit dem Quadrat des Abstands abfällt. (2) Beseitigung der radialen Vergrößerung, weil der Strahl in der Richtung und Divergenz über seinen Querschnitt gleichförmig ist, wodurch die Empfindlichkeit auf die Einstellung des Abstands zwischen Maske und Wafer und die Empfindlichkeit auf die Flachheit der Maske und des Wafers vermindert wird, während die Notwendigkeit, das Auslaufen beim Konstruieren der Maske auszugleichen, vermieden wird. (3) Vergrößerte Feldabmessung. Die Feldabmessung ist nicht durch die radiale Vergrößerung oder Parallaxe beschränkt und kann durch die Gestalt der Linse eingestellt werden, um den Anforderungen zu entsprechen, und Linsen mit Strahlen von 7 cm &khgr; 7 cm oder mehr sind herstellbar. (4) Verminderte Halbschattenabdeckung, &rgr; = 2sin &thgr; ist unabhängig von S, L₁, L₂ und L₃. Halbschattenabdeckung kann ferner durch Verwendung von Linsenkanälen, wie z.B. Kapillaren, vermindert werden, die an den Enden nach außen ausgestellt sind, wobei dadurch &thgr; vermindert wird. (5) Abnehmende Empfindlichkeit gegenüber Instabilität der Position der Quelle. Weil

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die Linsen Röntgenstrahlen von dem gleichen Bildbrennpunkt aufnehmen und Röntgenstrahlen in der gleichen Richtung fokussieren, selbst wenn die Position der Quelle verschoben wurde und die Intensität, die zu der Maske geliefert wird, beeinflußt würde, wird die geometrische Beziehung zwischen der Strahlrichtung, der Maske und dem Wafer nicht beeinflußt. (6) Trennung der Quelle von der Maske. Nicht nur die Herstellung eines quasi-parallelen Strahls durch eine Kumakhov-Linse gestattet es, die Probe und die Quelle über einen großen Abstand zu trennen, sondern sie trennt auch die Quelle und die Probe derart physikalisch, daß eine Übertragung von Material, das von der Quelle ausgedampft oder ausgestoßen wird, entlang der Sichtlinie auf die Maske oder Probe nicht stattfindet. Das ist besonders wichtig für Elektronenstrahl- und Laserquellen und kann auch ein Problem mit Plasmaquellen darstellen. Selbst eine kleine Menge an Verunreinigung auf einer Probe kann verhängnisvoll sein, und auf einer dünnen Maske kann eine ernste Abnahme der Leistungsfähigkeit und eine Verkürzung der Nutzlebensdauer der Maske entstehen. (7) Ausgewählte Bandbreite. Eine Kumakhov-Linse kann unerwünschte Photonenergien herausfiltern. Herausfiltern von Photonen hoher Energie ist normalerweise sehr schwierig. Durch die Verwendung der Kumakhov-Linse und durch Verwendung eines Reflektionswinkels, der den Fresnelwinkel (Grenzwinkel externer Totalreflektion) der Photonen hoher Energie übersteigt, können aber Photonenergien herausgefiltert werden. Dieses selektive Filtern ist möglich, weil der Fresnelwinkel mit zunehmender Photonenergie abnimmt.

Weil es getrennte Kanäle in den Linsen gibt, kann die Intensität von Röntgenstrahlen, die die Linse verlassen, einige Unterschiede über den Querschnitt aufweisen, wie in FIG. 31 für eine Linse gezeigt, die aus kreisförmigen Kapillarkanälen aufgebaut ist. Das kann durch Anordnen der Linse für die kleine Winkeldivergenz des Strahls von jedem Kanal ausreichend weit weg von der Maske korrigiert werden, um die Intensität über den Linsenquerschnitt auszugleichen. Alternativ kann die Linse gedreht werden. Weil Abschnitte des Röntgenstrahls, der die

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Linse verläßt, die am weitesten von der Mittelachse der Linse entfernt sind, üblicherweise eine niedrigere Intensität aufweisen, die durch die Linsengeometrien verursacht werden, können Veränderungen an der Linse, wie z.B. eine selektive Verlängerung der Kanäle oder die Verwendung eines Filters gemacht werden, um einen Abfall in der Intensität in dem Strahl bei zunehmendem Abstand von der Mittelachse des Strahls zu vermeiden.

Die Synchrotronquelle, die für ein Röntgenlithographiesystem ausgelegt ist, verwendet Kumakhov-Linsen oder eine Kumakhov-Linse, um einen divergenten Strahl einzufangen und ihn in einen quasi-parallelen Strahl zu fokussieren, oder um den Strahl umzuformen, um ein mehr zweidimensionales Gebiet zu belichten, ohne es abscannen zu müssen, um den Strahl in eine andere Richtung umzulenken, um den Strahl in mehrere Richtungen aufzuspalten, um einen Teil der Energiebande auszuwählen oder um Kombinationen davon unter Verwendung komplexer Linsen oder Kombinationen von Linsen (FIG. 32A und 32B) zu machen. Das erlaubt es, Strahlformen zuzuschneiden und die Strahleffizienz zu vergrößern, die Strahlrichtung zu ändern, den Synchrotronstrahl zu schalten und ein Energieband auszuwählen.

Überlegungen, die für Röntgenlithographie auf der Basis von Synchrotron-Quellen gemacht wurden, können auch angewendet werden, wenn Quellen für Röntgenlithographie mit Nichtpunktquellen verfügbar werden.

Lithographie mit Projektion von Röntgenstrahlen bezieht sich auf Röntgenlithographie, wo es eine Verkleinerung zwischen der Maske und dem Bild auf dem Schutzlack gibt. Das ermöglicht es, Merkmale auf der Maske größer als die Merkmale auf der Vorrichtung, die von dem Bild erzeugt wird, auszubilden. Keine bekannte Lithographie mit Projektion von Röntgenstrahlen zeigt eine Ausführbarkeit für eine gewerbliche Anwendung.

Die vorliegende Erfindung für Lithographie mit Projektion von Röntgenstrahlen basiert auf Kapillaroptiken. FIG. 34 zeigt ein Ausführungsbeispiel, das eine isotrope Quelle verwendet. Hinter der Quelle gibt es eine Kumakhov-Linse, die divergente Strahlung in einen quasi-parallelen Strahl transformiert; dieser Strahl trifft auf ein Muster oder eine Maske, tritt durch einen Filter, eine zweite Kumakhov-Linse und fällt dann auf den Schutzlack. Der Filter ist nicht erforderlich, erhöht aber die Leistungsfähigkeit dadurch, daß er den auf den Schutzlack treffenden Strahl über seinen Querschnitt gleichförmig macht. Ohne Korrektur würde der Strahl weiter von der Mittelachse entfernt weicher sein, weil die Kapillaren dort über einen größeren Winkel gebogen sind, was zu höheren Strahlungsverlusten führt. Ein derartiger Filter kann entweder zwischen der ersten Linse und der Maske oder zwischen der Maske und der zweiten Kumakhov-Linse (siehe FIG. 34) angeordnet werden. Weitere Verfahren zum Erreichen einer Gleichförmigkeit des Strahls können auch eingesetzt werden.

FIG. 35 zeigt eine Kumakhov-Linse zwischen der Maske und dem Schutzlack, wobei die Kapillaren im Durchmesser abnehmen. Das bevorzugte Ausführungsbeispiel hat für den Innendurchmesser der Kapillaren eine Abnahme von d₀ auf d_x. Es ist auch möglich, einen Teil oder die gesamte Verminderung im Gesamtquerschnitt durch eine Reduktion in der Wandstärke zwischen den Kapillaren auszubilden. Jedoch ist es sehr schwierig, eine derartige Linse zu konstruieren, wo die Wandstärken schneller als die Innendurchmesser abnehmen, obwohl es theoretisch möglich ist, Kapillaren mit konstantem Durchmesser zu haben, die an dem Eingangsende voneinander beabstandet und an dem Ausgangsende der Linse dicht gepackt angeordnet sind.

Um die vorliegende Vorrichtung für Lithographie im Submikrobereich zu verwenden, ist es notwendig, daß d_x ein Bruchteil der gewünschten Merkmalsgröße ist. Der minimale Wert von d_x kann nicht kleiner als c/wp sein, wobei c die Lichtgeschwindigkeit und wp die Plasmafrequenz des Materials der Kapillaren ist. Der

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Wert von c/wp ist ungefähr 100 Ä. Wenn d₁ zu klein ist, wird die Divergenz der Brechung zu groß. Zum Beispiel ist in dem Fall, daß Röntgenstrahlen mit E=I keV und &lgr; (Wellenlänge) = 12 Ä vorhanden sind, und d_x = 120 Ä beträgt, die Brechungsdivergenz &thgr; ungefähr 10"² rad (0 = XZd₁) . Es ist nicht notwendig, daß die Kapillaren einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen.

Der Schutzlack sollte in einem Abstand von der Kumakhov-Linse angeordnet sein, der gleich oder größer als L = d/0 ist, wobei d die Dicke der Kapillarenwände und &thgr; die Divergenz des Strahls ist, der die Kumakhov-Linse verläßt. Diese Bedingung ist notwendig, damit sich Strahlen benachbarter Kapillaren mischen. Gleichzeitig sollte L nicht zu groß sein, um zu verhindern, daß sich Strahlen von Kapillaren mischen, die weit voneinander entfernt liegen.

Eine derartige Vorrichtung kann auch mit einem Synchrotron als Quelle verwendet werden. In einigen Fällen kann es, wenn eine Synchrotron-Quelle verwendet wird, möglich sein, keine Kumakhov-Linse vor der Maske zu verwenden. Jedoch ist es das bevorzugte Ausführungsbeispiel, wo es eine Kumakhov-Linse zwischen der Synchrotronquelle und der Maske gibt. Wie anderswo in diesem Patent erwähnt, kann diese Linse zum Umformen des Querschnitts des Strahls, zum Umlenken des Strahls, zum Einstellen der Divergenz und zum Einstellen der Energiebandbreite verwendet werden.

Ein anderes Ausführungsbeispiel ist es, wenn die Maske oder das Muster in FIG. 34 kein separates Element ist, weil es in dem Ende der Kumakhov-Linse oder in der Kumakhov-Linse enthalten ist.

Kumakhov-Linsen sind für die Verwendung in analytischen Instrumenten mit Linsen zweckmäßig, die Kapillardurchmesser von 200 bis 40 0 Mikrometern aufweisen, die für Übertragung von Röntgen-

strahlen in dem Energiebereich von ungefähr 500 eV bis 10 keV geeignet sind, d.h. niedriger als es für viele XRF-Anwendungen nötig ist.

Kumakhov-Linsen können in drei Typen unterteilt werden. Konzentratoren divergierender Strahlen (FIG. 36) können Strahlung von einer divergenten Röntgenquelle über eine Winkelöffnung von einigen 10 Grad sammeln und in einen divergenten Strahl fokussieren. Wenn es erwünscht ist, kann der Strahl in einem sehr kleinen Punkt (sogar weniger als 100 Mikron im Durchmesser) in Abhängigkeit von der Strahlungsenergie und der Linsengestaltung fokussiert werden; Konzentratoren paralleler Strahlen (FIG. 37) können einen parallelen Röntgenstrahl in einen konvergenten Strahl konzentrieren; und Former von quasi-parallelen Strahlen (Figuren 3 8A und 38B) können einen divergenten Strahl in einen quasi-parallelen Strahl konvertieren. Bei den meisten heutzutage hergestellten Linsen ist die Divergenz ungefähr gleich 1/2 des Grenzwinkels für äußere Totalreflektion, obwohl die Divergenz im Prinzip auf weniger als 10"⁴ Radian durch besondere Linsengestaltung vermindert werden kann. Ein Former eines quasi-parallelen Strahls kann eine einfache Gestalt mit nur einer Krümmungsrichtung entlang der longitudinalen Fläche eines Kanals aufweisen, wobei er im wesentlichen die Hälfte eines Formers eines divergenten Strahls (FIG. 38A) ist. Former für einen quasi-parallelen Strahl können auch eine zusammengesetzte Krümmung aufweisen, die einen quasi-parallelen Strahl zur Folge hat, der in einem kleineren Gebiet konzentriert ist (FIG. 38B).

Andere Formen sind zweckmäßig für bestimmte Anwendungen inklusive aber nicht beschränkt auf Konzentratoren eines divergenten Strahls mit zusammengesetzten Krümmungen, um eine längere Brennweite zu erhalten, und Linsen, die gestaltet sind, um die Richtung eines Strahls zu ändern oder einen Strahl zu spalten, wobei manchmal oben erwähnte Funktionen ausgeführt werden. Das bevorzugte Ausführungsbeispiel weist jedoch einen kreisförmigen Querschnitt auf, obwohl auch ein flacher,

quadratischer, rechteckiger oder irgendein anderer Querschnitt verwendet werden kann.

Röntgenfluoreszenz (XRF) mißt Röntgenstrahlen, die von einer Probe emittiert werden, um ohne Zerstörung eine quantitative Messung der relativen Menge von Elementen zu erhalten. Durch Einbauen von Kumakhov-Linsen in XRF-Vorrichtungen kann die Leistungsfähigkeit entscheidend verbessert werden. Eine Kumakhov-Linse kann mit Röntgenstrahlen verwendet werden, um einen größeren Sammelwinkel zu erreichen, parallel auszurichten, Strahlen parallel zu übertragen, Röntgenuntergrundstrahlung zu vermindern, dafür zu sorgen, daß Strahlen konvergieren, und von genau bestimmten kleinen Flächen Strahlen einzusammeln. Die Verwendung von Kumakhov-Linsen bei XRF-Vorrichtungen steigert die Leistungsfähigkeit (z.B. eine erhöhte Empfindlichkeit, eine verminderte Meßzeit, geringere Anforderungen an andere Komponenten, wie Quellen, Kollimatoren, und Detektoren, wobei auf diese Weise ihre Kosten vermindert werden, Steigern der räumlichen Auflösung und Schaffen ganz neuer Möglichkeiten, wie z.B. berührungsfreie XRF-Analyse an innen in der Probe gelegenen Punkten).

Kumakhov-Linsen wurden bei XRF-Analyse in drei unterschiedlichen Formen verwendet: 1) Sammeln und Fokussieren von Röntgenstrahlen, die auf die Probe auftreffen; 2) Sammeln und Fokussieren von sekundären Röntgenstrahlen, die von der Probe emittiert werden; und 3) beides.

