Ny verdensrekord i materialeforskning:røntgenmikroskopi med en hastighed på 1000 tomogram pr.

De fleste kender til computertomografi fra medicinen:En del af kroppen røntgenfotograferes fra alle sider, og der beregnes et tredimensionelt billede, hvorfra der kan oprettes snitbilleder til diagnose.

Denne metode er også meget nyttig til materialeanalyse, ikke-destruktiv kvalitetstestning eller i udvikling af nye funktionelle materialer. Imidlertid, at undersøge sådanne materialer med høj rumlig opløsning og på kortest mulig tid, det særligt intense røntgenlys fra en synkrotronstrålingskilde er påkrævet. I synkrotronstrålen, selv hurtige ændringer og processer i materialeprøver kan afbildes, hvis det er muligt at opnå 3-dimensionelle billeder i en meget kort tidssekvens.

Fra 200 til 1000 tomogram i sekundet

Et HZB-team ledet af Dr. Francisco Garcia Moreno arbejder på dette sammen med kolleger fra Swiss Light Source SLS ved Paul Scherrer Institute (PSI), Schweiz. To år siden, de klarede rekordhøje 200 tomogram i sekundet, kalder metoden for hurtig billeddannelse tomoskopi. Nu har holdet opnået en ny verdensrekord:Med en hastighed på 1000 tomogram pr. de kan nu registrere endnu hurtigere processer i materialer eller under fremstillingsprocessen. Dette opnås uden større kompromiser i de øvrige parametre:Den rumlige opløsning er stadig meget god ved flere mikrometer, synsfeltet er flere kvadratmillimeter, og kontinuerlige optageperioder på op til flere minutter er mulige.

Roterende bord og højhastighedskamera

Til røntgenbilleder, prøven placeres på et internt udviklet højhastighedsdrejebord, hvis vinkelhastighed kan synkroniseres perfekt med kameraets optagelseshastighed. "Vi brugte særligt lette komponenter til dette drejebord, så det stabilt kan nå 500 Hz rotationshastighed, " forklarer García Moreno.

Ved TOMCAT beamline ved SLS, som er specialiseret i tidsopløst røntgenbillede, PSI-fysiker Christian Schlepütz brugte et nyt højhastighedskamera og speciel optik. "Dette øger følsomheden meget betydeligt, så vi kan tage 40 2D-projektioner på et millisekund, hvorfra vi laver et tomogram, " forklarer Schlepütz. Med den planlagte SLS2.0-opgradering, endnu hurtigere målinger med højere rumlig opløsning skulle være mulige fra 2025.

Behandler datastrømmen

Indsamlingen af ​​1000 tredimensionelle datasæt i sekundet – og dette over en periode på minutter – genererede en enorm datastrøm, som oprindeligt blev opbevaret hos PSI. Endelig, Dr. Paul Kamm ved HZB var ansvarlig for den videre bearbejdning og kvantitative evaluering af dataene. Rekonstruktionen af ​​de rå data til 3D-billeder blev udført eksternt fra HZB på de højtydende computere hos PSI, og resultaterne blev derefter overført til HZB for yderligere analyse.

Stjernekastere, dendritter og bobler

Holdet demonstrerede kraften ved tomoskopi med forskellige eksempler fra materialeforskning:Billederne viser de ekstremt hurtige ændringer under afbrændingen af ​​et stjernekaster, dannelsen af ​​dendritter under størkning af støbelegeringer eller vækst og sammensmeltning af bobler i et flydende metalskum. Sådanne metalskum baseret på aluminiumlegeringer undersøges som lette materialer, for eksempel til konstruktion af elbiler. Morfologien, størrelse og tværbinding af boblerne er vigtige for at opnå de ønskede mekaniske egenskaber såsom styrke og stivhed i store komponenter.

"Denne metode åbner en dør for den ikke-destruktive undersøgelse af hurtige processer i materialer, hvilket er, hvad mange forskningsgrupper og også industrien har ventet på, ”siger García Moreno.