Verdens hurtigste 3-D tomografiske billeder rapporteret på BESSY II

Et HZB-team har udviklet et genialt præcisionsdrejebord ved EDDI-strålelinjen på BESSY II og kombineret det med særlig hurtig optik. Dette gjorde dem i stand til at dokumentere dannelsen af ​​porer i metalkorn under skumningsprocesser med 25 tomografiske billeder i sekundet - en verdensrekord.

Kvaliteten af ​​materialer afhænger ofte af fremstillingsprocessen. Ved støbning og svejsning, for eksempel, hastigheden, hvormed smelterne størkner, og den resulterende mikrostruktur af legeringen er vigtig. Med metallisk skum, det afhænger også af præcis hvordan skumningsprocessen foregår. For at forstå disse processer fuldt ud kræver det hurtig registreringsevne. De hurtigste 3-D tomografiske billeder til dato er nu opnået ved BESSY II røntgenkilden, der drives af Helmholtz-Zentrum Berlin.

Dr. Francisco Garcia-Moreno og hans team har designet en pladespiller med ultrastabil rotation omkring sin akse med konstant hastighed. Høj præcision er afgørende, fordi enhver tumbling omkring rotationsaksen eller endda minimale afvigelser i rotationshastigheden ville forhindre den pålidelige beregning af 3-D tomografien. Mens kommercielt tilgængelige løsninger, der koster flere hundrede tusinde euro, tillader op til 20 tomografiske billeder i sekundet, var Berlin-fysikerne i stand til at udvikle en væsentligt billigere løsning, der er endnu hurtigere.

"Mine to ph.d.-studerende ved Technische Universität Berlin fremstillede selv prøveholderne på drejebænken, " siger Garcia-Moreno, som nyder at finde løsninger på vanskelige tekniske problemer og selv besidder en del håndværk. Yderligere komponenter blev produceret på HZB-værkstedet. Ud over, Garcia-Moreno og hans kollega Dr. Catalina Jimenez havde allerede udviklet specialiseret optik til det hurtige CMOS-kamera under de indledende faser af dette arbejde, som muliggjorde samtidig diffraktion. Dette gør det muligt at optage cirka 2000 projektioner i sekundet, hvorfra der i alt kan skabes 25 tredimensionelle tomografiske billeder.

Som et første eksempel, holdet undersøgte granulat af aluminiumslegeringer, der bliver til et metallisk skum, når de opvarmes. At gøre dette, de monterede en kraftig infrarød lampe over metalgranulatet for at opvarme prøven til omkring 650 grader Celsius. Et komplet 3-D tomografisk billede med rumlig opløsning på 2,5 mikrometer (pixelstørrelse) blev genereret hvert 40 millisekund. De næsten 400 tomografiske 3D-billeder tillader nu detaljerede, tidsløst analyse af processen, som den foregik.

"Vi ønskede at udvikle en bedre forståelse af, hvordan porer dannes i kornene - om de også når granulatoverfladerne, og i hvilket omfang denne proces varierer i forskellige granula, " forklarer Garcia-Moreno. Det er et spørgsmål af praktisk relevans, som også er af interesse for industrien. Dette skyldes, at granulat af metalliske forbindelser kan udfylde komplicerede former bedre, mens de skummer end skum fremstillet af en metalblok. formdelen vil kun kunne modstå belastninger, hvis kornene også binder tæt til hinanden under opskumningen. Med den ultrahurtige 3D-tomografi udviklet på BESSY II, dette kan nu observeres meget præcist, ligesom en lang række andre dynamiske processer.

Da EDDI beamline skal demonteres for opgraderingen fra BESSY II til BESSY-VSR, Garcia-Moreno har kontaktet andre røntgenkilder og planlægger at etablere denne metode på disse steder.