FIG. 3 9 zeigt eine Linse auf der Quellenseite der Probe, die den einfallenden Röntgenstrahl auf die Probe fokussiert und verglichen mit derzeit verwendeten Kollimatoren eine starke Zunahme in der Intensität und räumlichen Auflösung für Ortsoder Flächenanalyse schafft. Zum Beispiel ist eine Zunahme in der Intensität um mindestens einen Faktor 200 bei einer räumlichen Auflösung von bis zu 30 Mikrometer (0,03 mm) verglichen mit einem handelsüblichen EDXRF-System möglich, das eine räumliche Auflösung von 0,25 &khgr; 1,2 5 mm² aufweist. Diese

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Rechnung zieht die Tatsache in Betracht, daß ohne die Linse die Quelle dichter an der Probe ist. Zusätzlich, um eine höhere Intensität und kleinere Punktgrößen zu erhalten, schafft der Einsatz einer Kumakhov-Linse mehr freien Raum um die Probe und vermeidet Abschattungseffekte und Untergrundprobleme, die von sekundären Röntgenstrahlen entstehen, die von Kollimatoren emittiert werden. Wenn die Röntgenquelle keine primäre Quelle wie in Sekundärer Target-Röntgenfluoreszenzanalayse, STXRF, ist, ist die Verwendung der Kumakhov-Linse sogar noch wichtiger. Eine Linse kann zwischen der primären Quelle und der sekundären Quelle verwendet werden, um Strahlung von der sekundären Quelle zu verstärken, und eine Linse kann, was sogar noch wichtiger ist, zwischen der sekundären Quelle und der Probe eingesetzt werden. Das Abtasten der Probe kann entweder durch Bewegen der Linse und der Quelle oder durch Bewegen der Probe ausgeführt werden. Das Letztere wird im allgemeinen bevorzugt, um die Geometrie zwischen analysierter Fläche und dem Detektor beizubehalten.

Bei vielen Anwendungen ist es wünschenswert, über die gesamte Probe oder einen Teil der Probe zu mitteln. Wenn die Linse einen konvergenten Strahl bildet, kann die analysierte Fläche leicht durch Ändern des Abstands zwischen Linse und Probe und folglich der Größe des angeregten Gebiets eingestellt werden. Durch Vergrößern des Abstands zwischen der Linse und der Probe kann das Gebiet der Probe, das bestrahlt wird, vergrößert werden. In diesem Fall ist es vorzuziehen, die Linse und nicht die Probe zu bewegen, um die Geometrie zwischen Probe und Detektor beizubehalten.

Wenn mehrere Quellen zur gleichen Zeit oder verschiedenen Zeiten verwendet werden, können Linsen verwendet werden, um die Strahlung auf die Probe genau einzustellen, üblicherweise, um zu gewährleisten, daß sie dasselbe Gebiet bestrahlen.

Das Anordnen einer Probe derart, daß eine ausgewählte Fläche angeregt wird, wird dadurch vereinfacht, daß eine andere Quelle

elektromagnetischer Strahlung zeitweise dort angeordnet werden kann, wo die Röntgenquelle normalerweise angeordnet ist. Es ist deshalb möglich, unmittelbar das Gebiet, das angeregt wird, zu bestimmen. Die bevorzugte Ausführung ist es, eine sichtbare Lichtquelle zu verwenden und das Gebiet unmittelbar anzusehen, aber andere Spektralbereiche können verwendet und mit Hilfe von Instrumenten beobachtet werden.

Die Figuren 4OA und 40B zeigen einen Aufbau mit der Linse zwischen der Probe und dem Detektor. Bei dem gezeigten Aufbau sammelt die Linse Röntgenstrahlen von einem ausgewählten Punkt auf der Probe und kann deshalb für die Analyse ausgewählter Flächen verwendet werden. Das kann gleichzeitig mit mittelnden Messungen unter Verwendung eines EDXRF- oder WDXRF-Detektors gemacht werden, der Strahlung von der gesamten Probe sammelt. Eine Kumakhov-Linse zwischen der Probe und dem Detektor kann auch als ein Bandpaßfilter wirken, der ausgelegt ist, um Strahlung bei einer niedrigen Energie oder hohen Energie abzuschneiden, und kann die Verwendung eines kleineren Gebiets und demzufolge eines EDS-Detektor (FIG. 40B) erlauben, der billiger ist, oder eine niedrigere Kapazität hat und demzufolge eine höhere Auflösung aufweist. Für WDXRF können Linsen zwischen der Probe und dem Kristall und zwischen dem Kristall und dem Detektor verwendet werden. Diese Linsen können eine verbesserte Bündelung ohne hohe Absorptionsverluste der derzeitigen Systeme schaffen.

Die Figuren 41A und 41B zeigen Linsen sowohl auf der Quellenals auch auf der Detektorseite der Probe, wobei der Vorteil einer Linse auf der Detektorseite verwirklicht wird, wenn sie in Verbindung mit einer Linse auf der Quellenseite verwendet wird. In diesem Fall ist das Volumen der gemessenen Probe durch die Schnittmenge des Objektbrennpunkts der ersten Linse und des Bildbrennpunkts der zweiten Linse, wie in FIG. 41B gezeigt, bestimmt. Durch Bewegen der Probe kann der Punkt sogar auf das Innere der Probe positioniert werden. Dreidimensionale Mikrostrahl-Röntgenfluoreszenzanalyse wird dann möglich. Ohne

Kumakhov-Linsen erfordert jeder Versuch, die Ergebnisse zu verbessern, die Verwendung großer Quellen, großflächiger Detektoren und radial ausgerichteter Kollimatoren. Jedoch ist eine niedrige Photonzählrate von beschränktem Nutzen, und es entstehen Probleme mit Streuung und Sekundäremissionen. Durch Verwendung von Kumakhov-Linsen kann die Punktgröße bis zu 3 0 Mikrometern klein sein, und Punktgrößen von 3 Mikrometern sind erreichbar.

Eine Kumakhov-Linse hat eine ziemlich lange Brennweite und läßt ein Gebiet der Probe für relativ große Sammelwinkel weg. Es ist deshalb möglich, eine Vielzahl von Messungen in einem Instrument, wie schematisch in FIG. 42 gezeigt, zu kombinieren. Darüber hinaus faßt die Figur durch Zeigen eines Instruments, das alles macht, die Vielzahl an Messungen zusammen, die entweder alleine oder in Kombination ausgeführt werden können.

Andere ausgeklügelte XRF-Anwendungen mit Verwendung von Kumakhov-Linsen (siehe FIG. 43) werden in Erwägung gezogen. In diesem Fall erzeugt die Kumakhov-Linse einen quasi-parallelen Strahl, der dann von einem monochromatischen Kristall Bragggebrochen wird. Der gebündelte monoenergetische Strahl wird dann von einer Einkristallprobe Bragg-gebrochen und der gebrochene Strahl wird entweder direkt gemessen oder in einer zweiten Kumakhov-Linse, wie gezeigt, gesammelt und konzentriert. In der Probe erzeugte Fluoreszenzstrahlung wird entweder direkt oder durch eine fokussierende Kumakhov-Linse gesammelt und analysiert. Der in FIG. 43 gezeigte Aufbau erzeugt stehende Wellen von Röntgenstrahlen, die in Verbindung mit der Messung von Fluoreszenzröntgenstrahlen verwendet werden können, um die Position von Verunreinigungsatomen in dem Kristallhauptteil, an Kristalloberflächen oder an Kristallzwischenflächen genau zu bestimmen (mit einer Genauigkeit von weniger als 0,05 Ä) , oder um die thermischen Gitterschwingungsamplituden und -anisotropien zu bestimmen. In Abhängigkeit von dem Brechungswinkel von dem Monochromatorkristall kann der gebrochene Röntgenstrahl stark polarisiert sein. Die Verwendung

eines derartigen polarisierten Strahls kann bei XRF-Messungen verwendet werden, um den Untergrund entscheidend zu vermindern und die Empfindlichkeit zu vergrößern.

Kumakhov-Linsen sind für sehr empfindliche digitale Subtraktionsanalyse geeignet. Durch sequentielle Bestrahlen der Probenfläche mit zwei Röntgenstrahlen unterschiedlicher Wellenlänge und Abziehen der detektierten Röntgenstrahlemissionen kann die Untergrundstrahlung beseitigt und eine sehr hohe Empfindlichkeit erreicht werden. Das Erzeugen von zwei unterschiedlichen Wellenlängen kann durch Verwendung einer Anzahl von Verfahren erreicht werden, die folgendes umfassen: Verwenden der Quellen durch Filterung der Röntgenstrahlen zwischen der Quelle und der Probe; durch Verwendung von Monochromatoren, um Wellenlängen auszuwählen; durch Verwendung zweier sekundärer Quellen; oder durch Verwendung von Kumakhov-Linsen, um abgeschnittene Bandbreiten zu erhalten. Ein Kristall oder Kristalle in der Laue-Geometrie können auch verwendet werden. Zwei oder mehr Wellenlängen können durch Verwendung eines Monochromators, dessen Winkel sich unterscheiden, erhalten werden, um unterschiedliche Wellenlängen zu brechen. Die Empfindlichkeit wird maximal, wenn die beiden Wellenlängen, die verwendet werden, um die Probe anzuregen, nahe beieinander und auf jeder Seite der Wellenlänge des interessierenden Elements oder der interessierenden Verbindung ist.

Wenn zwei unterschiedliche Quellen verwendet werden, und die beiden Quellen bewegbar sind, um die Quellen nacheinander auf der im wesentlichen gleichen Position oder entlang der gleichen Achse anzuordnen, kann eine einzige Linse zwischen der Stelle der Quelle und der Probe verwendet werden, um die Intensität zu vergrößern, und um zu gewährleisten, daß der gleiche Probenpunkt angeregt wird. Wenn zwei unterschiedliche Quellen verwendet werden, und die Quellen an ihren Stellen während der Analyse bleiben, dann können zwei Linsen oder eine komplexe Linse verwendet werden, um die Intensität zu erhöhen, und um die Anregung des gleichen Probenpunkts zu gewährleisten. Wenn

eine einzige Quelle verwendet wird, können zwei Linsen mit unterschiedlichen Bandpaßfiltereigenschaften verwendet werden, um zwei unterschiedliche Wellenlängenspektren zur Beleuchtung der Probe zu erhalten. Wenn eine Quelle eingesetzt wird, und Bragg-Streuungskristalle verwendet werden, um Wellenlängen auszuwählen, kann die Verwendung von Linsen zwischen der Quelle und den Kristallen die Intensität vergrößern, die Divergenz der Strahlen vermindern und die Strahlen formen, und die Verwendung von Linsen zwischen den Kristallen und der Probe kann die Intensität vergrößern, die Größe des Gebiets der angeregten Probe verändern, und die Anregung des gleichen Probenpunkts gewährleisten. Wenn eine einzige primäre Quelle oder mehrere primäre Quellen mit zwei oder mehr sekundären Quellen verwendet werden, können Linsen zwischen der primären Quelle bzw. den primären Quellen und den sekundären Quellen die Intensität vergrößern und die Größe der Punkte sekundärer Quellen verkleinern. Die sekundären Quellen können entweder an getrennten festen Stellen oder beweglich sein oder nacheinander an im wesentlichen der gleichen Stelle angeordnet werden. Linsen zwischen den sekundären Quellen und der Probe können die Intensität vergrößern, gewährleisten, daß das gleiche Probengebiet angeregt wird, und eingesetzt werden, um die Größe des angeregten Gebiets der Probe einzustellen.

Vor der vorliegenden Erfindung stellte das Göttinger Röntgenmikroskop (beschrieben in: Röntgenmikroskopie, Göttingen, September 14-16, 1963: Autoren S. Schwall, Spring Series in Optical Sciences, Band 43, Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, Tokyo, 1984) die beste räumliche Auflösung und Helligkeit aller Röntgenmikroskope zur Verfügung. Leider ist dieses System sehr komplex, teuer, hat hohe Intensitätsverluste und braucht einen parallelen Strahl, wie z.B. von einem Synchrotron.

Das vorliegende Röntgenmikroskop kann mit einer gewöhnlichen Röntgenquelle verwendet werden, wie z.B. eine Röntgenröhre mit einer Kumakhov-Linse, die hinter der Quelle verwendet wird und

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divergente Strahlung in einen quasi-parallelen Strahl transformiert. Dann wird eine konusförmige Kapillare verwendet (siehe FIG. 44A) . Wenn das Gebiet des Punkts nach Durchlaufen der Kumakhov-Linse groß ist, ist es möglich, mehrere konusförmige Kapillaren in Stellung zu bringen (siehe FIG. 44B).

In einigen bestimmten Fällen ist es der Mühe wert, die Strahlung nach dem Durchlaufen der Kumakhov-Linse mit der Hilfe von einem System gebogener konusförmiger Kapillaren (siehe FIG. 45) zu fokussieren. Die Kapillaren in der Vorrichtung können auf einem konstanten Querschnitt über den Weg, den sie zurücklegen, gehalten werden, wobei die Kapillaren dann konusförmig sein würden, wenn sie sich an den Fokus annähern. Bremsstrahlung, gelenkte Strahlung, eine Plasmaquelle, ein Laserplasma, usw. können als eine Strahlungsquelle verwendet werden.

Wenn Synchrotronstrahlung (SR) als eine Quelle verwendet wird, kann ein Monochromator zur Auswahl monochromatischer Strahlung verwendet werden, der von einer konusförmigen Kapillare gefolgt ist. SR ist sehr intensiv und Verluste an den Wänden der Kapillaren können vielleicht Überhitzung ihrer Innenflächen verursachen. Die Kapillaren werden am meisten in Gebieten erhitzt, wo ihre Durchmesser minimal sind. Um dieses Problem zu vermeiden, kann der Winkel des Konus variieren, wobei der Winkel umgekehrt proportional zu dem Durchmesser der Kapillare ist (siehe FIG. 46) . Um wirksam zu fokussieren, sollte der Winkelwert des Konus kleiner als der Grenzwinkel äußerer Totalreflektion (der Fresnel-Winkel) sein. Das schafft eine Wirksamkeit der Fokussierung, die die des Göttinger Röntgenmikroskops um einige Größenordnungen übertrifft.

Wenn eine divergente Strahlungsquelle eingesetzt wird, kann eine Kumakhov-Linse verwendet werden, bei der jede Kapillare tonnenförmig gebogen ist (siehe FIG. 47) . Eine Besonderheit dieser Kapillaren ist es, daß die Durchmesser an ihren Enden sehr viel kleiner als ihre Durchmesser in der Mitte sind.

Inzwischen wird die Oberfläche jeder Kapillare und des gesamten Systems auf solch eine Weise ausgebildet, daß ihre Projektion auf die Ebene ein Schnitt von einem Umfang ist. Strahlung bewegt sich entlang der Außenfläche (siehe FIG. 48) . Es ist bevorzugt, daß der Durchmesser der Linse an dem Ausgang gleich ihrem Durchmesser an dem Eingang ist. Bei dem idealen Aufbau eines solchen optischen Systems wird die Größe des Brennpunkts in der Nähe der Größe des Endes der einzelnen Kapillaren liegen, die kleiner als 1 &mgr;&khgr;&eegr; sein können. Die Sichtbarmachung des Schattenbilds bei der Röntgenmikroskopie kann durch Verwendung eines Röntgenstrahlvidicons oder auf andere Weise erreicht werden. Die physikalische Grenze der räumlichen Auflösung eines Prototyp-Röntgenmikroskops ist durch die Brechung auf ungefähr 100 Ä beschränkt.

