پرتو ایکس نرم (Soft X-rays)، در فیزیک (Physics)

انواع امواج (Wave)، در فیزیک (Physics) را در آموزش زیر شرح دادیم :

پرتو ایکس نرم (Soft X-rays) :

پرتو ایکس نرم (Soft X-rays) به بخشی از طیف پرتو ایکس با انرژی کمتر و طول موج بلندتر (حدود 0.1 تا 10 نانومتر) گفته می شود. مرز دقیق بین پرتو ایکس نرم و سخت دقیق نیست، اما معمولا پرتو ایکس با انرژی کمتر از حدود 5-10 کیلو الکترون ولت (keV) را نرم می نامند. پرتو ایکس نرم قدرت نفوذ کمتری نسبت به پرتو ایکس سخت دارد و به شدت توسط مواد جذب می شود. به همین دلیل، برای کار با آنها معمولا نیاز به محیط خلاء است. برهم کنش اصلی پرتو ایکس نرم با ماده، اثر فوتوالکتریک است.

منابع پرتو ایکس نرم: پرتو ایکس نرم می تواند از منابع مختلفی تولید شود: - لامپ های اشعه ایکس با ولتاژ پایین (ده ها ولت تا چند کیلوولت). - پلاسماهای داغ (مانند پلاسمای تولید شده توسط لیزر). - منابع نور سنکروترون (Synchrotron): این منابع قدرتمندترین و قابل تنظیم ترین منابع پرتو ایکس نرم هستند و در تحقیقات پیشرفته استفاده می شوند. - لیزرهای الکترون آزاد (FEL): منابع جدید و بسیار پرتوان.

چالش های اپتیکی: یکی از چالش های اصلی در کار با پرتو ایکس نرم، اپتیک آن است. مواد معمولی ضریب شکست نزدیک به 1 دارند و لنزهای معمولی نمی توانند پرتو ایکس را متمرکز کنند. همچنین آینه های معمولی به دلیل جذب بالا کارایی ندارند. برای متمرکز کردن و منعکس کردن پرتو ایکس نرم از آینه های با زاویه بسیار کوچک (Grazing incidence mirrors) و عدسی های منطقه بندی شده (Fresnel zone plates) استفاده می شود.

کاربردها: 1. طیف سنجی فوتوالکترون اشعه ایکس (XPS): با تاباندن پرتو ایکس نرم به سطح یک ماده و اندازه گیری انرژی الکترون های گسیل شده، می توان ترکیب عنصری و حالت شیمیایی عناصر موجود در سطح (تا عمق چند نانومتر) را تعیین کرد. این روش در علم سطح و تحلیل مواد بسیار مهم است. 2. میکروسکوپ پرتو ایکس نرم: برای تصویربرداری از نمونه های بیولوژیکی (سلول ها، بافت ها) با وضوح بالا (ده ها نانومتر). این روش مزایایی نسبت به میکروسکوپ الکترونی دارد، از جمله امکان تصویربرداری از نمونه های مرطوب و ضخیم تر. 3. لیتوگرافی پرتو ایکس نرم: در ساخت مدارهای مجتمع با ابعاد بسیار کوچک (نانولیتوگرافی). 4. اخترشناسی: مطالعه منابع کیهانی پرتو ایکس نرم (مانند ستارگان جوان، بقایای ابرنواخترها، گاز داغ در خوشه های کهکشانی) با تلسکوپ های فضایی مجهز به آینه های با زاویه بسیار کوچک (مانند تلسکوپ چاندرا و XMM-Newton).

جذب در جو: پرتو ایکس نرم به شدت توسط جو زمین جذب می شود، بنابراین رصدهای نجومی در این ناحیه باید از ارتفاع بالا (با بالون) یا از فضا انجام شود.