Seit einigen Jahren nutzt die PTB monochromatisierte Synchrotronstrahlung im Röntgenbereich, um die Dimensionen von Nanoobjekten zu bestimmen. Im Gegensatz zu Röntgenröhren kann dabei die Wellenlänge an das zu untersuchende Nanosystem optimal angepasst werden. Zur Bestimmung der Dicke von Oxidschichten auf Siliziumproben über Röntgenreflektomerie wird zur Kontrast-erhöhung beispielsweise, wie bei den Silziumkugeln des Avogadro-Projektes, Strahlung im Bereich der Sauerstoff-Absorptionskante bei 2,3 nm verwendet.
Um den Durchmesser von Nanopartikeln in Suspension mit Röntgenkleinwinkelstreuung zu bestimmen, werden Wellenlängen unter 0,5 nm gewählt. Derartige Strahlung kann das dünnwandige Gefäß mit der Suspension gut durchdringen. Dabei wird die exakte Wellenlänge durch Rückreflexion der Strahlung von einem Siliziumkristall gemessen. Der Streuwinkel lässt sich aus Längenmessungen mit inkrementellen Weggebern bestimmen. Das in Vorwärtsrichtung unter kleinen Winkeln von wenigen Grad entstehende Streubild wird mit einem großflächigen Röntgendetektor aufgenommen. Für kugelförmige Nanopartikel mit nicht zu breiter Verteilung des Durchmessers ergeben sich konzentrische Ringe. Die radiale Integration ergibt eine oszillierende Kurve für die Streuintensität als Funktion des Impulsübertrages, an die modellierte Streukurven angepasst werden. Daraus erhält man nicht nur den mittleren Durchmesser der Teilchen, sondern auch die Verteilungsbreite, da im Gegensatz zu mikroskopischen Verfahren über eine große Teilchenanzahl gemittelt wird.
Setzt man die Röntgenkleinwinkelstreuung für Oberflächen unter streifendem Strahlungseinfall ein, können, wie bei einer Reihe anlaufender EMRP-Projekte im Bereich Industrie, auch Nanopartikel oder Strukturen auf Oberflächen charakterisiert werden.
michael.krumrey