Argonne utvecklar ny metod för att tydligare se komplexa materialfysik i svåråtkomliga miljöer.

Med rätt verktyg, forskare kan ha Superman-liknande röntgenvision som avslöjar dolda funktioner begravda i objekt-men det är mycket komplicerat.

Den avancerade fotonkällan (APS), ett Office of Science User Facility vid US Department of Energy's (DOE) Argonne National Laboratory, ger forskare tillgång till mycket genomträngande röntgenstrålar som kan belysa-på atomnivå-material som finns djupt inuti andra strukturer.

Nästa fas för APS, APS -uppgraderingen, förvandlar dagens APS till ett världsledande, lagringsring baserad, högenergiröntgenljuskälla som utrustar forskare med ett mycket kraftfullare verktyg för att undersöka och förbättra material och kemiska processer som påverkar nästan alla aspekter av våra liv. Särskilt, Uppgraderingen möjliggör användning av objektivlösa avbildningsmetoder med högenergiröntgen för att övervinna optiska begränsningar för att få den högsta rumsliga upplösningen djupt inom ogenomskinliga prover.

"Det liknar att försöka bestämma formen och storleken på en sten som kastas i en damm genom att titta på krusningarna som stenen skapar, utom i tre dimensioner. Om din pixelstorlek är tillräckligt liten ... kan du [faktiskt] ... få en tredimensionell bild av objektet som orsakar spridningen, "noterade Siddharth Maddali, en postdoktor i Argonne.

Dock, Användning av röntgenstrålar med hög energi för djup penetration har en potentiell koppling-djupt penetrerande röntgenstrålar kan stöta på begränsningar med nuvarande detektorteknik.

"Väsentligen, signalen på detektorn blir mer och mer komprimerad när vi går till högre och högre röntgenenergier, "sa Maddali." Priset vi betalar för mer genomträngande röntgenstrålar är en förlust av trohet i de registrerade data. "

I en ny studie, forskare på Argonne har hittat ett nytt sätt att övervinna dessa begränsningar.

Dessa begränsningar, enligt Argonne röntgenfysiker Stefan Vogt, är som att använda en lågupplöst datorskärm för att se ett högupplöst digitalt fotografi. "Du kan inte se den ursprungliga bildens trohet, " han sa.

Den övergripande effekten gör att bilden verkar pixlaserad, sa Maddali, en författare till studien.

Eftersom avståndet från mål till detektor är relativt fast, förbättra upplösningen för en pixelerad röntgenspridningsbild-i huvudsak skärpa det - kräver beräkningsalgoritmer som skapar uppdelade "virtuella pixlar" som kan omfördela den pixelerade bilden. Sedan kan forskare använda en process som kallas fashämtning för att rekonstruera information i realtid om provet baserat på de spridda röntgenvågfronterna.

"Det liknar att försöka bestämma formen och storleken på en sten som kastas i en damm genom att titta på krusningarna som stenen skapar, utom i tre dimensioner, "Sa Maddali." Om din pixelstorlek är tillräckligt liten så att du kan se upp- och nedgångar i vågen, du kan beräkna dessa bilder och få en tredimensionell bild av objektet som orsakar spridningen. "

Genom att använda signalbehandling på detta sätt, forskare kan effektivt beräkna en bild som annars skulle ha krävt ett experimentellt omöjligt system av linser att lösa.

Forskare kan använda denna teknik för att få bättre information om materialgränssnitt, och därmed bättre förstå och i slutändan kontrollera beteendet hos nya material.