Höchstauflösende Abbildung in der Röntgen-Astronomie

Gegenstand der vorliegenden Arbeit war die Entwicklung und Analyse einer neuartigen abbildenden Optik mit dem Ziel, das räumliche Auflösungsvermögen im Röntgenband zwischen 1 keV und 20 keV auf wenigstens 1 mas zu verbessern. Aufgrund ihrer hohen Toleranz gegenüber Fertigungsfehlern besitzen transmissive Linsen das prinzipielle Potential zur beugungsbegrenzten Abbildung. Je nach Ausführung dürfen Abweichungen von mehreren 100 – 1000 nm gegenüber der idealen Formgebung auftreten. Im Gegensatz zur absorptionsbehafteten, massiven Version weist die diffraktive, profiloptimierte Fresnel-Linse auch in höheren Ordnungen eine Beugungseffizienz zwischen 40% und 100% auf. Der Kontamination der Bildebene durch Streustrahlung benachbarter Ordnungen ist ggf. durch eine ausreichende Zentralobstruktion zu begegnen, deren Radius dem doppelten Detektor-Halbmesser entspricht. Strahlenoptische Berechnungen weisen diffraktive Linsen als vergleichsweise tolerant gegenüber Aberrationen sphärischen wie winkelabhängigen Ursprungs aus. Typische Öffnungsverhältnisse f von (10^4 – 10^5) erlauben Verkippungen von bis zu 1°. Die Lichtstärke, definiert als Produkt von effektiver Sammelfläche und Bandpass, skaliert für Fresnel-Linsen ausschließlich linear mit der Brennweite, bleibt allerdings selbst für Fokaldistanzen von wenigen 100 km auf wenige cm^2 keV beschränkt. Mit der segmentierten Apertur lässt sich jedoch die Lichtstärke erhöhen, ohne das Prinzip der beugungsbegrenzten Abbildung und den klassischen Einzelfokus aufzugeben. Bei einer Ortsauflösung von 1 mm erreichen derlei inkohärent operierende Objektive eine Lichtstärke von über 1000 cm^2 keV. Unter Einsatz eines dem diffraktiven Bandpass adäquaten Kristallspektrographen bedarf es dazu tendenziell großer Radien von rund 10 m und typischer Brennweiten im Bereich einiger 100 km. Ferner wurden im Rahmen dieser Arbeit mutmaßlich erstmals Multiband-Objektive zur wissenschaftlich vorteilhaften Simultanfokussierung von bis zu drei Energiebändern implementiert. Bestehend aus Partial-Linsen unterschiedlicher Gitterfrequenz, erweisen sie sich der Monoband-Ausführung als bzgl. Auflösung, Brennweite und Lichtstärke prinzipiell ebenbürtig. Die Dispersionskorrektur mittels eines additiven refraktiven Linsenprofils erweitert den spektralen Bandpass auf dem Detektor direkt zugängliche 100 eV oder mehr. Mit der Absorption geht eine reduzierte Sammelfläche für kompakte Hybridlinsen einher. Trotzdem resultiert unter Beibehalt der Winkelauflösung für Materialien wie Li oder Be jenseits weniger keV eine gegenüber dem diffraktiven Analogon verbesserte Lichtstärke. Optimiert bzgl. Material und Energie, steigern derartige Achromaten die Nachweisempfindlichkeit um das bis zu 40-fache – entsprechend einer Lichtstärke von rund 100 cm^2 keV bei Brennweiten von 100 km oder mehr. Wiederum segmentiert, wirkt sich die Absorption vergleichsweise geringfügig auf die Winkelauflösung aus, die Sensitivität des dispersionskorrigierten Objektivs steigt gegenüber der diffraktiven Version unter sonst gleichen Bedingungen jetzt um bis zu zwei Größenordnungen. Bei gegebener Ortsauflösung von 0.75 