Das vorliegende Röntgenstrahlmikroskop kann zusammen mit anderen Instrumenten verwendet werden, z.B. einer Energieanalyse an Elektronen, die aus der Oberfläche herausgeschlagen werden. Außerdem ist es möglich, eine divergente Quelle mit einer Kumakhov-Linse zu verwenden, die einen parallelen Strahl bildet und dann den Strahl durch eine Zonenplatte lenkt, um fokussierte Strahlung zu erhalten. Eine derartige Vorrichtung erreicht sehr kleine Brennpunkte, weil die Größe des Brennpunkts nicht durch die Größe der Kapillaren beschränkt ist.

Die in den FIG. 44A-48 gezeigten Schemata können für ein Ionenmikroskop verwendet werden. Die Innenfläche der optischen Vorrichtung für Röntgenstrahlen und die konusförmigen Kapillaren sollten mit einer leitfähigen Schicht bedeckt werden, um den Strahl davon abzuhalten, wegen elektrostatischer Raumladungen abgeblockt zu werden. Um den Reflektionskoeffizienten für Ionen von der Innenfläche maximal zu machen, ist es notwendig, die Kapillaren so glatt wie möglich auszubilden. Diese Glattheit ist für Ionen kritischer als für Röntgenstrahlen. Die physikalische Grenze der räumlichen Auflösung eines Ionenmikroskops kann auf dem Atomniveau sein, d.h. ungefähr 1 Ä.

Weil hohe Intensitäten in dem Brennpunkt erreicht werden können, kann ein derartiges Mikroskop auch bei anderen Technologien verwendet werden, z.B. für Ionenimplantation, bei Lithographie usw..

Bei Verwendung einer Neutronenquelle und eines Materials, das nicht leicht Neutronen absorbiert, um die Kapillaren auszubilden oder die Innenflächen der Kapillaren abzudecken, können die in den FIG. 44A-48 gezeigten Systeme als Neutronenmikroskope eingesetzt werden.

Elektronmikrostrahlanalyse ist sehr ähnlich zur Röntgenfluoreszenz, außer daß die Anregung durch Beschüß mit Elektronen und nicht mit Röntgenstrahlen gemacht wird. Durch die Verwendung von Elektronen wird man in die Lage versetzt, ein kleines Gebiet anzuregen. Die vorliegende Elektronmikrostrahlanalyse ist zu den Teilen der Erfindung für Röntgenstrahlfluoreszenz ähnlich, die sich auf die Verwendung einer Kumakhov-Linse oder Kumakhov-Linsen zwischen der Probe und dem Detektor beziehen.

FIG. 4OA zeigt einen Aufbau mit der Linse zwischen der Probe und dem Detektor, außer daß für Elektronenmikrostrahlanalyse Elektronen und nicht Röntgenstrahlen aus der Quelle kommen werden. Bei diesem Aufbau sammeln die Linsen Röntgenstrahlen von einem ausgewählten Punkt auf der Probe und vermindern deshalb den Untergrund, der durch Streuung verursacht wird. Eine Kumakhov-Linse zwischen der Probe und dem Detektor kann auch als ein Bandpaßfilter wirken, der ausgelegt ist, um Strahlung bei niedrigerer Energie oder höherer Energie abzuschneiden, wobei die Verwendung eines kleineren Gebiets und daher eines energiedispersiven Detektors möglich ist, der nicht zu teuer ist oder eine niedrigere Kapazität (höhere Auflösung) aufweist. Für WDXRF können Linsen zwischen der Probe und dem Kristall und zwischen dem Kristall und dem Detektor verwendet werden. Diese Linsen können eine verbesserte Bündelung ohne die hohen Absorptionsverluste der gegenwärtigen Systeme (siehe FIG. 40B) schaffen.

Röntgenstrahldiffraktion ist eine weit verbreitete Technik, die die Winkelverteilung von Röntgenstrahlen ermittelt, die von einer Probe kommen. Wenn die Probe anders als ein Einkristall ist, z.B. eine Pulverprobe, ist ein extrem paralleler Strahl nötig, um die Probe zu bestrahlen. Bei bestimmten Bedingungen kann eine Einkristallprobe und ein konvergenter Strahl verwendet werden.

Weil nach der Winkelverteilung von Röntgenstrahlen gesucht wird, ist es nicht allgemein nützlich, eine Kumakhov-Linse zu verwenden, die divergente Strahlen von der Probe sammelt und einen parallelen Strahl oder einen konvergenten Strahl bildet. Einen großen Vorteil bedeutet die Verwendung einer Kumakhov-Linse zwischen der Quelle und der Probe, um einen Strahl zu bilden, der parallel oder konvergent ist, wie es für die besondere Analyse der Größe und Gestalt eines gewünschten Querschnitts erforderlich ist. Auch ist die Fähigkeit nützlich, durch die Verwendung von Kombinationen von Linsenerzeugnissen selektiv unerwünschte Photonenergien herauszufiltern, bevor die Röntgenstrahlen auf die Probe treffen, wobei die Kanäle der Kumakhov-Linse so gestaltet sind, daß sie in einer derartigen Form gebogen sind, daß sie höhere Energien herausfiltern, wobei Materialien verwendet werden, die niedrigere Energien absorbieren, oder wobei Kumakhov-Linsen verwendet werden, die herausgeschnittene Bandbreiten zur Verfügung stellen.

Eine Kumakhov-Linse kann auch verwendet werden, um parallele Röntgenstrahlen von der Probe zu sammeln und diese Photonen auf dem Detektor zu fokussieren. Dieser Aufbau ist sehr selektiv für einen engen Winkelbereich von Röntgenstrahlen, die von einer Probe ohne die Verluste kommen, die bei normaler Bündelung einhergehen, und nur einen kleinen Detektor brauchen.

Die gleichen Geometrien, die für Röntgenstrahldiffraktion diskutiert wurden, funktionieren bei Neutronendiffraktion inklusive der Filterung, um die Energiebandbreiten einzustellen. Jedoch ist es für die Verwendung von Kumakhov-Linsen

für Neutronen notwendig, die Linsen aus Materialien aufzubauen oder die Linsen mit Materialien zu beschichten, die eine sehr niedrige Absorption für Neutronen aufweisen. Zum Beispiel sind Materialien, die Bor enthalten, wegen des hohen Absorptionsquerschnitts von Bor für Neutronen ungeeignet.

Bei medizinischen Vorrichtungen können Kumakhov-Linsen zwischen der Strahlungsquelle und dem zu bestrahlenden Subjekt verwendet werden. Der Ausdruck Subjekt umfaßt, ist aber nicht darauf beschränkt, einen Patienten (Mensch oder Tier), eine biologische Probe, eine chemische Probe oder eine Materialprobe. Bei einer medizinischen Vorrichtung können die Linsen ausgebildet sein, um entweder einen Teil eines divergenten Strahls einzufangen oder einen parallelen Strahl einzufangen. Wenn der Strahl einmal eingefangen ist, kann er in jede beliebige Querschnitt sform geformt werden. Für Darstellungszwecke ist die gewählte Form üblicherweise rechteckig, wobei ein Querschnitt groß genug zum Darstellen des interessierenden Gebiets ist.

Die Linsen können auch entworfen sein, um Strahlungsniveaus, die unerwünscht sind, herauszufiltern. Zum Beispiel ist Filterung für Röntgenstrahlanwendungen oft wünschenswert, um Röntgenstrahlen höherer Energie (härtere) zu entfernen. Die Linsenparameter können dann eingestellt werden, um Bündelung zu schaffen (Verminderung beim Streuen). In Abhängigkeit von der Anwendung kann ein konvergenter, ein quasi-paralleler oder ein divergenter Strahl erzeugt werden. Vorrichtungen mit Kumakhov-Linsen, die parallele Strahlen erzeugen, werden zum Abbilden bevorzugt und Vorrichtungen mit Linsen, die konvergierende Strahlen erzeugen, werden für die meisten therapeutischen Anwendungen bevorzugt. Vorrichtungen können auch mit Linsen konstruiert werden, die als Leiter funktionieren, um die Strahlung zu Teilen des Körpers zu lenken, die schwierig zu erreichen sind, wie z.B. die Oberflächen von inneren Körperhöhlen. Mehrere Linsen können verwendet werden, um eine Vielzahl von diesen Funktionen zu erreichen, aber es ist bevorzugt, eine einzige Linse einzusetzen.

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Bei medizinischen Vorrichtungen mit einer Kumakhov-Linse zwischen der Quelle und dem Patienten kann es vorkommen, daß der Strahl der Strahlung auf andere Flächen trifft, bevor er den Patienten erreicht. Zwei Ausführungsbeispiele, die reflektierte Strahlen einsetzen, werden beschrieben. Bei dem ersten Ausführungsbeispiel fängt die Linse Strahlung von einer divergenten Quelle ein und erzeugt einen intensiven quasiparallelen Strahl, der auf eine Fläche gerichtet ist, die einen monochromatischen Strahl reflektiert (wie z.B. der, der von einer Bragg-Reflektion erhalten wird). Das ergibt einen Strahl mit enger Bandbreite, der eine höhere Intensität als der ohne eine Kumakhov-Linse erhaltene aufweist. Das zweite Ausführungsbeispiel verwendet Strahlung von einer divergenten oder parallelen Quelle, die von einer Kumakhov-Linse eingefangen wird und auf ein Material fokussiert wird, das dann Strahlung emittiert, die charakteristisch für das Material ist. Zum Beispiel kann eine solche Linse nützlich sein, um breitbandige Röntgenstrahlen hoher Intensität auf einem reinen Material zur Verfügung zu stellen, das Röntgenstrahl absorbieren und Röntgenstrahlen hoher Intensität bei einer bestimmten Energieniveaucharakteristik dieses Materials emittieren kann. Weil sehr wenig Strahlung bei anderen Energieniveaus emittiert wird, ist ein sehr reiner Strahl mit einem charakteristischen Energieniveau erforderlich. Wenn Strahlung auf ein Material gerichtet wird, das anders als ein Subjekt ist, kann eine Kumakhov-Linse zwischen dem bestrahlen Material und dem Subjekt verwendet werden. Bei diesem Aufbau ist es oft wünschenswert, die Richtung oder die Divergenz des Strahls zu formen, zu bündeln, zu filtern oder zu steuern.

Bei medizinischen Vorrichtungen können eine Kumakhov-Linse oder Kumakhov-Linsen zwischen dem Subjekt und einer Empfangseinrichtung verwendet werden. Die prinzipiellen Vorteile von einer solchen Anordnung sind (i) Strahlbündelung .(verminderter Untergrund, der durch Streuung verursacht wird), (ii) Steuern der Strahlrichtung, um den Detektor oder die Detektoren zu erreichen, und (iii) Fokussieren des Strahls, damit die nötige

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Detektorgröße oder Strahlausdehnung vermindert ist, um ortsempfindliche Detektoren zu vereinfachen.

Die folgenden Vorrichtungen stellen die vorliegende Erfindung dar. Obwohl verschiedene Gesichtspunkte der vorliegenden Erfindung für ein besonderes Ausführungsbeispiel beschrieben werden, ist es zu verstehen, daß die dargelegten Prinzipien auf alternative Ausführungsbeispiele angewendet werden können und nicht als Beschränkungen anzusehen sind.

Kumakhov-Linsen können mit verschiedenen Arten von Quellen in einer angiographisehen Vorrichtung eingesetzt werden, und eine Vielzahl von Quellen, wie z.B. eine rotierende Anode oder Pulsröntgenquellen können in einer solchen Vorrichtung eingesetzt werden. Wenn z.B. eine rotierende Anodenquelle eingesetzt wird, kann der effektive Brennpunkt in der Größenordnung von 1x1 mm² oder kleiner sein, und die Lineargeschwindigkeit der rotierenden Anode kann ungefähr 100 m/s sein. Die Anode kann mit den Materialien aufgebaut sein, die charakteristische Linien neben den Jod-Linien liefern (z.B. La, Ce, Be und einige weitere) . Wenn die Elektronenenergie zwischen ungefähr 500 und ungefähr 600 keV liegt, und der Strom ungefähr 0,5 A beträgt, ist es möglich, eine hinreichende Anzahl charakteristischer Photonen in einem sehr kurzen Zeitraum zu erhalten.

Bei diesen Verfahren (dem sog. "Dual-Verfahren") hat man vorgeschlagen, traditionelle Filter zu verwenden. Bedauerlicherweise macht der übrigbleibende harte Teil der Bremsstrahlung eine Filterung praktisch unmöglich. Zusätzlich sind Kristall-Monochromatoren ineffektiv, weil Photonstrahlen isotrop von der Quelle divergieren.

Das Angiographieschema der vorliegenden Erfindung wird in FIG. 50 gezeigt. Eine optische Röntgenvorrichtung der vorliegenden Erfindung ist vor der Strahlungsquelle angeordnet, die divergierende Strahlen in einen quasi-parallelen Strahl gewünschter

Größe (üblicherweise ungefähr 15 &khgr; ungefähr 15 cm) transformiert, während gleichzeitig der harte Teil der Strahlung herausgefiltert wird.

Der optischen Röntgenvorrichtung folgen zwei Kristall-Monochromatoren in der Laue-Geometrie, an denen zwei charakteristische Strahlen (vor und hinter der Jodabsorptionslinie) gebeugt werden. Ein Gegenstand ist dann zwischen den Kristallen und den Detektoren angeordnet.

Ein typisches Ausführungsbeispiel weist eine Kumakhov-Linse auf, die ungefähr einen Anteil von 10"³ eines isotropen Strahls sammelt und in einen quasi-parallelen Strahl mit einer Divergenz von ungefähr 0,5 mrad transformiert. Bei einer derartigen Divergenz und einem Gegenstandskörper mit einer Dicke von ungefähr 2 0 cm kann eine räumliche Auflösung von (700/200) Mikrometern erreicht werden. Zwei Strahlen mit einer Gesamtzahl an Photonen zwischen ungefähr 3 bis 5 &khgr; &Igr;&Ogr;¹² treffen auf den Körper des Gegenstands während ungefähr 10"² s. Die Strahlungsdosis beträgt einige Röntgen (d.h. erheblich weniger als bei herkömmlicher Angiographie). Ebenso dauert die Bestrahlung nur ungefähr 10"² s, so daß Kontraktionen der Herzmuskeln das Bild nicht verschwommen machen. Eine wichtige Eigenschaft dieses Verfahrens ist es, daß es nicht nötig ist, einen Katheter zu verwenden, um Jod in das Herz einzuführen, weil eine ungefährliche Konzentration an Jod direkt in eine Armvene injiziert werden kann.

