Les rayons X sont réfractés lorsqu'ils traversent des régions de densités optiques différentes. Dans la plupart des cas, il ne s'agit pas d'un changement graduel de la densité optique, mais d'une transition soudaine à une interface entre différents matériaux. Le plus courant est la réfraction optique à la transition d'un vide ou d'un gaz à un solide ou un liquide.
La réfraction peut être décrite par l'indice de réfraction complexe n* :
avec la partie réelle n et la partie imaginaire β (valeurs listées pour β et n) de l'indice de réfraction complexe n*. Pour les rayons X, cela s'écrit souvent comme suit
avec
et le décrément δ. Cette notation est utile car pour les rayons X, les valeurs de δ sont positives et très faibles (par exemple dans la plage de 10-4 à 10-6, voir figure 1).
Fig. 1 : Décrément δ de l'indice de réfraction n pour certains polymères typiquement utilisés comme matériau pour les lentilles de rayons X réfractives.
Comme n pour les rayons X est inférieur à un pour tous les matériaux, les rayons X qui pénètrent dans un liquide ou un solide à partir, par exemple, de l'air ou du vide les rayons X sont réfractés loin de la normale à la surface réfractante (Fig. 2, à gauche). a lumière visible, par contre, est réfractée envers la normale par rapport à la surface réfractante. L'une des conséquences en est que les lentilles convergentes réfractives pour les rayons X doivent avoir la forme de lentilles diffusantes pour la lumière visible, c'est-à-dire plus minces au milieu de la lentille qu'au bord (voir CRL).
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| Réfraction des rayons X | Réfraction du VIS |
Fig. 2 : Direction de la lumière réfractée pour : Rayons X (à gauche) et lumière visible (à droite) à l'entrée dans un liquide ou un solide (gris) du vide ou d'un gaz (blanc) ; pour les rayons X, l'angle α2 (ici fortement exagéré pour clarification) est presque identique à l'angle α1
Les angles de réfraction sont calculés avec la loi de Snell (aussi appelée "loi de Snellius", "loi de Descartes" ou "loi de réfraction") :
avec l'angle d'incidence αi et la vitesse de la lumière vi dans la région avec l'indice de réfraction ni . L'indice de réfraction ni est le rapport entre la vitesse de la lumière dans le vide c0 et la vitesse de la lumière dans la matière vi :
Comme la diminution de l'indice de réfraction δ est très faible, les angles de déflexion qui en résultent sont également très faibles.