mm ergeben sich für Li oberhalb von 6 keV und Be jenseits von 8 keV optimierte Lichtstärken zwischen 10^3 und 10^4 cm^2 keV, vergleichbar jenen der gegenwärtig aktiven Observatorien Chandra und XMM-Newton. Die Winkelschärfe skaliert invers mit der Fokaldistanz, für höchstens 1 mas ergeben sich Brennweiten von rund 100 – 1000 km. Plankonvexe Profile werden den zumeist kleinen Krümmungsradien der refraktiven Komponente hinsichtlich ihrer Aberrationen dritten Grades im allgemeinen nicht gerecht. Hingegen reduziert das aplanatische, nahezu bikonvexe Profil sowohl sphärische als auch winkelabhängige Bildfehler auf ihre diffraktiven Beiträge und legt daher im segmentierten Hybrid-Achromaten die Konstruktion symmetrischer, prismen-ähnlicher Bausteine nahe. Die mit der kohärenten Profilreduktion einhergehende Interferenz erfordert den Einsatz abbildender Spektrographen mit einer Auflösung nahe 1 eV. Vor allem optisch schwache Materialien wie z.B. Polycarbonat (C16H14O3) profitieren von der erhöhten Transparenz bei konstanter Orts- und Winkelauflösung; im Energieintervall zwischen 9 keV und 12 keV optimierte Beispielkonfigurationen liefern eine Lichtstärke von wenigstens rund 1000 cm^2 keV. Modelle aus Li und Be erreichen oberhalb von 4 keV bzw. 7 keV eine ähnliche Leistungsfähigkeit. Multiband-Hybridsysteme gestatten anders als diffraktiv simultan fokussierende Objektive die Detektion mittels konventioneller CCD. Die aus Li und Be bestehenden Konfigurationen bilden jeweils zwei Energiebänder gleichzeitig ab und erweisen sich bei einer Ortsauflösung im Sub-mm-Bereich sowie Brennweiten von wenigen 100 km als eine hinsichtlich ihrer Gesamt-Lichtstärke konkurrenzfähige Alternative zum Monoband-Teleskop: Man erhält im Idealfall 4000 cm^2 keV bis 7000 cm2 keV. Dialytische Modell-Teleskope, deren refraktive Komponente von der diffraktiven räumlich separiert ist, bieten zum einen die Option einer über mehrere keV durchstimmbaren, dispersionskorrigierten Optik. Unter Variation des Linsenabstandes ergibt sich ein nutzbares Energieintervall zwischen 6 keV und 14 keV. Die Lichtstärke nimmt dabei von 1000 cm^2 keV in zweiter bis auf 4000 cm^2 keV in dritter Dispersionsordnung zu. Kompakte Dialyten mit Durchmessern von 1 m besitzen das Potential zu einer Winkelauflösung von wenigen 10 Mikrobogensekunden sowie einer Lichtstärke von mehreren 1000 cm^2 keV. Der spektrale Bandpass solcher Modelle beträgt rund 1 keV oder mehr. Abschätzungen zum Signal-Rausch-Verhältnis zeigen, dass bei ausreichender Abschirmung des Detektors und moderatem Quellfluss mit einer signal- oder photonenlimitierten Beobachtungssituation zu rechnen ist. Dies gilt angesichts des diskreten Röntgen-Hintergrundes weitgehend auch dann, wenn mehrere Teleskope parallel geschaltet werden. Ergänzende Betrachtungen zu potentiellen astronomischen Beobachtungsobjekten zeigen, dass Koronae benachbarter Sterne, Jets von Röntgen-Doppelsternen und aktiven Galaxienkernen, Supernova-Überreste bzgl. ihrer Ausdehnung einer Auflösung von 1 mas genügen. Von großem Interesse dürften im Hinblick auf künftige Gravitationswellen-Experimente ferner Betrachtungen verschmelzender, supermassiver Schwarzer Löcher sein