Einige weitere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Angiographievorrichtung können Kumakhov-Linsen einsetzen. Anstatt der Verwendung von Kristall-Monochromatoren in der Laue-Geometrie können asymmetrisch geschnittene Kristalle als Monochromatoren verwendet werden. Ein brauchbares Beispiel davon ist es, wenn die Kumakhov-Linse zwei intensive quasi-parallelen Strahlen (FIG. 51 zeigt den Verlauf von einem dieser Strahlen) erzeugt. Jeder Strahl wird dann von einem asymmetrisch geschnittenen Kristall reflektiert, der ausgelegt ist, um eine gewünschte

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Energie von Röntgenphotonen durch Braggreflektion auszuwählen und das Ausmaß des Strahls entlang einer Dimension zu vergrößern. Der Strahl wird dann an einem weiteren asymmetrisch geschnittenen Kristall reflektiert, der ausgelegt ist, um dieselbe Photonenergie zu reflektieren und den Querschnitt des Strahls in einer anderen Dimension auszudehnen. Das führt zu einem Strahl sehr enger Bandbreite mit großem Querschnitt, der dann auf den Gegenstand gerichtet wird. Der zweite Strahl von der Linse ist in eine andere Energie monochromatisiert, so daß die Energien der beiden Strahlen die interessierende Absorptionsenergie eng einschließen. Der zweite Strahl folgt einem zu dem ersten ähnlichen Verlauf und schneidet sich mit dem ersten Strahl bei dem Gegenstand.

Kumakhov-Linsenkollimatoren oder andere Kollimatoren können entweder vor dem Patienten oder zwischen dem Patienten und den Detektoren verwendet werden, um die Auflösung zu verbessern. Bündelung nach dem Patient kann auch den Verlust an räumlicher Auflösung vermindern. Diese verbesserte Auflösung bringt jedoch eine gewisse Abnahme in der Photonzählrate mit sich.

Die Detektion für digitale Subtraktionsangiographie kann mit zwei Detektoren durchgeführt werden, die weit genug von dem Gegenstand derart angeordnet sind, daß der Unterschied im Winkel zwischen den beiden Strahlen die beiden Strahlen derart hinreichend trennt, daß sich die beiden Strahlen nicht überlappen. Als Alternative kann ein einziger Detektor verwendet werden, der sehr dicht an dem Gegenstand liegt. Da der Abstand von dem Gegenstand zu dem Detektor stark vermindert ist, gibt es eine beträchtliche Verbesserung in der räumlichen Auflösung aufgrund der verringerten Bildverschmierung, die aus der Strahldivergenz resultiert. Vor der vorliegenden Erfindung machten Schwierigkeiten bei dieser Arbeitsweise diese inpraktikabel für die Verwendung mit digitaler Subtraktionsangiographie .

Streuung von einem Gegenstand wird die Auflösung vermindern, wenn keine Bündelung eingesetzt wird. Wenn aber die beiden Strahlen durch den Patienten in einem großen Winkel zueinander geleitet werden, wird herkömmliche Bündelung viel von dem Strahl aus dem einen oder dem anderen Winkel blockieren (siehe FIG. 52). Ein Schlitzkollimator, bei dem die Schlitze in den Ebenen durch die kreuzenden Strahlen gebildet werden, erlaubt den Durchtritt der beiden Strahlen mit nur geringen Verlusten, während die gestreute Strahlung absorbiert wird, die nicht parallel zu den Kollimatorschlitzen war.

Ein sogar noch größeres Problem, das durch die Verwendung eines einzelnen Detektors für digitale Subtraktionsangiographie verursacht wird, ist die Schwierigkeit beim Unterscheiden zwischen Photonen, die von den beiden Strahlen herrühren. Obwohl die beiden Strahlen unterschiedliche Photonenergien aufweisen, liegen sie oft dicht genug beieinander (Unterschiede können bis zu 200 eV klein sein) , daß sie nicht von einem zweidimensionalen ortsempfindlichen Detektor unterschieden werden können.

Ein Verfahren zur Unterscheidung ist es, zu identifizieren durch welchen Strahl die Photonen kamen, indem sie markiert werden. FIG. 53 zeigt eine Anordnung, die ein solches Verfahren verwendet. Durch Vergleichen der Übertragung der Zeitdifferenzen zwischen den Detektoren A oder B und der Übertragung von Detektor C ist es möglich, Koinzidenz nachzuweisen, die markiert, aus welchen der beiden Kanälen das Photon gekommen ist. Diese Identifizierung wird dann auf die Ortsinformation angewendet, die für das Photon von dem Ortsbestimmungsdetektor aufgenommen wurde. Die erzeugte Information kann dann verwendet werden, um das aufgenommene Bild für die beiden Strahlen derart zu differenzieren, daß digitale Subtraktion durchgeführt werden kann. Transmissionsdetektoren sind typischerweise von vielerlei Art inklusive dünner Szintillationskristalle. Die Funktion des Transmissions-

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detektors C kann sogar durch den Ortsbestimmungsdetektor selbst durchgeführt werden, wenn er schnell genug ist.

Das vorliegende Verfahren hat keine Flußratenbeschränkung, weil es den Strahl oder die Strahlen derart zerhackt, daß Photonen von nur einer einzigen Energie an den Ortsbestimmungsdetektor während bestimmter Zeitintervalle ankommen. Wenn z.B. zwei Strahlen verwendet werden, werden sie abwechselnd derart übertragen, daß Information über an dem Ortsdetektor ankommende Photonen unabhängig für jeden Strahl gesammelt werden kann. Diese Information kann dann für digitale Subtraktionsbildgewinnung verwendet werden. Durch Verwenden dieses Verfahrens ist nur ein einziger ortsempfindlicher Detektor notwendig. Besonders vorteilhaft ist es, nach hinten und nach vorne zwischen Energien durch Verwenden eines Strahls mit breitem Spektrum zu hacken, der auf einen Monochromator trifft, und dann den Monochromator zwischen zwei genau bestimmten Stellungen mit einem genau bestimmten Intervall zu wackeln. Wenn der Monochromator einmal in einer der beiden Stellungen ist, wird er ein Photon unterschiedlicher Energie selektieren. Wenn die Datensammlung des Ortsdetektor mit der Position des Monochromators korreliert wird, können die Daten für jede der beiden Energien getrennt gesammelt werden. Information von Photonen, die bei dem Monochromator ankommen, während er in Bewegung ist, werden nicht gesammelt. Wenn es eine Instabilität in dem Strahl gibt, oder der Gegenstand in Bewegung ist, kann der Monochromator vorwärts und rückwärts in sehr kurzen Zeitintervallen gewackelt werden. Die Daten für jede Energie können dann über die Zeit gemittelt werden und sind frei von systematischen Fehlern zwischen den Energien, wobei ein Datensatz für die digitale Subtraktion geschaffen wird. Verschiedene Monochromatoren, wie z.B. Braggdiffraktionskristalle, Multilayer und Kristallbeugung auf der Basis der Laue-Geometrie können verwendet werden.

Das bevorzugte Ausführungsbeispiel für Bildgewinnung von großen Gebieten mit digitaler Subtraktion wird in FIG. 54 gezeigt.

Eine Kumakhov-Linse bildet einen gebündelten quasi-parallelen Strahl mit einem breiten Energiespektrum; der Strahl wird in einem Kristall-Monochromator in der Laue-Geometrie gebeugt; der Monochromatorstrahl wird durch den Patienten geführt; der Strahl wird gebündelt, um gestreute Photonen zu entfernen; und die Photonorte werden von dem ortsempfindlichen Detektor aufgenommen. Um einen Strahl verschiedener Energie zu erhalten, wird der Monochronomator leicht gedreht, um den Winkel relativ zu dem Strahl zu ändern. Diese Drehung kann durch Befestigen des Kristalls an ein Scharnier und Antreiben einer Rotation mit einem piezoelektrischen Kristall bewirkt werden. Bei der anderen Orientierung beugt der Kristall einen Strahl einer leicht anderen Energie in einem kleinen Winkel zu dem anfänglichen Strahl. Für eine Anwendung, wie z.B. Angiographie, kann der Kristall wiederholt nach vorne und nach hinten in kurzen Intervallen bewegt werden. Die Ortsdaten der Photonen würden für jede der beiden Energien gesammelt werden, die den beiden Stellungen entsprechen. Dieses Ausführungsbeispiel hat den Vorteil, daß Ursachen für Veränderung und Rückgang der Auflösung beseitigt werden, durch: Verwenden eines gut gebündelten quasi-parallelen Strahls hoher Intensität; Verwenden nur eines Kristalls; Verwenden nur eines Detektors; Haben zweier Strahlen mit nur einem sehr kleinen Winkel zueinander; Haben zweier Strahlen mit Energien, die dicht beieinander liegen; und Minimieren des Abstands zwischen dem Gegenstand und dem Detektor.

Diese Techniken können für jede Art von Bildsynthese durch digitale Subtraktion verwendet werden und sind nicht auf Herzkranzangiographie beschränkt. Die Verwendung einer Kumakhov-Linse in der Ausrüstung für herkömmliche Angiographie hat auch entscheidende Vorteile. Durch Sammeln eines großen festen Winkels von Strahlung aus der Quelle und Transformieren dieses divergenten Strahls in einen parallelen Strahl kann der Photonenfluß vergrößert werden. Das ist vorteilhaft, weil mit höherem Fluß ein Bild in einer kürzeren Zeit erhalten werden kann, wobei auf diese Weise Bewegungsartefakte beseitigt

werden. Überdies ermöglicht es die hohe Intensität und Parallelität des Strahls, eine enge Energiebandbreite für das Hindurchführen durch den Gegenstand auszuwählen. Durch Verwenden eines engen Energiebandes leicht oberhalb der Absorptionslinie des Kontrastmittels und nicht einer breiten Bandbreite mit Energien unterhalb der Absorptionslinie kann ein größerer Rauminhalt erhalten werden. Das üblichste Verfahren, eine enge Bandbreite zu erhalten, ist die Verwendung eines Monochromators.

Eine Verbesserung, die die Strahlintensität (und dadurch die Auflösung) erhöht und/oder die Belichtungszeit vermindert, bewirkt, daß die verwendete Energiebandbreite verbreitert wird. Monochromatoren selektieren eine extrem enge Bandbreite. Einige Kristalle, wie z.B. Germanium, selektieren eine breitere Bandbreite als Silizium, aber die Bandbreite ist immer noch sehr eng. Diese sehr enge Bandbreite führt zu einem niedrigem Fluß, weil alle anderen Photonen im ursprünglichen Strahl aussortiert wurden. Wenn die Bandbreite bei der ausgewählten Energie um eine bestimmte Menge vergrößert wird, kann der Fluß bedeutend erhöht werden, ohne den Kontrast merklich zu vermindern, der von der Absorption bei der Absorptionslinie des Kontrastmittels erhalten wird. FIG. 55 zeigt eine Bandbreitenwahl, die bei Verwendung von Kumakhov-Linsen möglich ist. Die so abgeschnittenen Bandbreitenauswahl ist für konventionelle Bildsynthese unter Verwendung eines Kontrastmittels und für Bildsynthese mit digitaler Subtraktion nützlich. Bei Bildsynthese mit digitaler Subtraktion werden zwei abgeschnittene Bandbreiten übertragen, von denen eine unmittelbar oberhalb und eine unmittelbar unterhalb der Absorptionslinie des Kontrastmittels liegt (siehe FIG. 56).

Weil es vorteilhaft ist (bedeutend kleinere Strahlungsdosis; verbesserte Auflösung; Sicherheit verbunden mit der Nicht-Verwendung von Proben; und niedrige Kosten), schafft dieses Verfahren eine effektive Vorrichtung für Reihenuntersuchungen einer Bevölkerung.

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Synchrotronstrahlung (SR) erlaubt es, einem Patienten eine niedrigere Strahlendosis zuzuführen. Wenn eine Synchrotronquelle verwendet wird, beträgt die Strahlungsdosis ungefähr 2 &khgr; 10¹¹ Photonen, was ungefähr eine Größenordnung weniger als bei der oben diskutierten Vorrichtung ist. Dies ist deshalb der Fall, weil zwei Linien aus dem kontinuierlichen Spektrum des Synchrotrons mit der Hilfe von Kristall-Monochromatoren selektiert werden. Die Linien liegen sehr nahe an der Jodabsorptionslinie. Der Kontrast digitaler Angiographie ist ungefähr &idiagr;/(&Dgr;&mgr;)², wobei &Dgr;&mgr; der Unterschied zwischen dem Jodabsorptionskoeffizienten und der Energie der zwei verwendeten Strahlen ist. Die charakteristischen Linien der Elemente sind weiter von der Jodabsorptionslinie entfernt, als die aus der Synchrotronstrahlung selektierten Linien, um eine größere Anzahl an Photonen als eine Vorrichtung mit Synchtrotronstrahlung zu verwenden.

Angiographie, die eine hohe Strahlungsdosis auf dem Gegenstand erfordert, kann durch Verwendung des Bremsstrahlungsspektrums verbessert werden, das auftaucht, wenn ein Ziel durch beschleunigte (d.h. bis zu 10 meV) Elektronen bestrahlt wird.

Berechnungen zeigen, daß bei Elektronen mit einer Energie von 10 meV ungefähr 7 &khgr; 10⁵ Photonen/Elektron auf zwei Linien
- AE₁ = &Dgr;&Egr;₂ = 100 eV vor und hinter 33169 keV, wo die Jodabsorptionslinie erhalten wird, erhalten werden können.

Wenn Verluste in Kumakhov-Linsen 2/3 und Verluste in dem Kristall ebenfalls 2/3 betragen, liegt die Anzahl an Photonen, die den Patienten erreicht, bei ungefähr 7 &khgr; &Igr;&Ogr;"⁶ Photonen/Elektron. Daher wird ein Elektronenstrahlstrom von ungefähr 0,5 A für eine Bestrahlung von ungefähr 10~² s benötigt. Derartige Pulse können auf unterschiedliche Weisen erzeugt werden. Eine ist es, einen Induktionsbeschleuniger zu verwenden, wo das Ziel nach jedem Puls entfernt werden kann. Ein derartiger Elektronenbeschleuniger ist sehr viel billiger als ein Synchrotronring.

Bremsstrahlung von einem relativistischen Elektronenstrahl kann sehr wirksam von einer Kumakhov-Linse eingefangen werden, weil sich die Bremsstrahlung vorzugsweise in einer geraden Vorwärtsrichtung bewegt. Bei dem beschriebenen Beispiel (dem mit Synchrotronstrahlung) werden zwei enge Linien vor und hinter der Jodabsorptionslinie mit der Hilfe von 2 Kristall-Monochromatoren selektiert. Die Strahlung auf den Patienten kann weniger als 1 Röntgen betragen.

Synchrotronstrahlung wird bei digitaler Subtraktionsangiographie verwendet. Die Verwendung einer Kumakhov-Linse kann die Parameter einer synchrotrongestützten Angiographievorrichtung entscheidend verbessern.

SR-Strahlen divergieren in der Horizontalebene und ein beträchtlicher Teil des in horizontaler Richtung divergenten SR-Strahls kann in einen quasi-parallelen Strahl mit der Hilfe einer röntgenoptischen Vorrichtung transformiert werden, um ihn für Angiographie einzusetzen.

