In Schlagzeilen: Nachrichten aus der Abteilung - PTB

Nachrichten des Jahres • Fachabteilungen
Charakterisierung von Optiken für das
größte Röntgenteleskop aller Zeiten
Für die Erforschung schwarzer Löcher und der
Entstehung des Universums planen die Raumfahrtagenturen
Europas, Nordamerikas und Japans
(ESA, NASA und JAXA) derzeit gemeinsam
eine neue Röntgenmission. Im Jahr 2021
soll das International X-Ray Observatory (IXO)
ins All starten. Eine der wesentlichen technischen
Herausforderungen dieses Milliardenprojektes
besteht in der Entwicklung von Spiegeloptiken
mit einer Oberfläche von 1300 m 2 ,
die die Röntgenstrahlung unter sehr streifendem
Strahlungseinfall mit einer Sammelfläche
von etwa 3 m 2 einsammeln und fokussieren.
Für die Charakterisierung der IXO-Optiken
wurde an der Synchrotronstrahlungsanlage
BESSY II in Berlin-Adlershof im Rahmen einer
Forschungskooperation zwischen ESA und
PTB ein Strahlrohr finanziert und aufgebaut.
Um eine stabile und kompakte Bauweise der
IXO-Optiken zu erreichen, sollen polierte Siliziumwafer
verwendet werden, die auf der Unterseite
mit Rippen versehen und zu steifen Blöcken
gestapelt sind. Dadurch entstehen Poren
mit einem Querschnitt von etwa 1 mm², in denen
die Strahlung reflektiert wird. Deren Charakterisierung
über Röntgenreflektometrie erfordert
einen Röntgen-Nadelstrahl wie den der
kürzlich erweiterten X-ray Pencil Beam Facility
(XPBF) im PTB-Labor bei BESSY II mit einem
typischen Durchmesser von nur 50 µm bei einer
Divergenz von unter einer Bogensekunde. Die
Optiken können hier unter Vakuum mit einem
Hexapod äußerst präzise verschoben und gedreht
und bei drei verschiedenen Photonenenergien
(1,0 keV; 2,8 keV; 7,6 keV) untersucht
werden. Sowohl der direkte als auch der von
der Optik reflektierte Strahl werden mit einem
ortsauflösenden CCD-basierten Detektor in einer
Entfernung von jetzt bis zu 20 m von der
Optik registriert, was der geplanten Fokallänge
von IXO entspricht. Hierzu wurde eine vertikale
Bewegung des CCD-Detektors um mehr
als 2 m implementiert. Die Inbetriebnahme
der erweiterten XPBF
fand Anfang November
2010 statt.
Porenoptik für Röntgenstrahlung
aus gestapelten
Siliziumwafern,
untersucht im PTB-Labor
bei BESSY II für die
Röntgenmission IXO
Characterization of optics for the largest
X-ray telescope of all times
Currently, the space agencies of Europe, North
America and Japan (ESA, NASA and JAXA)
are planning a new, joint X-ray mission to investigate
black holes and the formation of the
universe. In 2021, the International X-Ray Observatory
(IXO) is to be launched into space. One
of the most essential technical challenges of
this project – which costs billions – is the development
of X-ray mirror optics with a surface
area of 1300 m 2 which collect and focus the Xrays
under grazing incidence with a collection
area of approx. 3 m 2 . For the characterization
of the IXO optics, a beamline was financed and
installed at the synchrotron radiation facility
BESSY II in Berlin-Adlershof within the scope
of a research cooperation between ESA and
PTB.
To achieve a stable and compact construction
of the IXO optics, polished silicon wafers will
be used which are provided with ribs at their
lower side and are stacked to form rigid blocks.
Thereby, pores with a cross section of approx.
1 mm² are established in which the radiation
is reflected. Their characterization via X-ray
reflectometry requires an X-ray needle beam
like that at the X-ray Pencil Beam Facility (XPBF)
which has recently been extended at the PTB
laboratory at BESSY II, with a typical diameter
of only 50 µm and a divergence of less than
one arc second. Using a hexapod, the optics
under test can be shifted and turned under vacuum
with the utmost precision and investigated
at three different photon energies (1.0 keV;
2.8 keV; 7.6 keV). Both the direct beam and the
beam reflected by the optics are recorded with
a spatially resolving CCD-based detector at a
distance of – now – up to 20 m from the optics.
This corresponds to the planned focal length of
IXO. For this purpose, a vertical movement of
the CCD detector by more than 2 m has been
implemented. The extended XPBF was put into
operation early in November 2010.
X-ray pore optics
made of stacked
silicon wafers, investigated
in the PTB
laboratory at BESSY
II for the X-ray mission
IXO