Polycapillary-boosted instrument performance in the extreme ultraviolet regime for inverse photoemission spectroscopy

A collimating polycapillary half lens, traditionally used in the medium and hard X-ray band, is operated at a photon energy of 36 eV for the first time. While the transmission still exceeds 50%, the measured and simulated spatial resolution and angular divergence approach 0.4 mm or less and at most 20 mrad, respectively. This unexpected, superior performance of the polycapillary optic in the extreme Ultraviolet could enable the design of an e cient, versatile and compact spectrometer for inverse photoemission spectroscopy (IPES): Its wavelength-dispersive component, a customized reflection zone plate, can maintain an energy resolution of 0.3 eV, whereas the sensitivity may be enhanced by more than one order of magnitude, compared to conventional spectrometers. Furthermore, the overall length of 0.9 m would allow for an eased alignment and evacuation. We see a significant potential for numerous polycapillary-based XUV / soft X-ray instruments in the future, in particular after further optimization for this long wavelength regime

Highly efficient soft x-ray spectrometer for transient absorption spectroscopy with broadband table-top high harmonic sources

We present a novel soft x-ray spectrometer for ultrafast absorption spectroscopy utilizing table-top femtosecond high-order harmonic sources. Where most commercially available spectrometers rely on spherical variable line space gratings with a typical efficiency on the order of 3% in the first diffractive order, this spectrometer, based on a Hettrick–Underwood design, includes a reflective zone plate as a dispersive element. An improved efficiency of 12% at the N K-edge is achieved, accompanied by a resolving power of 890. The high performance of the soft x-ray spectrometer is further demonstrated by comparing nitrogen K-edge absorption spectra from calcium nitrate in aqueous solution obtained with our high-order harmonic source to previous measurements performed at the electron storage ring facility BESSY II

Franck-Condon blockade in suspended carbon nanotube quantum dots

Understanding the influence of vibrational motion of the atoms on electronic transitions in molecules constitutes a cornerstone of quantum physics, as epitomized by the Franck-Condon principle of spectroscopy. Recent advances in building molecular-electronics devices and nanoelectromechanical systems open a new arena for studying the interaction between mechanical and electronic degrees of freedom in transport at the single-molecule level. The tunneling of electrons through molecules or suspended quantum dots has been shown to excite vibrational modes, or vibrons. Beyond this effect, theory predicts that strong electron-vibron coupling dramatically suppresses the current flow at low biases, a collective behaviour known as Franck-Condon blockade. Here we show measurements on quantum dots formed in suspended single-wall carbon nanotubes revealing a remarkably large electron-vibron coupling and, due to the high quality and unprecedented tunability of our samples, admit a quantitative analysis of vibron-mediated electronic transport in the regime of strong electron-vibron coupling. This allows us to unambiguously demonstrate the Franck-Condon blockade in a suspended nanostructure. The large observed electron-vibron coupling could ultimately be a key ingredient for the detection of quantized mechanical motion. It also emphasizes the unique potential for nanoelectromechanical device applications based on suspended graphene sheets and carbon nanotubes.Comment: 7 pages, 3 figure

Conserved genes and pathways in primary human fibroblast strains undergoing replicative and radiation induced senescence

Additional file 3: Figure S3. Regulation of genes of Arrhythmogenic right ventricular cardiomyopathy pathway during senescence induction in HFF strains Genes of the “Arrhythmogenic right ventricular cardiomyopathy” pathway which are significantly up- (green) and down- (red) regulated (log2 fold change >1) during irradiation induced senescence (120 h after 20 Gy irradiation) in HFF strains. Orange color signifies genes which are commonly up-regulated during both, irradiation induced and replicative senescence

Detection of the expression of selenoprotein P in the human gastrointestinal tract