Ein Synchrotronstrahl beschränkter Höhe, z.B. 1 mm, kann in eine gewünschte Fläche umgeformt werden, z.B. in (15 &khgr; 15) cm², wobei die vorliegende Linse verwendet wird. Während es Umformens des Strahls kann die Divergenz merklich um bis zu eine Größenordnung verringert werden. In diesem Fall wächst die räumliche Auflösung beträchtlich (d.h. selbst die kleinsten Blutkanäle von dem Herzen können beobachtet werden). Mit einer Divergenz von ungefähr 10~⁵ rad kann die Auflösung auf bis zu einige Mikrometer gebracht werden. Die Verwendung von Kumakhov-Linsen macht es möglich, den harten Teil der Synchrotronstrahlung herauszufiltern, und zu verhindern, daß einige der hochenergetischen Photonen von den Kristall-Monochromatoren bei einer Harmonischen des gewünschten Energiebereichs reflektiert werden.

Der Endoskopdurchmesser ist durch die Größe der Öffnung begrenzt, in die einzudringen ist. Üblicherweise ist der

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Durchmesser des Endoskops (der Röntgenabschnitt) kleiner als (4-5) mm und sollte derart abgeschirmt werden, daß Strahlung nicht von dem gewünschten Gebiet kommt.

Bei Verwendung einer Röntgenquelle mit einer Größe von einigen zehn Mikrometern mal einigen hunderten Mikrometer und einem Einfangwinkel der Kumakhov-Linse von ungefähr 0,1 rad ist die effektive Fläche der Quelle ungefähr 10 Mikrometer². Wenn die Photonenergie einige zehn keV beträgt, ist der Wirkungsgrad der Energietransformation eines Elektronenstrahls in Strahlung ungefähr 10'³.

Unter Berücksichtigung der obigen Faktoren und der Annahme, daß die Übertragungsverluste der Photonen ungefähr 80 % erreichen, ist es möglich, eine Strahlungsintensität in den Grenzen von ungefähr 1 bis 10 Röntgen pro Minute zu erhalten.

Ein Ausführungsbeispiel eines Endoskops wird in FIG. 57 gezeigt. Der Anfang der Kumakhov-Linse stellt eine Halbtonne dar, die eine divergente Strahlung in einen quasi-parallelen Strahl transformiert (2) . Hinter dem Sammelabschnitt der Linse liegt ein Übertragungsabschnitt (3) . Auf diesem Abschnitt sind Strahlungskanäle, wie z.B. Kapillaren, mit vergleichsweise großen Durchmesser (ungefähr einige Hundert Mikrometer) ausgebildet. Die Kanäle in diesem Abschnitt können auch einen kleinen Durchmesser, wie z.B. in den Abschnitten (2) und (4), aufweisen. Der letzte Abschnitt (4) ist gebogen. Weil Körperöffnungen einen begrenzten Durchmesser haben, läßt man es bevorzugt zu, daß der Strahl auf einem kleinen Krümmungsradius gebogen wird. Um Verluste bei der Strahlungsübertragung auf der Innenfläche zwischen (3) und (4) zu verhindern, sollte der Kapillarendurchmesser in (4) klein sein, vorzugsweise kleiner als ungefähr 0,1 &mgr;. Das ist der Fall, weil die Tatsache, daß der Anteil der eingefangenen Strahlung ungefähr R0_c ²/2d beträgt, wobei R der Krümmungsradius in (4) , d_c der Fresnel-Winkel und d der Innendurchmesser der Kapillare ist. (4) ist typischerweise aus Polykapillaren hergestellt.

&bull; &Phi; &phgr;*

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Der letzte Abschnitt (4) kann durch ein bestimmtes System mechanisch gebogen sein oder selbst relativ zu der Systemachse gedreht werden. Die Vorrichtung ist typischerweise derart abgeschirmt, daß gestreute Photonen oder Teilchen nicht in den Körper eindringen können.

Ein Endoskop kann für Tumorbestrahlung eingesetzt werden. Wenn das Endoskop beträchtliche Biegungen aushalten muß, wie z.B. in der Kehle, ist eine intensivere Quelle notwendig, weil scharfe Biegungen beträchtliche Verluste im Fluß mit sich bringen. In solchen Fällen kann ein Beschleuniger (z.B. kanalisierte Strahlung oder Bremsstrahlung) anstatt leistungsfähiger Röntgenröhren oder anderer Punktquellen eingesetzt werden.

Ein Strahlungsendoskop kann aus bestehenden Lichtleiterendoskopen inklusive des Olimpus GiF K/D3 aufgebaut sein, das einen Durchmesser von ungefähr 12 mm hat. Ein Biopsiekanal kann für die biegsamen Strahlungsleiter verwendet werden. Das Drehen der Röntgenstrahlen in (4) (siehe FIG. 57) wird wegen der Tumore notwendig, die im allgemeinen an den Wänden des Kanals angeordnet sind.

In Fällen, wo das gesamte Endoskop starr ist, kann die Strahlungsdosis per Hand eingestellt werden. Für eine gegebene Quelle wird die- Dosis nur von der Bestrahlungszeit abhängen. Das ist wichtig, weil ein spezielles Dosimeter an dem Ausgang des Endoskops nicht erforderlich ist. Der letzte Abschnitt (4) kann entfernbar sein, so daß alternative Endstücke in Abhängigkeit von dem notwendigen Winkel eingesetzt werden können.

Ein System von der in FIG. 52 gezeigten Art kann für die Defektoskopie von schwer zugänglichen Stellen verwendet werden (bei verschiedenen Hohlräumen von Flugzeugen oder anderen Objekten, Leitungen kleinen Durchmessers, usw.).

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Ein Detektor an dem letzten Ende des Endoskops gestattet es, die Strahlungsdosis zu beobachten und zu steuern. Dieser kleine Detektor an dem Ende einer Kapillare oder dem Ende von Kapillaren kann beliebiger Art sein, inklusive einem Halbleiterdetektor, der ein elektrisches Abspeichersignal überträgt, einem Draht oder einem Detektor, der sichtbares Licht abgibt, wenn er bestrahlt wird. Das sichtbare Licht kann über einen optischen Wellenleiter oder Wellenleiter beobachtet werden, der bzw. die Teil des Endoskops sind.

Eine dünne für die Strahlung relativ transparente Abschirmung kann an dem Ende des Endoskops angeordnet sein, um etwas davon abzuhalten, in die Strahlungskanäle einzudringen.

Tomographie verwendet typischerweise eine Röntgenröhrenquelle mit einem Spektrum inklusive sowohl charakteristischer Linien als auch breitbandiger Bremsstrahlung. Ein Problem, das entsteht, ist das der "Strahlverhärtung". "Strahlverhärtung" ist die Wirkung von dem niederenergetischen Ende des Spektrums, das mehr als das hochenergetische Ende abgeschwächt wird, was die mittlere Energie des Spektrums in Richtung höherer Energie verschiebt. Diese Wirkung ist für Computertomographie (CT) schädlich, weil die Fehler der Strahlverhärtung bei Röntgenstrahlprojektionen verschiedener Winkel während der tomographischen Rekonstruktion kombiniert werden. Eine Lösung für dieses Problem ist es, nur charakteristische Linien von Röntgenstrahlquellen zu verwenden, die Kristall-Monochromatoren verwenden, um den Strahl zu filtern. Von einer divergenten Punktquelle gelangt jedoch ein unbedeutender Teil der Strahlen in den Sammelwinkel.

Weil eine Kumakhov-Linse divergente Strahlung in einen parallelen Strahl transformieren kann, kann eine Kumakhov-Linse verwendet werden, um divergente Strahlung in einen parallelen Strahl zu transformieren und dann unter Verwendung von Kristall-Monochromatoren monochromatische Strahlen der notwendigen Größe erzeugen. Zum Beispiel können wir unter

Verwendung einer sich drehenden Anode, die mit 50LW betrieben wird, (eine La-Anode mit den Linien E_kdl = 33,44 keV, E_kd2 = 33,03 keV) ungefähr 3 &khgr; 10¹⁵ Photonen/ Sekunde auf den beiden Linien erhalten, wenn die Rotationsgeschwindigkeit ungefähr 100 m/s und der effektive Punkt ungefähr 1 &khgr; 1 mm in der Größe beträgt.

Bei Verwendung einer Kumakhov-Linse kann ein paralleler Strom von ungefähr 3 &khgr; 10¹² Photonen/s &khgr; mrad charakteristischer Photonen erhalten werden. Dieser Strom ist sehr ähnlich zu dem einen am SSRL 54 Loch bei Stanford. Nur ungefähr 3 &khgr; &Igr;&Ogr;⁸ Photonen/s würde man von der sich drehenden Anode in dem gleichen Winkelbereich ohne die Kumakhov-Linse erhalten. Die Kumakhov-Linse vergrößert bei diesem Ausführungsbeispiel den Fluß eines parallelen Strahls um ungefähr 4 Größenordnungen.

Andere Quellen, um einen parallelen Strahl zu erzeugen, können auch verwendet werden (Induktionsdioden, Plasmas, Laserquellen und andere).

Wenn die Strahlung in den Körper eines Gegenstands eindringt, erscheint gestreute Comptonstrahlung, die es schwierig macht, Bilder bei CT zu erhalten. Wenn eine monochromatischer paralleler Strahl verwendet wird, kann man Streuung durch Bewegen des Detektors in einen ausreichenden Abstand weg von dem Gegenstand vermeiden. Ein paralleler monochromatischer Strahl begrenzt auch die Wirkung der "Strahlverhärtung".

Verschiedene Strahlen unterschiedlicher Energie werden üblicherweise für Zwei-Photoneh-Absorption (DPA) CT benötigt, z.B. in dem Bereich von 3 0 und 80 keV; eine Energie, die in der Hauptsache die Konzentration der niedrigen· Z-Elemente darstellt, während die andere die der mittleren Z-Elemente (P, S, Se, K, Ca, Fe) darstellt. Die zweite Gruppe von Elementen enthält die neurologisch wichtigen Elemente K und Ca, wobei abnormale Konzentrationen von ihnen im Gehirngewebe Erkrankungen, wie z.B. Ischemic und beginnende Infakte offenbaren

können (siehe z.B. Mies G. u.a., Ann Neurol, 16: 232-7, 1984; und Siesjo B.K., Eur Neurol. 25: 45-56, 1986).

Die obige Vorrichtung, die eine Kumakhov-Linse verwendet, macht es möglich, quasi-monochromatische Strahlen in einem weiten Energiebereich zu erhalten, wodurch die Probleme von DPACT gelöst werden.

Die Tomographie zum Nachweisen der Größe und Form von Tumoren kann durch Einführen radioaktiver Elemente in den Körper, Abwarten, bis die radioaktiven Elemente sich in dem Tumor gesammelt haben und anschließende Detektieren der emittierten Strahlung mit der Hilfe eines Gammazählers aus einer Anzahl von Kollimatoren erreicht werden. Leider gehören zu den Nachteilen dieses Verfahrens: unzureichende räumliche Auflösung; hoher Untergrund (Rauschen); und deshalb Schwierigkeiten beim Erhalten eines realen 3-dimensionalen Bildes des Tumors.

Die vorliegende Vorrichtung vermindert diese Probleme stark. Ein Beispiel der Anwendung einer Kumakov-Linse bei der Tomographie ist in FIG. 58 gezeigt. Der zu untersuchende Tumor liegt innerhalb des Patienten an der Stelle (X₀, Y₀, Z₀) . Der Strahlungseinfangwinkel &phgr;₀ kann zwischen 0,1 - 0,3 rad liegen. Inklusive Energieverlusten in der Linse können 0,1 - 1 % der Strahlung von der Quelle in den Detektor gelangen. Zum Beispiel können einige zehn bis Hunderte Photonen pro Sekunde in den Detektor gelangen, wenn die Aktivität ungefähr 1 Mikrocurie (ungefähr 10⁴ Photonen/s) beträgt.

Ein Detektor ist in dem Brennpunkt der Kumakhov-Linse angeordnet, um das Signal zu Rauschverhältnis deutlich zu erhöhen. Die Raumauflösung des Systems, das eine Kumakhov-Linse verwendet, kann um bis zu einige zehn Mikrometer klein sein, was die Auflösung der bisherigen Gammazähler erheblich übertrifft.

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Wenn die Anordnung des Tumors unbekannt ist, wird die Tomographie eines Körpers in zwei Schritten durchgeführt. Schritt 1: die Suche des Tumors mit der Hilfe einer röntgenoptischen Vorrichtung mit einem großen Brennpunkt und einem großen Öffnungswinkel. Schritt 2: die Verwendung eines Kumakhov-Linse mit einem ver-kleinerten Brennpunkt (d.h. einer höheren Auflösung), um ein detailliertes 3-dimensionales Bild des Tumors zu erhalten. Wenn der Brennpunkt der Linse einstellbar ist, ist es möglich, eine Vorrichtung zu bauen, die dieselbe Kumakhov-Linse durch die Schritte 1 und 2 verwendet.

Manchmal kann ein herkömmlicher Gammazähler in Schritt 1 und eine röntgenoptische Vorrichtung in Schritt 2 verwendet werden. Ein vollständiges Bild kann durch Abtasten mit der röntgenoptischen Vorrichtung erhalten werden. Dieses Verfahren ist sehr schnell, weil der Strahlungseinfangwinkel sehr groß ist. Überdies ist es nicht notwendig, eine große Zahl von Photonen zu registrieren, weil das Signal/Untergrundverhältnis hoch ist.

Wenn ein Physiker die ungefähre Stelle eines Tumors kennt, kann er schnell ein Bild davon mit einer hohen Auflösung erhalten. Die Detektion und Untersuchung des Tumors kann unter Verwendung einer stark verminderten Strahlungsdosis erreicht werden. Zum Beispiel kann eine Quelle mit einer Aktivität von ungefähr 0,1 Mikrocurie (ungefähr 3 &khgr; 10³ Photonen/s) in einigen Minuten im Detail untersucht werden.

Eine Kumakhov-Linse kann auch von einem Gebiet und nicht von einem Punkt sammeln. Die Sammellinse kann die Aufnahmekanäle in Richtung eines konvergenten Punkts ausgerichtet haben, der hinter der interessierenden Ebene liegt, oder sie kann Kanäle aufweisen, die an dem Aufnahmeende parallel sind. Das emittierende Ende der Linse ist dann auf einen ortsempfindlichen Detektor gerichtet, der die Bildsyntheseinformation zur Verfügung stellt.

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Es ist schwierig, bei Strahlungstherapie die Strahlungsrichtung und das Strahlungsspektrum zu steuern (was zu Schäden gesunden Gewebes führt). Bei gegenwärtiger Bestrahlung inoperabler Gehirntumore wird es mit der Hilfe von ausgerichteten Bündeln unter Verwendung von Co-Isotopen als Quelle durchgeführt. Leider sind Nachteile des Verfahrens hohe Kosten, Systemgröße und -gewicht, ökologische Gefahr, feste Strahlungsenergie und ein großer Brennpunkt. Glücklicherweise ist es durch Verwendung einer Standardröntgenquelle und einer Kumakhov-Linse möglich, die Strahlung auf einen Punkt zu fokussieren, wobei auf diese Weise eine geeignete Dosis zur Verfügung gestellt wird. Der Brennpunkt der röntgenoptischen Vorrichtung kann von einigen Mikrometern bis zu einigen Zentimetern in Abhängigkeit von der Tumorgröße geändert werden. Die Strahlungsenergie kann auch durch Ändern der Anode in der Röntgenstrahlröhre geändert werden.

