Een internationaal onderzoeksteam van de Swiss Light Source (SLS) heeft een nieuw wereldrecord tomografie gevestigd met behulp van een roterende monstertafel die is ontwikkeld aan de HZB. Met 208 driedimensionale tomografische röntgenbeelden per seconde, ze waren in staat om de dynamische processen bij het schuimen van vloeibaar aluminium te documenteren. De methode wordt gepresenteerd in het tijdschrift Natuur Communicatie.

De bij de HZB ontworpen precisie-draaitafel draait met enkele honderden omwentelingen per seconde met uiterste precisie om zijn as. Het HZB-team onder leiding van Dr. Francisco García-Moreno combineerde de roterende monstertafel met precisie-optica en behaalde in 2018 een wereldrecord van meer dan 25 tomografische beelden per seconde met behulp van de BESSY II EDDI-bundellijn.

Nu de ploeg, samen met de groep onder leiding van Prof. Marco Stampanoni van het Paul Scherrer Instituut (PSI), heeft een nieuw wereldrecord behaald bij SLS. Om dit te bereiken, ze hebben de roterende monstertafel opgezet samen met verbeterde optica, en gebruikte ultrasnelle beeldacquisitie en gegevensoverdrachtsnelheden bij het TOMCAT-instrument van de SLS. "Er kunnen nu meer dan 200 tomografische beelden per seconde worden gemaakt - en dat tijdens meetintervallen van slechts enkele minuten, ", zegt García-Moreno. De term tomoscopy is bedacht voor deze nieuwe beeldvormingsmethode.

Tomoscopie:nieuwe beeldvormingsmethode

Dr. Christian Schlepütz van PSI benadrukt:"De enorme hoeveelheid datapakketten die tijdens elke tomoscopie worden gegenereerd, moet worden verzonden en opgeslagen met de extreem hoge gegevenssnelheid van acht gigabyte per seconde."

Elk afzonderlijk beeld moet worden berekend uit de meetgegevens. De beelden krijgen vervolgens een extra automatische verwerking die kwantitatieve analyse mogelijk maakt. Om de verwerking van meerdere terabytes aan gegevens van elk experiment aan te kunnen, Dr. Paul Kamm van de HZB heeft unieke dedicated processing software ontwikkeld en geïmplementeerd.

De partners in deze samenwerking hebben de nieuwe beeldvormingsmethode gebruikt om dynamische processen die optreden tijdens het schuimen van vloeibaar aluminium zeer gedetailleerd te observeren met een hoge temporele resolutie. Op deze manier, processen die plaatsvinden tijdens de vorming van schuim in gesmolten metalen kunnen worden onderzocht en beter begrepen. Dit is belangrijk om een ​​optimale materiaalverdeling en gelijkmatige poriënvorming in het schuim te bereiken, die later wordt genezen, zodat het schuim kan worden gebruikt in lichtgewicht constructie.

Metaalschuim voor lichtgewicht constructie

Metaalschuim is een belangrijke materiaalklasse voor lichtgewicht constructies, en ze zijn een voordelig onderwerp van onderzoek voor de nieuw ontwikkelde beeldvormingsmethode, aangezien vloeibaar metaal grotendeels ongevoelig is voor stralingsschade, en de bereikte beeldsnelheden zijn uitermate geschikt voor schuimverschijnselen.

Ultrasnelle computertomoscopie zou ook interessante inzichten kunnen opleveren in tal van andere processen. Bijvoorbeeld, het zou kunnen worden gebruikt om te onderzoeken hoe materialen veranderen tijdens laserlassen of wat er gebeurt als batterijen oververhit raken door kortsluiting (thermische runaway).

De onderzoekers van de HZB en PSI werken nu aan het verhogen van de rotatiesnelheid om de temporele resolutie van de metingen verder te vergroten.