Zusammenfassung: Ziel der vorliegenden Arbeit war die Etablierung des Western Blots für den semiquantitativen Nachweis von humanem SeP in Rektumbiopsien. Kernstück der Arbeit war die Anpassung der einzelnen Verfahrensschritte des Western Blots an die besonderen Gegebenheiten bei der Verarbeitung von Schleimhautbiopsien. Bei der Probenaufbereitung, Auftrennung und Detektion des SeP musste besonders der geringe SeP-Gehalt der Biopsien beachtet werden. Bei Patienten mit Selensubstitution waren zumeist schwächere Signale der SeP-Banden und der meisten anderen Banden im Vergleich zu Patienten ohne Selensubstitution erkennbar. Die Selensubstitution spiegelte sich also nicht im SeP-Gehalt der Biopsien wider. Beim Vergleich der Biopsien gesunder Rektumschleimhaut mit den dazugehörigen Adenombiopsien derselben Patienten ergab sich ein deutlich höherer SeP-Gehalt in den Biopsien der gesunden Rektumschleimhaut. Auch das Bandenmuster bei den Adenomen zeigte Unterschiede zur normalen Rektumschleimhaut. So waren bei den Adenomen vermehrt größere Proteine, bei der normalen Rektumschleimhaut vermehrt kleinere Proteine als SeP detektierbar. Auffallend war eine 87 kD-Bande, die gehäuft bei Adenomen auftrat, deren Herkunft bisher nicht bekannt ist. Die niedermolekularen Banden könnten deglykosyliertes oder an einem der UGA-Codons trunkiertes SeP darstellen. Eine genaue Analyse und Identifizierung dieser Banden und ihre Bedeutung steht aber noch aus. In der Zusammenschau der aktuellen Studienlage scheint die Gewährleistung einer ausreichenden täglichen Selenzufuhr, gegebenenfalls auch durch orale Substitution als Nahrungsergänzung, im Hinblick auf die Prävention maligner Tumore sinnvoll und bei schwerkranken Personen prognoseverbessernd zu sein. Die genauen Ansatzpunkte der Selenwirkung sind aber nach wie vor noch nicht vollständig geklärt.Abstract: The goal of this dissertation is to establish the Western blot as a technique for semiquantitative detection of human SeP in rectum biopsies. The customization of the procedural steps involved in Western blot analyses to the special conditions prevalent in the processing of mucosa biopsies is the core of this work. During sample preparation as well as for the process of SeP separation and detection, special attention needs to be paid to the small level of SeP in the biopsies. In comparison to patients without selenium substitution, patients with selenium substitution feature mostly weaker signals of SeP bands as well as of most other bands. Selenium substitution is therefore not reflected in the SeP level in biopsies. Comparing biopsies of healthy rectum mucosa to the corresponding adenomas biopsies of the same patients, we find a significantly higher SeP level in the biopsies of healthy rectum mucosa. Differences between the adenomas and the normal rectum mucosa are also discernible in the bands pattern: an augmented level of proteins that are larger or smaller than SeP can be detected in the adenomas or the normal rectum mucosa, respectively. In particular, we would like to point out an 87 kD band that frequently appeared for the adenomas but whose origin is unknown. The lower-molecular bands could represent deglycosylated SeP or SeP that is truncated at one of the UGA codons. A thorough analysis and identification of these bands as well as of their meaning is yet to be performed. In view of the current state of research, ensuring the sufficient daily supply of selenium, if necessary in the form of an oral nutritive supplement, seems sensible for the prevention of malignant tumors. It also appears to ameliorate the prognosis for critically ill patients. The exact details of how selenium affects certain bodily functions, however, are still not fully understood and need to be further investigated

Broadband Time-Delay and Chirp Compensator for X-ray Pulses

A new type of aberration-corrected time-delay compensating monochromator (TDCM) for soft X-rays is presented. Composed of two identical reflection zone plates (RZPs) on spherical substrates and an intermediate flat mirror for band-pass selection, the TDCM can operate in a wide energy range of about ±20% around the design energy of 410eV. Assuming a source size of 50μm and an angular acceptance of 1 mrad, the spectral resolving power may reach 6×102, at a pulse length as short as 4.3femtoseconds(fs). In the case of μm-sized sources, the resolution can be better than 0.1eV and the sub-fs regime could become accessible. The overall transmission efficiency varies within (4.2–6.0)% across the energy range (310–510) eV. In the complementary mode, chirped-pulse compression works as well. Depending on the properties of the source, simulations predict an up to 9-fold reduction in pulse duration, whereas ≤50% of the peak intensity is maintained

psf-evolution.mp4

The video shows the simulated point spread function (PSF) of a stepped achromatic X-ray lens, as it varies with the photon energy within one period of the spectral comb structure. The effect of focusing and defocusing, depending on the energy, is demonstrated. The parameters are chosen according to a typical design of these lenses and documented in the video