Durch Verwenden eines stark gebündelten Strahls nimmt das zu bestrahlende Material eine viel höhere Dosis als das umgebende gesunde Gewebe auf, und viele parallele oder konvergierende Strahlen können verwendet werden.

Fokussierte Strahlen und abgeschnittene Bandbreiten verbessern die Strahlungstherapie. Zum Beispiel ist OJ-Elektronanregung sehr attraktiv, wenn ein konvergenter Strahl an dem interessierenden Volumen eingesetzt werden kann. Die notwendige Strahlungsdosis kann dramatisch durch Abschneiden der Bandbreite auf Energien gerade oberhalb der Absorptionslinie von Elementen vermindert werden, die eine niedrige Fluoreszenzquantenbeute aufweisen. Dieses Strahlabschneiden kann durch Erzeugen eines quasi-parallelen Strahls mit einer Kumakhov-Linse und einem Monochromator oder durch Abschneiden der Bandbreiten mit einer Kumakhov-Linse durchgeführt werden, welche breiter als ein monochromatischer Strahl aber derart eng sind, daß alle Photonen bei Energien mit hoher Absorption liegen.

Neutroneinfangtherapie ist auf Borneutroneinfang konzentriert. Probleme mit der vorhandenen Technologie weisen die Unfähigkeit, Gammastrahlen und hochenergetische Neutronen aus den Strahlen zu filtern und die Unfähigkeit, einen Neutronenstrahl zu fokussieren, auf.

Die vorliegende Erfindung weist eine Vorrichtung auf, die eine Kumakhov-Linse verwendet, um die Gammastrahlen und hochenergetische Neutronen herauszufiltern, wobei auf diese Weise die Strahlungsdosis vermindert wird, die der Patient aufnimmt. Ebenso ist die Verwendung einer Kumakhov-Linse möglich, die einen konvergenten Strahl bildet. Konvergente Strahlen vergrößern die Dosis, die die Zielebene aufnimmt, während gleichzeitig die Strahlungsintensität vermindert wird, die von dem gesunden Gewebe neben der Fläche aufgenommen wird. Für große Tumore kann entweder eine Kumakhov-Linse mit einem großen Brennpunkt verwendet werden, oder eine Linse mit einem kleineren Brennpunkt kann den Tumor abtasten.

Das Vorsehen einer Kumakhov-Linse bei einer herkömmlichen ebenen Röntgenvorrichtung zur Bildsynthese hat verschiedene Vorteile; Eine Kumakhov-Linse kann einen großen festen Winkel an Strahlung einfangen, die von einer Punktquelle emittiert wird, wodurch es möglich wird, Quellen niedriger Leistung zu verwenden und/oder die Strahlungsquellen nicht so hart einzustellen, wodurch ihre Lebenszeit verlängert wird. Die Verwendung einer Kumakhov-Linse, um die Bandbreite zu selektieren, mildert die Strahlverhärtung. Weichere Röntgenstrahlen, die die Strahlung auf den Gegenstand vergrößern, aber nicht durch den Gegenstand mit einer ausreichenden Wahrscheinlichkeit treten, um die Qualität des Bildes zu erhöhen, können entfernt werden. Es gibt weitere einfache Filter, die verwendet werden können, um ungewünschte Strahlung niedriger Energie zu entfernen. Das Entfernen höherer Energie als die gewünschte Strahlung ist jedoch mit einer Kumakhov-Linse möglich, aber mit irgendwelchen anderen Vorrichtungen extrem schwierig. Diese Photonen höherer Energie senken die Empfindlichkeit, weil sehr

wenige von ihnen von dem Gegenstand absorbiert werden. Etwas Bündelung kann auch durch die Verwendung der Kumakhov-Linse erreicht werden.

Analyse kann durch Röntgenfluoreszenz durchgeführt werden, um das Niveau der selektierten Elemente zu bestimmen. Derartige Messungen können durchgeführt werden, um das Vorhandensein und die Konzentration unerwünschter schwerer Elemente nachzuweisen, die sich in dem Körper angesammelt haben. Ohne die Verwendung einer Kumakhov-Linse ist dieses Verfahren in vivo praktisch nicht ausführbar, weil gesundes Gewebe eine hohe Strahlungsdosis aufnimmt, wobei Untergrundrauschen sich aus der Streuung ergibt, und ein niedriges Signal zu Rauschverhältnis wegen der niedrigen Sammeleffizienz für die interessierenden Photonen entsteht.

Eine Kumakhov-Linse kann verwendet werden, um Röntgenstrahlen von einer divergenten Quelle zu sammeln und diese Röntgenstrahlen auf das zu untersuchende Gebiet zu fokussieren. Eine andere Linse, deren Bildbrennpunkt kongruent mit dem der ersten Linse ist, sammelt divergierende Photonen und konzentriert sie auf einen energieempfindlichen Detektor. Die' Strahlungsbelastung, sowohl die totale als auch die lokale, ist für den Patienten auf das Mindestmaß zurückgeführt; die Messung ist selektiv für das interessierende Gebiet; der Samme!wirkungsgrad wird vergrößert; und das Signal zu Rauschverhältnis ist verbessert. Weitere Verbesserungen umfassen das Abschneiden der Strahlbandbreite auf Photonen, die gerade oberhalb der Absorptionslinie für das interessierende Element liegen, unter Verwendung einer Kumakhov-Linse zum Abschneiden der Bandbreite oder unter Verwendung eines Monochromators, um einen monochromatischen Strahl zu erhalten. Eine andere mögliche Verbesserung wird durch Verändern der Sammel-Kumakhov-Linse erreicht, so daß sie von einem Gebiet, das anders als der kreisförmige Querschnitt ist, sammelt, um eine gemittelte Messung über ein Gebiet zu erhalten.

Die hier beschriebene Erfindung dient nur einer Darstellung der Prinzipien, Gamma- und Röntgenstrahlung und Teilchen zu steuern und ist mit einer Beschreibung bestimmter Ausführungsbeispiele von ihr verbunden.

Die Erfindung betrifft somit auch:

1. Eine Vorrichtung zum Steuern von Strahlen von Teilchen, Röntgen- und Gammastrahlen, mit einer Vielzahl von Kanälen mit Innenflächen, die mehrfache totale Oberflächenreflektionen zeigen, Eingangsenden, die einer Strahlungsquelle gegenüberliegen, und Ausgangsenden, die auf einen Strahlungsempfänger ausgerichtet sind, wobei die Kanäle durch kanalbildende Elemente gebildet sind, die entlang Erzeugender imaginärer Flächen angeordnet sind, wobei die kanalbildenden Elemente relativ zueinander an mehreren Stellen durch eine feste Haltestruktur fest angeordnet sind, wobei die Mittel, die die Vielzahl von Kanälen halten, entlang der Kanäle mit einem Abstand der Stützstellen angeordnet ist, der kleiner oder gleich dem Abstand ist, bei dem das Durchhängen der kanalbildenden Elemente beginnt, die Strahlfortpflanzung für das Strahlungsspektrum zu stören, für das ein hoher Übertragungswirkungsgrad erwünscht ist.

2. Eine Vorrichtung nach Ziffer 1, bei der die radiale Abmessung D von den Eingangsenden von jedem Kanal kleiner ist als O₁<26_DF+O, wobei

D₁ der effektive Durchmesser der Strahlungsquelle ist, von der Strahlung durch die Linsen eingefangen wird,

0_D der kleinste Grenzwinkel von Totalreflektion in einem bestimmten spektralen Band ist, und

F der Abstand der Strahlungsquelle zu dem Eingangsende von dem Kanal gemessen entlang der Mittelachse ist.

3. Eine Vorrichtung nach Ziffer 1, bei der die Kanäle durch Rohre gebildet sind.

4. Eine Vorrichtung nach Ziffer 1, bei der die feste Haltestruktur Scheiben oder Platten aufweist, die in einem Winkel zu der Längsrichtung von den Rohren angeordnet sind, wobei die Scheiben oder Platten Öffnungen aufweisen, um die Rohre aufzunehmen und zu sperren.

5. Eine Vorrichtung nach Ziffer 4, bei der die Scheiben oder Platten senkrecht zu der Mittelachse von der Strahlfortpflanzung angeordnet sind.

6. Eine Vorrichtung nach Ziffer 4, bei der die Öffnungen in den Scheiben oder Platten in einem Honigwabenmuster angeordnet sind.

7. Eine Vorrichtung nach Ziffer 3, bei der mindestens eine der Rohre mehrere Kanäle oder ein Bündel von Kapillaren aufweist.

8. Eine Vorrichtung nach Ziffer 3, bei der die feste Haltestruktur Hülsen aufweist, die jedes Rohr einschließen, wobei die Hülsen fest aneinander befestigt sind, zum Beispiel durch einen Klebstoff, Verriegelungsmechanismen oder Klemmvorrichtungen.

9. Eine Vorrichtung nach Ziffer 3, bei der die feste Haltestruktur durch eine Vergußmasse gebildet ist, die die Lücken zwischen den Rohren ausfüllt.

10. Eine Vorrichtung nach Ziffer 3, bei der mindestens eins der Kanalhaltemittel selektiv entlang der Mittelachse relativ zu anderen der Kanalhaltemittel verschiebbar ist.

11. Eine Vorrichtung nach Ziffer 1, bei der die feste Haltestrukturen durch die Wände von den Kanälen gebildet werden, die fest durch ihre Außenflächen verbunden sind.

12. Eine Vorrichtung nach Ziffer 11, bei der die Kanalbreite von jedem Kanal mit dem Verlauf der Kanäle variiert.

13. Eine Vorrichtung nach Ziffer 12, bei der die Kanalbreite von jedem Kanal mit dem Verlauf von jedem Kanal und proportional zu dem Durchmesser von der Vorrichtung in jedem Querschnitt von der Vorrichtung variiert.

14. Eine Vorrichtung nach Ziffer 12, bei der die Kanalbreite an dem Eingangsende kleiner ist, als es notwendig ist, zu erreichen, daß

R ( *cr) ²

2D

ist, wobei R der Krümmungsradius von dem Kanal, 0_cr der Grenzwinkel der Totalreflektion für die in Betracht kommende Energie und D die Breite von dem Kanal ist, um eine Austrittsdivergenz zu erreichen, die geringer als der Grenzwinkel ist.

15. Eine Vorrichtung nach Ziffer 12, bei der die Breite von den Kanälen an dem Ausgangsende größer oder gleich ihrer Breite bei dem Eingangsende ist.

16. Eine Vorrichtung nach Ziffer 1, bei der die Kanäle durch Lücken zwischen reflektierenden Schichten gebildet sind.

17. Eine Vorrichtung nach Ziffer 16, bei der die feste Haltestrukturen fest an den Eingangs- und Ausgangsenden der Kanäle montiert sind.

18. Eine Vorrichtung nach Ziffer 17, bei der die feste Haltestrukturen offenzellige Gitter sind.

19. Eine Vorrichtung nach Ziffer 16, bei der die feste Haltestrukturen aus einem Material niedrigerer Dichte gebildet sind, das zwischen den reflektierenden Flächen angeordnet ist.

20. Eine Vorrichtung nach Ziffer 1, bei der die kanalbildenden Elemente koaxial zu der Mittelachse von der Strahlfortpflanzung angeordnet sind.

21. Eine Vorrichtung nach Ziffer 21, bei der die feste Haltestruktur um die Mittelachse der Strahlfortpflanzung drehbar montiert ist.

22. Eine Vorrichtung nach Ziffer 1, bei der die Eingangsenden der Kanäle ausgerichtet sind, um divergente Strahlung einzufangen.

23. Eine Vorrichtung nach Ziffer 1, bei der die Eingangsenden der Kanäle ausgerichtet sind, um parallele Strahlung einzufangen.

24. Eine Vorrichtung nach Ziffer 1, bei der die Ausgangsenden der Kanäle ausgerichtet sind, um einen konvergenten Strahl zu bilden.

25. Eine Vorrichtung nach Ziffer 1, bei der die Ausgangsenden der Kanäle ausgerichtet sind, um einen quasi-parallelen Strahl zu bilden.

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26. Eine Vorrichtung nach Ziffer 25, bei der ein ebener Kristall in dem quasi-parallelen Strahl angeordnet ist, was zu einer Braggstreuung führt.

27. Eine Vorrichtung nach Ziffer 25, bei der die Länge von jedem Kanal gewählt wird, damit eine erwünschte Abschwächung des Strahlungsflusses geschaffen wird, um die Intensität über den Strahlquerschnitt zu steuern.

28. Eine Vorrichtung nach Ziffer 27, bei der ein quasiparalleler Strahl mit der Veränderung in der Kanallänge, die in den geraden Abschnitten an dem Ausgangsende vorliegen, gebildet wird.

29. Eine Vorrichtung nach Ziffer 1, bei der Absorptionsfilterung die Intensität über den Strahlquerschnitt steuert.

30. Eine Vorrichtung nach Ziffer 29, bei der ein quasiparalleler Strahl gebildet wird.

31. Eine Vorrichtung nach Ziffer 29, bei der der Filter durch ein Lithographieverfahren durch Aussetzen eines Materials einem Strahlungsstrahl hergestellt wird, der durch die Vorrichtung gebildet ist.

32. Eine Vorrichtung nach Ziffer l, bei der Abstand an den Ausgangsenden zwischen den Kanälen über den Querschnitt der Vorrichtung nicht konstant ist, wobei der Abstand gewählt wird, um die Intensität über den Strahlquerschnitt zu steuern.

33. Eine Vorrichtung nach Ziffer 1, bei der die Ausgangsenden von den Kanälen nach außen ausgestellt sind, um die Divergenz des Strahls zu vermindern.

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34. Eine Vorrichtung nach Ziffer 33, bei der ein quasiparalleler Strahl gebildet wird.

35. Eine Vorrichtung nach Ziffer 33, bei der die ausgestellten Ausgangsenden der Kanäle einen spitzen Winkel haben, der kleiner oder gleich &thgr; - DL₁ ist, wobei &thgr; ein bestimmter Divergenzwinkel des quasi-parallelen Strahls und L₁ die Länge von dem konischen Rohrabschnitt ist.

36. Eine Vorrichtung nach Ziffer 1, bei der die Richtung von der Mittelachse von der Strahlfortpflanzung variiert.

37. Eine Vorrichtung nach Ziffer 1, bei der der Strahlquerschnitt sich in der Form ändert.

38. Eine Vorrichtung nach Ziffer 1, bei der der Strahl geteilt oder Strahlen verbunden werden.

39. Eine Vorrichtung nach Ziffer 1, bei der die kanalbildenden Elemente eine zusammengesetzte Krümmung aufweisen.

40. Eine Vorrichtung nach Ziffer 39, bei der die divergente Strahlung eingefangen wird, wenn ein quasi-paralleler Strahl gebildet wird.

