Zespół badawczy prowadzony przez Colorado State University osiągnął nowy kamień milowy w technologii obrazowania rentgenowskiego 3D. Naukowcy są pierwszymi, którzy przechwycają skany CT o wysokiej rozdzielczości wnętrza dużego, gęstego obiektu-łopatki turbiny gazowej-przy użyciu zwartego, napędzanego laserowego źródła promieniowania rentgenowskiego.
Odkrycia, opublikowane w tym tygodniu w Optica, opisują naukę i inżynierię stojącą za nową zdolnością do obrazowania radiograficznego oraz jej potencjalne korzyści dla szeregu branż, od produkcji lotniczej po produkty addytywne.
Projekt jest wieloletnią współpracą między naukowcami z działów CSU w zakresie inżynierii elektrycznej i komputerowej oraz krajowym laboratorium Los Alamos, z udziałem AWE w Wielkiej Brytanii
„Ta demonstracja to dopiero początek” – powiedział Reed Hollinger, adiunkt CSU i główny autor badania. „Używamy lasera Aleph zbudowanego przez CSU do generowania wyjątkowo jasnych źródeł promieniowania rentgenowskiego, aby wykonać radiografię rentgenowską i CT. Gdy rozwijamy nasz nowy obiekt, naszym celem jest zwiększenie tego w coś, co może mieć szeroki wpływ”.
Podejście zespołu oferuje szybki i nieniszczący sposób na uzyskanie szczegółowego widoku w gęstych strukturach, takich jak komponenty rakietowe i silniki turbojet. Wraz ze wzrostem produkcji addytywnej nowa technologia może znacznie zwiększyć kontrolę jakości, jednocześnie zachowując integralność części zrujnowanych 3D.
Obrazowanie laserowe napędzane nowej generacji na Colorado State University
Obecne przemysłowe skanery CT są nie tylko masywne i kosztowne, ale produkują obrazy o rozdzielczości milimetrowej w skali. Podejście laserowe zespołu generuje znacznie mniejsze źródło promieniowania rentgenowskiego, umożliwiając znacznie wyższą rozdzielczość bez zmniejszania energii promieni rentgenowskich.
„Niewielkie źródło rentgenowskie MEV to jedna największa dźwignia, która jest potencjalnie dostępna do poprawy obrazowania rentgenowskiego MEV o wysokiej rozdzielczości”-powiedział James Hunter z Los Alamos National Laboratory, który współpracował z Hollinger przy badaniu.
Metoda, bogata w fizykę, wykorzystuje laser klasy PetAwatt skupiony na intensywności 1021 WCM-2, aby przyspieszyć wiązkę elektronów do kilku milionów woltów w ciągu kilku mikronów w przestrzeni-mniejsza niż szerokość ludzkich włosów. Elektrony w wiązce zderzają się z ciężkimi atomami w celu, powodując, że zwalniają i przekształcają energię kinetyczną na promieniowanie rentgenowskie. Te promieniowanie rentgenowskie mają znacznie wyższą energię niż te stwierdzone w tradycyjnych rurkach rentgenowskich stosowanych w szpitalach. Zwiększona energia rentgenowska jest niezbędna do penetracji gęstych obiektów, takich jak łopatki turbiny pokazane w badaniu.
„Perspektywa energia tradycyjnego szpitalnego źródła rentgenowskiego to tylko dziesiątki tysięcy woltów, w przeciwieństwie do naszego źródła rentgenowskiego, czyli miliony woltów”-powiedział Hollinger, który jest częścią Walter Scott, Jr. College of Engineering w CSU.
Każdy impuls rentgenowski trwa tylko kilka bilionów sekundy, umożliwiając radiografię obiektów z rozdzielczością czasową poruszających się z niesamowitymi prędkościami.
„Na przykład moglibyśmy pewnego dnia uchwycić obrazy 3D o wysokiej rozdzielczości wnętrza silnika odrzutowego podczas jego działania. Obecnie nie ma innych źródeł rentgenowskich, które mogą to zrobić”-powiedział Hollinger.
Praca zespołu CSU jest częścią większej wizji, aby wykorzystać źródła laserowe o wysokiej intensywności dla szerokiego zakresu zastosowań, od badania bezwładnościowej energii fuzyjnej po generowanie jasnych wiązek elektronów Gev i promieniowania rentgenowskiego MEV. Jest to jedna z wielu technologii, które naukowcy dążą do skalowania, wykorzystując rozszerzone możliwości nowych zaawansowanych laserów technologicznych dla aplikacji i nauki (ATLAS), które mają być dostępne pod koniec 2026 roku.