Schärfere Röntgenaufnahmen eröffnen neue Anwendungen

Die Gruppe unter Franz Pfeiffer, Leiter des Laboratoire de Science des Rayons X Cohérents der EPFL und Projektleiter am PSI, führt Röntgenstrahlung mit einer mittleren Energie von 28 Kiloelektronenvolt (keV) unmittelbar hinter der Quelle durch ein erstes Spaltgitter aus Silizium - das Quellengitter G0 -, bevor sie auf das Objekt auftrifft. Dort streuen die Feinstrukturen des Objekts einen Teil der Strahlung. Hinter dem Objekt führt der Strahlenweg durch zwei weitere Spaltgitter - das Phasengitter G1 und das Analysengitter G2. Sie blenden die direkt durchlaufende Strahlung aus und lassen nur das Streulicht auf den dahinter liegenden Detektor fallen.

Einfacher Aufbau

Durch eine seitliche Bewegung des Gitters G2 entsteht ein Interferenzbild des Streulichts mit einer Auflösung hinab bis in den Mikrometerbereich oder darunter, indem die Phasenmodulation hinter dem Gitter G1 durch den Talbot-Effekt in der Ebene von G2 in eine Intensitätsmodulation umgewandelt wird. Aus dieser lässt sich mit Fourier-Transformationen der innere Aufbau des Objekts berechnen.

Die drei Gitter bestehen aus Siliziumdioxidplatten. In diese sind in regelmässigen Abständen mit Gold aufgefüllte Rillen eingeätzt. Für den Gitterabstand von G0 wählten die Forscher 73 Mikrometer (μm), für G1 3,9 μm und für G2 2,0 μm. Die Distanz von G0 bis G1, zwischen denen das zu analysierende Objekt liegt, beträgt 1,57 m. Zwischen G1 und G2 ist der Abstand nur 43 mm. Der Detektor dahinter verfügt über eine Auflösung von rund 100'000 Pixel. Das mit einem gewöhnlichen PC durch Fourier-Transformation errechnete Bild ist viel schärfer und kontrastreicher als ein normales Durchlicht-Röntgenbild.

Breites Anwendungsspektrum

Die Abbildung der Streuungseigenschaften im Innern des betrachteten Objekts - sei es ein Werkstoff oder ein biologisches Präparat - in Dunkelfeldtechnik ermöglicht es, bereits geringste Strukturänderungen festzustellen. Bisher konnten Dunkelfeldbilder nur mit aufwendigen Geräten wie der Synchrotronlichtquelle am PSI erzeugt werden. Die neue Methode mit Strahlen aus einer herkömmlichen Röntgenröhre eröffnet ganz neue Einsatzmöglichkeiten. Dazu gehört die frühzeitige Diagnose bestimmter Krankheiten wie Brustkrebs, Alzheimer oder Osteoporose im Spital oder der Röntgenpraxis. Aber auch die Entdeckung von Sprengstoffen in Gepäckstücken am Flughafen oder die Analyse winziger Risse in metallischen Teilen in der Werkstatt sind mögliche Anwendungen.

Im Vordergrund stehen gegenwärtig die medizinischen Anwendungen. Dazu werden das PSI und die EPFL im Rahmen des Centre d'imagerie biomédicale mit den Universitätsspitälern von Genf und Lausanne zusammenarbeiten, um solche neuen bildgebenden Verfahren weiterzuentwickeln. «Sie werden die herkömmliche Röntgentechnologie nicht ersetzen, sondern ergänzen», zitiert dazu der EPFL-Pressedienst den Projektleiter Franz Pfeiffer.