41. Eine Vorrichtung nach Ziffer 39, bei der die kanalbildenden Elemente entlang Erzeugender imaginärer ringförmiger Flächen verlaufen, die mit entsprechenden der tonnenförmigen Flächen verbunden sind.

42. Eine Vorrichtung nach Ziffer 1, des weiteren mit einem teilweisen oder kompletten Außengehäuse aus einem für die Strahlung des gesteuerten Strahls undurchlässigen Material, wobei das Gehäuse mit den Enden der Kanäle ausgerichtete Öffnungen aufweist.

- 94 -

43. Eine Vorrichtung nach Ziffer 42, bei der der geradlinige Durchtritt von Strahlung zwischen den Öffnungen blockiert ist.

44. Eine Vorrichtung nach Ziffer 1, bei der die feste Haltestruktur stapelbare Gestellelemente aufweist.

45. Eine Vorrichtung nach Ziffer 1, bei der die kanalbildenden Elemente entlang einer festen gleichförmigen Biegung mit einem konstanten Radius gebogen sind.

46. Eine Vorrichtung nach Ziffer 1, bei der ausgewählte Energiebereiche von dem Strahlungsspektrum einen höheren Übertragungswirkungsgrad als andere Energien haben.

47. Eine Vorrichtung nach Ziffer 46, bei der der Übertragungswirkungsgrad für unterschiedliche Energien auf der Basis unterschiedlicher Energien mit unterschiedlichen Grenzwinkeln der Totalreflektion gesteuert wird.

48. Eine Vorrichtung nach Ziffer 47, bei der der Übertragungswirkungsgrad über mehrere Reflektionen in Winkeln nahe des Grenzwinkels von der höchsten Energie erreicht wird, für die ein hoher Übertragungswirkungsgrad gewünscht ist.

49. Eine Vorrichtung nach Ziffer 47, bei der der Übertragungswirkungsgrad durch Verwendung einer zusammengesetzten Krümmung von den Kanälen erreicht wird, wobei die Photonen oder Teilchen von einer Wand zu einer anderen Wand von den Kanälen wandern.

50. Eine Vorrichtung nach Ziffer 47, bei der die Krümmungen und Abschneideenergien einstellbar sind.

51. Eine Vorrichtung nach Ziffer 47, bei der der Strahlungsstrahl die Kanalwände in einem Winkel derart streift, daß nur Strahlung mit einem Grenzwinkel in die Kanäle

eintritt, der größer oder gleich einem bestimmten Winkel ist.

52. Eine Vorrichtung nach Ziffer 51, bei der zusätzliche Kanaleingänge in dem Bereich von dem Strahl angeordnet sind, der nicht von dem ersten Satz von Kanälen einfangen wird, wobei die zusätzlichen Kanaleingänge mit den Kanalwänden angeordnet sind, die in einem Winkel zu der Strahlung liegen, der kleiner als der Winkel von dem ersten Satz von Kanälen ist, und wobei die zusätzlichen Kanaleingänge Strahlungsbanden mit einem kleineren Grenzwinkel einfangen, als diejenigen, die von dem ersten Satz von Kanälen eingefangen wurden.

53. Eine Vorrichtung nach Ziffer 47, bei der die Kanäle flache Oberflächen oder rechteckige Querschnitte aufweisen.

54. Eine Vorrichtung nach Ziffer 46, bei der ein unterschiedlicher Übertragungswirkungsgrad durch Verändern der Materialien erreicht wird, um selektive Absorption zu erreichen.

55. Eine Vorrichtung nach Ziffer 54, bei der die selektive Absorption durch das Material von den Kanalwänden geschieht.

56. Eine Vorrichtung nach Ziffer 54, bei der die Absorption durch die Materialbeschichtung der Kanalwände gemacht wird.

57. Eine Vorrichtung nach Zitier I₁ bei der die Vorrichtung gekühlt wird.

58. Eine Vorrichtung nach Ziffer 57, bei der das Kühlen durch Verwendung von Eingangsablenkplatten gemacht wird.

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59. Eine Vorrichtung nach Ziffer 58, bei der die Eingangsablenkplatten hohl sind und mit strömendem Fluid gekühlt werden.

60. Eine Vorrichtung nach Ziffer 58, bei der die Eingangsablenkplatten auf der Oberfläche oder dem Umfang gekühlt werden.

61. Eine Vorrichtung nach Ziffer 57, bei der die kanalbildenden Elemente mit einem thermisch leitfähigen Material umgeben sind, das gekühlt wird.

62. Eine Vorrichtung nach Ziffer 57, wobei die Vorrichtung durch ein Fluidkühlmittel gekühlt wird, das um die kanalbildenden Elemente herumströmt.

63. Eine Vorrichtung nach Ziffer 57, wobei die Vorrichtung durch ein Fluid gekühlt wird, das durch die Kanäle strömt.

64. Eine Vorrichtung nach Ziffer 1, bei der die kanalbildenden Elemente aus einem Material mit einer hohen Erweichtemperatur hergestellt sind.

65. Eine Vorrichtung nach Ziffer 64, bei der die Kanäle mit thermisch leitfähigen Materialien mit einem hohen Schmelzpunkt beschichtet sind.

66. Eine Vorrichtung nach Ziffer 1, bei der ein Strahl von geladenen Teilchen gesteuert werden soll, wobei die kanalbildenden Elemente aus einem elektrisch leitfähigem Material hergestellt oder damit beschichtet sind.

67. Eine Vorrichtung nach Ziffer 1, bei der ein quasi-paralleler Strahl gebildet wird und in eine verjüngte Kapillare gerichtet wird, die in der Breite mit zunehmender Länge abnimmt.

68. Eine Vorrichtung nach Ziffer 67, bei der d₁/d₂ ungefähr gleich ö_cr/ö ist, wobei d_x die Breite von der verjüngten Kapillare an ihrem breitesten Punkt und d₂ die Breite von der verjüngten Kapillare an ihrem engsten Punkt ist, &thgr; die Strahldivergenz von dem quasi-parallelen Strahl ist, der in die verjüngte Kapillare eintritt, und 0_cr der Grenzwinkel für Totalreflektion ist.

69. Ein Bündel mit einer Vielzahl von Kapillaren, wobei jede Kapillare einen durchgehenden Kanal aufweist, durch den Teilchen, Röntgen- und Gammastrahlen über mehrfache Reflektionen hindurchtreten können, wobei die Kapillare miteinander verbunden und im großen und ganzen in der gleichen Richtung ausgerichtet sind.

70. Ein Röntgenlithographiesystem mit einer Kumakhov-Linse.

71. Ein System nach Ziffer 70, bei dem die Kumakhov-Linse zwischen einer Röntgenquelle und einer Maske angeordnet ist.

72. Ein System nach Ziffer 70, bei dem die Kumakhov-Linse eine Vielzahl von gebogenen Rohren aufweist.

73. Ein System nach Ziffer 72, bei dem mindestens ein gebogenes Rohr ein Bündel von Kapillaren ist.

74. Ein System nach Ziffer 73, bei dem der Abstand von Linse zur Maske ausreichend ist, um jeden Unterschied in der Strahlintensität infolge des diskreten Musters von den Rohren und den Kapillaren auszugleichen.

75. Ein System nach Ziffer 70, bei dem die Kumakhov-Linse Energiebandenselektion durchführt.

76. Ein System nach Ziffer 70, bei dem die Kumakhov-Linse zwischen einer Maske und einem Resist angeordnet ist.

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77. Ein System nach Ziffer 76, des weiteren mit einer Punktquelle, einer Kumakhov-Linse, die einen divergenten Strahl einfangen kann, der von der Punktquelle emittiert wird, einer Vorrichtung zum Halten der Maske, und einer Kumakhov-Linse, die den Strahlquerschnitt vermindern kann.

78. Die Verwendung einer Kumakhov-Linse in der Röntgenlithographie .

79. Ein Verfahren zur Rontenlithographie, das aufweist: Bereitstellen einer Strahlungsquelle; Fokussieren der Strahlung von der Quelle durch eine Kumakhov-Linse; und Leiten der fokussierten Strahlung durch eine Maske.

80. Ein Verfahren nach Ziffer 79, des weiteren mit dem Leiten der Strahlung, die die Maske verläßt, durch einen Filter und durch eine zweite Kumakhov-Linse, um den Strahl zu verengen, und dann In-Kontakt-Bringen der Strahlung mit einem Resist.

81. Ein Verfahren zur Röntgenlithographie das aufweist: Bereitstellen einer Strahlungsquelle; Fokussieren der Strahlung von der Quelle durch eine Kumakhov-Linse, um einen quasi-parallelen Strahl zu bilden,- Fokussieren des quasi-parallelen Strahls durch eine zweite Kumakhov-Linse, um einen Strahl mit einer Energie in einem vorher ausgewählten Band zu bilden; und Leiten des Strahls durch eine Maske.

82. Ein Verfahren nach Ziffer 81, des weiteren mit dem Fokussieren des Strahls, der eine Energie aufweist, die in einem vorher ausgewählten Band ist, durch eine dritte Kumakhov-Linse, um einen Strahl mit einer vorher ausgewählten Form zu erzeugen, bevor der Strahl durch eine Maske tritt.

83. Ein Analytisches Instrument mit einer Kumakhov-Linse.

84. Ein Instrument nach Ziffer 83, bei dem eine Kumakhov-Linse zwischen einer Strahlungsquelle und einer zu analysierenden Probe angeordnet ist.

85. Ein Instrument nach Ziffer 83, bei dem das Instrument eine Röntgenvorrichtung ist.

86. Ein Instrument nach Ziffer 83, bei dem das Instrument eine Ionenvorrichtung ist.

87. Ein Instrument nach Ziffer 83, bei dem das Instrument eine Neutronenvorrichtung ist.

88. Ein Instrument nach Ziffer 83, bei dem das Instrument eine Elektronenstrahlvorrichtung ist.

89. Ein Instrument nach Ziffer 84, des weiteren mit einem Monochromator.

90. Ein analytisches Instrument nach Ziffer 84, bei dem eine zweite Kumakhov-Linse zwischen einer zweiten Strahlungsquelle und einer Probe angeordnet ist.

91. Ein analytisches Instrument nach Ziffer 83, bei dem eine Kumakhov-Linse zwischen einer zu analysierenden Probe und einer Vorrichtung zum Detektieren von Strahlung angeordnet ist.

92. Ein Instrument nach Ziffer 83, bei dem die Kumakhov-Linse als ein Bandpaßfilter funktioniert.

93. Die Verwendung einer Kumakhov-Linse bei einem analytischen Instrument.

94. Ein Verfahren zur Analyse einer Probe, das umfaßt:
(a) Bereitstellen einer Strahlungsquelle;

- 100 -

(b) Lenken der von der Quelle erzeugten Strahlung durch eine Kumakhov-Linse;

(c) Berühren der zu analysierenden Probe mit der von der Kumakhov-Linse austretenden Strahlung; und

(d) Aufnehmen der von der Probe austretenden Strahlung.

95. Ein Verfahren nach Ziffer 94, bei dem die von der Probe austretende Strahlung durch eine zweite Kumakhov-Linse vor der Detektion geleitet wird.

96. Eine medizinische Vorrichtung, die eine Kumakhov-Linse umfaßt.

97. Eine medizinische Vorrichtung nach Ziffer 96, bei der die Kumakhov-Linse Strahlung von einer divergenten Quelle sammeln kann.

98. Eine medizinische Vorrichtung nach Ziffer 96, des weiteren mit einem Monochromator.

99. Eine medizinische Vorrichtung nach Ziffer 98, des weiteren mit einer zweiten Kumakhov-Linse.

100. Eine medizinische Vorrichtung nach Ziffer 96, die zur Diagnose geeignet ist.

101. Eine medizinische Vorrichtung nach Ziffer 96, die zur Therapie geeignet ist.

102. Eine medizinische Vorrichtung nach Ziffer 96, die Gewebe ionisieren kann.

. Die Verwendung einer Kumakhov-Linse in einer medizinischen Vorrichtung.

104. Ein Verfahren zur Bestrahlung eines Subjekts, das umfaßt:

(a) Erzeugen eines Strahlungstrahls;

(b) Fokussieren des Strahls unter Verwendung einer Kumakhov-Linse; und

(c) Richten des Strahls auf das Subjekt.

105. Ein Verfahren nach Ziffer 104, des weiteren mit Leiten des Strahlungsstrahls von Schritt (c) durch einen Monochromator.

106. Ein Verfahren zum Detektiren der Anwesenheit von einer Substanz in einem Subjekt, das umfaßt:

(a) Erzeugen eines Strahlungsstrahls;

(b) Fokussieren des Strahls unter Verwendung einer Kumakhov-Linse;

(c) Richten des Strahls auf das Subjekt; und

(d) Detektieren der Reste von dem Strahl nach dem Kontaktieren des Subjekts.

107. Ein Verfahren nach Ziffer 106, bei dem die Strahlreste durch eine zweite Kumakhov-Linse fokussiert werden.

108. Eine Vorrichtung nach Ziffer 1, bei der der Abstand der Träger kleiner oder gleich (12EIVqR₁)^ ist, wobei E das Elastizitätsmodul von den Kanälen, I das Trägheitsmoment des Querschnitts der Kanäle relativ zu deren neutralen Achse, Q das Gewicht der Kanäle pro Einheitslänge und R₁ = 2D/Q² der kritische Radius der Biegung der Kanäle ist, der durch eine bestimmte Hochenergiegrenze von einem

Strahlungsspektrum bestimmt ist, für das ein hoher Übertragungswirkungsgrad gewünscht ist.

Claims (60)

1. Vorrichtung (100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1100, 1200, 1300) zum Steuern von Strahlung in der Form von Röntgen- oder Gammastrahlen, oder Strahlen von Neutronen, Ionen, oder anderen geladenen Teilchen,
wobei die Vorrichtung eine Vielzahl von Kanälen (202, 502, 902, 1401-1403) mit Eingangsenden (104, 204, 304, 404, 504, 904, 1004, 1104, 1404), die die Strahlung einfangen, Innenflächen, die mehrfache äußere Totalreflektionen zeigen, und Ausgangsenden (106, 206, 306, 406, 506, 906, 1006, 1106, 1406) aufweist, die die Strahlung emittieren,
wobei die Kanäle durch kanalbildende Elemente (13, 113, 213, 313, 413, 513, 613, 713, 813, 913, 1013, 1113, 1213, 1313, 1413) gebildet sind, die entlang Erzeugender imaginärer Flächen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß

1. die kanalbildenden Elemente (13, 113, 213, 313, 413, 513, 613, 713, 813, 913, 1013, 1113, 1213, 1313, 1413) räumlich durch eine feste Haltestruktur angeordnet sind, und

2. mindestens ein kanalbildendes Element ein Bündel von Kapillaren aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Abmessung jedes Eingangsendes (D) der Gleichung

D₁ < = 2&theta;_DF+D genügt, wobei:
D₁ der effektive Durchmesser der Strahlungsquelle ist, deren Strahlung eingefangen wird,
q_D der kleinste Grenzwinkel äußerer Totalreflektion in einem bestimmten spektralen Band ist, und
F der Abstand der Strahlungsquelle zu dem Eingangsende gemessen entlang einer Mittelachse ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bündel von Kapillaren (13, 113, 213, 313, 413, 513, 613, 713, 813, 913, 1013, 1113, 1213, 1313, 1413) eine Vielzahl miteinander verbundener Kapillaren ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bündel von Kapillaren (13, 113, 213, 313, 413, 513, 613, 713, 813, 913, 1013, 1113, 1213, 1313, 1413) entlang Erzeugender imaginärer Flächen angeordnet sind.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die imaginären Flächen imaginäre koaxiale tonnenförmige Flächen sind.

