Une équipe de recherche dirigée par la Colorado State University a franchi une nouvelle étape dans la technologie d'imagerie des rayons X 3D. Les scientifiques sont les premiers à capturer des tomodensitométrie à haute résolution de l'intérieur d'un grand objet dense – une lame de turbine à gaz – en utilisant une source de rayons X compacte et dirigée par le laser.
Les résultats, publiés dans Optica, Décrivez la science et l'ingénierie derrière cette nouvelle capacité d'imagerie radiographique et ses avantages potentiels pour une gamme d'industries, de l'aérospatiale à la fabrication additive.
Le projet est une collaboration de plusieurs années entre des chercheurs des départements de CSU en matière de génie électrique et informatique et de physique et Los Alamos National Laboratory, avec participation de la crainte au Royaume-Uni
« Cette manifestation n'est que le début », a déclaré Reed Hollinger, professeur adjoint au CSU et auteur principal de l'étude.
« Nous utilisons le laser Aleph construit par le CSU pour générer des sources de rayons X extrêmement brillantes pour effectuer une radiographie à rayons X haute résolution et CT. Alors que nous développons notre nouvelle installation, notre objectif est de réapparaître cela en quelque chose qui peut avoir un impact large. »
L'approche de l'équipe offre un moyen rapide et non destructif d'obtenir une vue détaillée à l'intérieur des structures denses, telles que des composants de fusée et des moteurs à turbojet. Avec la croissance de la fabrication additive, la nouvelle technologie pourrait améliorer considérablement le contrôle de la qualité tout en préservant l'intégrité des pièces imprimées 3D.
Imagerie laser de nouvelle génération
Les scanners CT industriels actuels sont non seulement massifs et coûteux, mais ils produisent des images avec une résolution à l'échelle des millimètres. L'approche laser de l'équipe génère une source de rayons X beaucoup plus petite, permettant une résolution nettement plus élevée sans diminuer l'énergie des rayons X.
« Une source de radiographie MEV petit est le levier le plus important qui est potentiellement disponible pour améliorer l'imagerie des rayons X MEV haute résolution », a déclaré James Hunter du Los Alamos National Laboratory, qui a collaboré avec Hollinger à l'étude.
La méthode, riche en physique, utilise un laser de classe Petawatt axé sur une intensité de 1021 Wcm-2 pour accélérer un faisceau d'électrons à quelques millions de volts sur quelques microns dans l'espace – plus malon que la largeur d'un cheveux humains. Les électrons dans le faisceau entrent en collision avec des atomes lourds dans la cible, les faisant ralentir et convertir leur énergie cinétique en rayons X.
Ces radiographies ont une énergie significativement plus élevée que celles trouvées dans les tubes à rayons X traditionnels utilisés dans les hôpitaux. L'augmentation de l'énergie des rayons X est nécessaire pour pénétrer des objets denses comme les lames de turbine montrées dans l'étude.
« Pour la perspective, l'énergie d'une source de rayons X traditionnelle à l'hôpital n'est que des dizaines de milliers de volts par opposition à notre source de rayons X, qui est des millions de volts », a déclaré Hollinger, qui fait partie du Walter Scott, Jr. College of Engineering chez CSU.
Chaque impulsion à rayons X ne dure que quelques trillions de seconde, permettant une radiographie résolue dans le temps des objets se déplaçant à des vitesses incroyables.
« Par exemple, nous pourrions un jour capturer des images 3D haute résolution de l'intérieur d'un moteur à réaction pendant qu'il fonctionne. Actuellement, il n'y a pas d'autres sources de rayons X qui peuvent le faire », a déclaré Hollinger.
Le travail de l'équipe CSU fait partie d'une vision plus large pour tirer parti des sources laser à haute intensité pour un large éventail d'utilisations, de l'étude de l'énergie de fusion inertielle à la génération de faisceaux lumineux d'électrons GEV et de rayons X Mev.
C'est l'une des nombreuses technologies que les chercheurs visent à évoluer en utilisant les capacités élargies des nouveaux lasers de technologie de pointe de l'université pour les applications et les sciences (ATLAS), qui devraient se mettre en ligne fin 2026.
