De flesta känner till datortomografi från medicin:En del av kroppen röntgas från alla sidor och en tredimensionell bild beräknas sedan, varifrån alla sektionsbilder kan skapas för diagnos.

Denna metod är också mycket användbar för materialanalys, icke-destruktiv kvalitetstestning eller i utvecklingen av nya funktionella material. Dock, att undersöka sådana material med hög rumslig upplösning och på kortast möjliga tid, det särskilt intensiva röntgenljuset från en synkrotronstrålningskälla krävs. I synkrotronstrålen, även snabba förändringar och processer i materialprover kan avbildas om det är möjligt att förvärva tredimensionella bilder i en mycket kort tidssekvens.

Från 200 till 1000 tomogram per sekund

Ett HZB -team under ledning av Dr Francisco Garcia Moreno arbetar med detta tillsammans med kollegor från Swiss Light Source SLS vid Paul Scherrer Institute (PSI), Schweiz. Två år sedan, de klarade rekord 200 tomogram per sekund, kallar metoden för snabb bildtomoskopi. Nu har laget uppnått ett nytt världsrekord:Med en hastighet på 1000 tomogram per sekund, de kan nu registrera ännu snabbare processer i material eller under tillverkningsprocessen. Detta uppnås utan några större kompromisser i de andra parametrarna:Den rumsliga upplösningen är fortfarande mycket bra vid flera mikrometer, synfältet är flera kvadratmillimeter och kontinuerliga inspelningsperioder på upp till flera minuter är möjliga.

Roterande bord och höghastighetskamera

För röntgenbilder, provet placeras på ett höghastighets roterande bord utvecklat internt, vars vinkelhastighet kan perfekt synkroniseras med kamerans förvärvshastighet. "Vi använde särskilt lätta komponenter till detta roterande bord så att det stabilt kan nå 500 Hz rotationshastighet, "García Moreno förklarar.

Vid TOMCAT beamline vid SLS, som är specialiserad på tidsupplöst röntgenbildning, PSI-fysikern Christian Schlepütz använde en ny höghastighetskamera och speciell optik. "Detta ökar känsligheten mycket markant, så att vi kan ta 40 2D -prognoser på en millisekund, från vilket vi skapar ett tomogram, "Förklarar Schlepütz. Med den planerade SLS2.0 -uppgraderingen, ännu snabbare mätningar med högre rumslig upplösning bör vara möjliga från 2025.

Bearbetar dataströmmen

Förvärvet av 1000 tredimensionella datamängder per sekund-och detta under en period av minuter-genererade en enorm dataström, som ursprungligen lagrades på PSI. Till sist, Dr Paul Kamm på HZB ansvarade för den vidare bearbetningen och den kvantitativa utvärderingen av data. Rekonstruktionen av rådata till 3D-bilder utfördes på distans från HZB på högpresterande datorer på PSI, och resultaten överfördes sedan till HZB för vidare analys.

Sparklers, dendriter och bubblor

Teamet visade kraften i tomoskopi med olika exempel från materialforskning:Bilderna visar de extremt snabba förändringarna under bränningen av en gnist, bildandet av dendritter under stelning av gjutlegeringar eller tillväxt och koalescens av bubblor i ett flytande metallskum. Sådana metallskum baserade på aluminiumlegeringar undersöks som lätta material, till exempel för konstruktion av elbilar. Morfologin, storlek och tvärbindning av bubblorna är viktiga för att uppnå de önskade mekaniska egenskaperna som styrka och styvhet i stora komponenter.

"Denna metod öppnar en dörr för den icke-destruktiva studien av snabba processer i material, vilket är vad många forskargrupper och även industrin har väntat på, säger García Moreno.