6. Vorichtung (200, 500, 900, 1400) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanalbreite von jedem Kanal (202, 502, 902, 1401-1403) mit dem Verlauf des Kanals variiert.

7. Vorrichtung (200, 500, 900) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kanal (202, 502, 902) zumindest in einem Abschnitt seines Verlaufs eine im großen und ganzen konische oder sich verjüngende Gestalt aufweist.

8. Vorrichtung (500) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Kanäle (502) bei den Ausgangsenden (506) größer oder gleich der Breite der Kanäle an den Eingangsenden (504) ist.

9. Vorrichtung (200, 500) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanalbreite jedes Kanals (202, 502) mit dem Verlauf jedes Kanals variiert und in jedem Querschnitt der Vorrichtung ungefähr proportional zu dem Durchmesser der Vorrichtung (200, 500) ist.

10. Vorrichtung (200) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanalbreite (D) an den Eingangsenden (204) geringer ist, als es notwendig ist, damit die Ungleichung

erfüllt ist, wobei R der Krümmungsradius des Kanals (202), &theta;_cr der kritische Winkel der äußeren Totalreflektion für die interessierende Energie und D die Breite des Kanals ist.

11. Vorrichtung (100, 200, 300, 400, 500, 700, 1300, 1400) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsenden (104, 204, 304, 404, 504, 1304, 1404) der Vorrichtung ausgerichtet sind, um eine divergente Strahlung einzufangen.

12. Vorrichtung (800, 900, 1000, 1100, 1200) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsenden (904, 1004, 1104) der Vorrichtung ausgerichtet sind, um parallele Strahlung einzufangen.

13. Vorrichtung (100, 200, 400, 1100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsenden (106, 206, 406, 1106) der Vorrichtung ausgerichtet sind, um einen konvergenten Strahl zu bilden.

14. Vorrichtung (300, 500, 700, 800, 900, 1000, 1400) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsenden (306, 506, 906, 1006, 1406) der Vorrichtung ausgerichtet sind, um einen quasi-parallelen Strahl zu bilden.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge jedes Kanals (904) gewählt ist, um eine erwünschte Abschwächung des Strahlungsflusses zu schaffen, damit die Strahlungsintensität über den Strahlquerschnitt reguliert wird, die aus den Ausgangsenden (306, 506, 906, 1006, 1406) emittiert wird.

16. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den Kanälen (902) an den Enden nicht über den Querschnitt der Vorrichtung konstant ist, damit die Strahlungsintensität über den Strahlungsquerschnitt reguliert wird, die aus den Ausgangsenden emittiert wird.

17. Vorrichtung (300, 500) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung überdies einen ebenen Kristall (550) aufweist, der relativ zu den Ausgangsenden (306, 506) angeordnet ist, um beim Betrieb mit einem quasi-parallelen Strahl bestrahlt zu werden, der von den Ausgangsenden (306, 506) emittiert wird.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die kanalbildenden Elemente (13, 113, 213, 313, 413, 513, 613, 713, 813, 913, 1113, 1213, 1313, 1413) derart ausgebildet sind, daß sich die Ausgangsenden (106, 206, 306, 406, 906, 1006, 1106, 1406) nach außen ausstellen, um die Divergenz des Strahls zu vermindern, der von den Ausgangsenden emittiert wird.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsenden (106, 206, 306, 406, 906, 1006, 1106, 1406) ausgerichtet sind, um einen quasi-parallelen Strahl zu bilden.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die kanalbildenden Elemente (13, 113, 213, 313, 413, 513, 613, 713, 813, 913, 1113, 1213, 1313, 1413) derart ausgebildet sind, daß die nach außen ausgestellten Ausgangsenden (106, 206, 306, 406, 906, 1006, 1106, 1406) der Vorrichtung einen spitzen Winkel bestimmen, der kleiner oder gleich dem Ausdruck (&theta;-DL_i) ist, wobei 8 ein bestimmter Divergenzwinkel des quasi-parallelen Strahls, L_i die Länge des nach außen ausgestellten Endabschnitts des Kanals und D die Breite des Kanals ist.

21. Vorrichtung (1400) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die kanalbildenden Elemente (1413, 1413') ausgebildet sind, um Kanäle (1401, 1402, 1403) mit einer sich verändernden Richtung der Mittelachse des Strahlungsverlaufs zu bilden.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Form des Strahlungsquerschnitts ändert.

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahl gespalten oder Strahlen vereinigt werden.

24. Vorrichtung (300, 700, 900, 1300, 1400) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die kanalbildenden Elemente (313, 713, 913, 1313, 1413) eine zusammengesetzte Krümmung aufweisen.

25. Vorrichtung (300, 700, 1400) nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsenden (304, 1404) ausgerichtet sind, um divergente Strahlung einzufangen, und die Ausgangsenden (306, 1406) ausgerichtet sind, um einen quasi-parallelen Strahl zu bilden, der von den Ausgangsenden emittiert wird.

26. Vorrichtung (300) nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die kanalbildenden Elemente (313) entlang Erzeugender imaginärer ringförmiger Flächen verlaufen, die mit entsprechenden tonnenförmigen Flächen verbunden sind.

27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch ein teilweises oder komplettes Außengehäuse aus einem für die Strahlung des gesteuerten Strahls, undurchlässigen Material, wobei das Gehäuse mit den Eingangsenden (104, 204, 304, 404, 504, 904, 1004, 1104, 1404) und den Ausgangsenden (106, 206, 306, 406, 506, 906, 1006, 1106, 1406) der Kanäle (202, 502, 902, 1401-1403) ausgerichtete Öffnungen aufweist.

28. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß der geradlinige Durchtritt von Strahlung zwischen den Öffnungen blockiert ist.

29. Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (100) eine Vielzahl von kanalbildenden Elementen (113) mit einem Bündel von Kapillaren aufweist, und daß die feste Haltestruktur eine Vielzahl von Scheiben oder Platten (4) mit Öffnungen (5) zum Anordnen und Halten der kanalbildenden Elemente aufweist.

30. Vorrichtung (100) nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Scheiben (4) selektiv entlang der Mittelachse der Vorrichtung (100) relativ zu mindestens einer weiteren Scheibe (4) verschiebbar ist.

31. Vorrichtung (400) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jedes kanalbildende Element (413) ein Bündel von Kapillaren aufweist, und daß die feste Haltestruktur durch einen Compound oder eine Vergußmasse gebildet ist, der bzw. die Lücken zwischen den Kapillarbündeln ausfüllt.

32. Vorrichtung (100, 200, 300, 500, 900, 1000, 1400) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jedes kanalbildende Element (113, 213, 313, 513, 913, 1013, 1413) ein Bündel von Kapillaren aufweist, das Seite an Seite über eine Strecke verläuft, wobei benachbarte Kapillaren miteinander an außenliegenden Oberflächenbereichen im wesentlichen entlang ihrer gesamten Länge miteinander verbunden sind.

33. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die feste Haltestruktur drehbar um die Mittelachse des Strahlungsverlaufs angeordnet ist.

34. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen Strahlungsabsorptionsfilter zur Regelung der Intensität der Strahlung über den Strahlungsquerschnitt.

35. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die kanalbildenden Elemente (13, 113, 213, 313, 413, 513, 613, 713, 813, 913, 1013, 1113, 1213, 1313, 1413) von einem thermisch leitfähigen Material umgeben sind, das gekühlt wird.

36. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Abschnitte von Innenflächen der kanalbildenden Elemente (13, 113, 213, 313, 413, 513, 613, 713, 813, 913, 1013, 1113, 1213, 1313, 1413) aus Materialien zusammengesetzt sind, die selektiv Strahlung bestimmter Energiebanden absorbieren.

37. Vorrichtung nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschnitte der Innenflächen der kanalbildenden Elemente (13, 113, 213, 313, 413, 513, 613, 713, 813, 913, 1013, 1113, 1213, 1313, 1413) mit Kupfer beschichtet sind.

38. Vorrichtung nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschnitte der Innenflächen der kanalbildenden Elemente (13, 113, 213, 313, 413, 513, 613, 713, 813, 913, 1013, 1113, 1213, 1313, 1413) mit Beryllium beschichtet sind.

39. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die kanalbildenden Elemente (13, 113, 213, 313, 413, 513, 613, 713, 813, 913, 1013, 1113, 1213, 1313, 1413) ausgebildet sind, um Kanäle mit Querschnittsformen zu bestimmen, die im wesentlichen rechteckig sind.

40. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschnitte der Innenflächen der kanalbildenden Elemente aus elektrisch leitfähigem Material bestehen oder damit beschichtet sind.

41. Vorrichtung (300, 500, 700, 800, 900, 1000, 1400) nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung überdies eine konische Kapillare (560) aufweist, die zur Aufnahme von Strahlung angeordnet ist, die aus den Ausgangsenden (506) tritt, wobei die konische Kapillare (560) eine Längsachse aufweist, die im wesentlichen mit der Strahlungsemissionsachse ausgerichtet ist, die bezüglich der Ausgangsenden (506) festgelegt ist, wobei die konische Kapillare (560) im Durchmesser mit wachsenden Abstand von den Ausgangsenden (506) abnimmt.

42. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die kanalbildenden Elemente (13, 113, 213, 313, 413, 513, 613, 713, 813, 913, 1013, 1113, 1213, 1313, 1413) derart ausgebildet sind, daß die Strahlung unter Winkeln in der Nähe des Grenzwinkels für äußere Totalreflektion der größten Energie reflektiert wird, für die ein hoher Transmissionswirkungsgrad erwünscht ist.

43. Vorrichtung nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, daß die kanalbildenden Elemente (13, 113, 213, 313, 413, 513, 613, 713, 813, 913, 1013, 1113, 1213, 1313, 1413) ausgebildet sind, um zwei Kurvenabschnitte der Kanäle festzulegen, die jeweils in im wesentlichen entgegengesetzten Richtungen verlaufen.

44. Vorrichtung nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung überdies eine Einstelleinrichtung zur Einstellung der Krümmung der Kanäle aufweist.

45. Röntgenlithographiesystem (1502, 1504, 1506, 1508, 1510) mit einer Vorrichtung (300, 500, 900) nach einem der Ansprüche 1 bis 44, die zwischen einer Röntgenquelle (1505) und einer Maske (1503) angeordnet ist.

46. Röntgenlithographiesystem (1502, 1504, 1506) nach Anspruch 45, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (502, 509) ausgerichtet sind, um einen quasi-parallelen Strahl an Strahlung zu bilden.

47. Röntgenlithographiesystem (1502, 1504, 1506) nach Anspruch 46, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der Maske (1503) und den Ausgangsenden (306, 506, 906) ausreicht, um irgendwelche Differenzen in der Strahlungsintensität auszugleichen, die durch die diskreten Muster der Kanäle (502, 902) bewirkt wird.

48. Analytisches Instrument (1602, 1608, 1610, 1612) mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 44, die zwischen der Strahlungsquelle (1605) und einer zu analysierenden Probe (1603) angeordnet ist, und einem Strahlungsdetektor (1607).

49. Analytisches Instrument (1604, 1606, 1608) mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 44, die zwischen einer zu analysierenden Probe (1603) und einem Strahlungsdetektor (1607) angeordnet ist, und einer Strahlungsquelle (1605).

50. Analytisches Instrument (1602, 1604, 1606, 1608, 1610, 1612) nach Anspruch 48 oder 49, dadurch gekennzeichnet, daß das analytische Instrument eine Röntgenvorrichtung, eine Ionenvorrichtung, eine Neutronenvorrichtung oder eine Elektronenstrahlvorrichtung ist.

51. Analytisches Instrument (1602, 1604, 1606, 1608, 1610, 1612) nach Anspruch 50, dadurch gekennzeichnet, daß das analytische Instrument eine Röntgenfluoreszenzvorrichtung, ein Röntgenmikroskop, eine Röntgendiffraktionsvorrichtung, ein Ionenmikroskop, ein Neutronenmikroskop oder eine Neutronendiffraktionsvorrichtung ist.

52. Medizinische Vorrichtung (1702, 1704, 1706, 1708, 1710) mit einer Vorrichtung (300, 500, 1300, 1400) nach einem der Ansprüche 1 bis 44.

53. Medizinisches System (1702, 1704, 1706, 1708, 1710) nach Anspruch 52, dadurch gekennzeichnet, daß das medizinische System ein angiographisches System (1702, 1704, 1706), ein Endoskop (1710), ein Neutroneneinfang-Therapiesystem oder ein Tomographiesystem (1708) ist.

54. Medizinisches System (1702, 1704, 1706, 1708, 1710) nach Anspruch 52 oder 53, dadurch gekennzeichnet, daß das System überdies eine Strahlungsquelle (1705) aufweist, und daß die Vorrichtung (300, 500, 1300, 1400) einen konvergenten Strahl auf ein Subjekt (1703) emittiert.

55. Medizinisches System (1702, 1704, 1706, 1708, 1710) nach Anspruch 54, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (300, 500, 1300, 1400) zwischen der Strahlungsquelle (1705) und dem Subjekt (1703) angeordnet ist.

56. Medizinisches System (1702, 1704, 1706, 1708, 1710) nach Anspruch 54, dadurch gekennzeichnet, daß das medizinische System überdies einen Strahlungsdetektor aufweist, und daß die Vorrichtung (300, 500, 1300, 1400) zwischen dem Subjekt (1703) und dem Strahlungsdetektor angeordnet ist.

57. Energieselektiver Strahlungsfilter mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 44.

58. Strahlungsfilter nach Anspruch 57, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlungsfilter eine zweite Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 44 aufweist, wobei die erste Vorrichtung einen quasi-parallelen Strahl bildet und die zweite Vorrichtung den Strahl in ein bestimmtes Energieband konzentriert.

59. Strahlungsfilter nach Anspruch 57, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung im wesentlichen gerade Linienabschnitte aufweist, die im großen und ganzen senkrecht zu der Ausbreitungsrichtung des Strahls der Strahlung verlaufen.

60. Strahlungsfilter nach Anspruch 59, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsenden der Vorrichtung eine Querschnittsform aufweisen, die im wesentlichen rechteckig ist.