德國(guó)和瑞士科學(xué)家攜手，用X射線顯微技術(shù)在1秒中內(nèi)拍攝了1000張斷層圖像，刷新了材料研究領(lǐng)域的世界紀(jì)錄——此前他們1秒鐘只能獲得200張斷層圖像。最新研究有助于科學(xué)家對(duì)材料內(nèi)部的快速變化和過(guò)程進(jìn)行成像，有望在醫(yī)學(xué)、材料學(xué)等領(lǐng)域“大顯身手”。
計(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù)能從各個(gè)側(cè)面對(duì)身體的某部分進(jìn)行X光透視，得出一幅三維圖像，并據(jù)此創(chuàng)建出斷層圖像用于診斷。除了醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，該方法對(duì)于材料分析、無(wú)損質(zhì)量檢測(cè)或新型功能材料的開(kāi)發(fā)也非常有用。如果能在更短的時(shí)間內(nèi)獲得三維圖像，就可以更好地對(duì)樣品中的快速變化和過(guò)程進(jìn)行成像。
在本研究中，德國(guó)亥姆霍茲柏林(HZB)研究中心與瑞士保羅謝爾研究所(PSI)下屬瑞士光源中心(SLS)的研究人員攜手創(chuàng)造了這項(xiàng)新的世界紀(jì)錄，且其他參數(shù)并不受影響：空間分辨率仍舊為幾微米，卻可以連續(xù)記錄幾分鐘，這使他們可以記錄材料或制造過(guò)程中更快發(fā)生的過(guò)程。
為獲得X射線圖像，他們將材料樣本放置在自己開(kāi)發(fā)的高速旋轉(zhuǎn)臺(tái)上，其角速度與相機(jī)的采集速度完全同步。來(lái)自HZB的加西亞·莫雷諾解釋說(shuō)，這個(gè)轉(zhuǎn)盤(pán)使用了特別輕的部件，它可以穩(wěn)定地達(dá)到500赫茲的轉(zhuǎn)速。此外，PSI物理學(xué)家克里斯蒂安·施萊普茨使用了一種新的高速相機(jī)和特殊光學(xué)器件，大大提高了靈敏度。借助上述改進(jìn)，研究人員可以每秒采集1000個(gè)三維數(shù)據(jù)集，并在幾分鐘內(nèi)生成一個(gè)巨大的數(shù)據(jù)流。
隨后，該團(tuán)隊(duì)用各種樣品證明了最新斷層掃描技術(shù)的威力，如火花燃燒過(guò)程中發(fā)生的極快變化、液態(tài)金屬泡沫中氣泡的生長(zhǎng)和合并過(guò)程等。以鋁合金為基礎(chǔ)的金屬泡沫可用于電動(dòng)汽車(chē)制造領(lǐng)域，氣泡的形態(tài)、大小等對(duì)其強(qiáng)度和硬度非常重要。
加西亞·莫雷諾說(shuō)：“我們的新方法為材料快速加工過(guò)程中的無(wú)損研究打開(kāi)了一扇門(mén)，有望讓更多研究和工業(yè)界受益。”(記者 劉霞)
總編輯圈點(diǎn)：
相信大家對(duì)做CT并不陌生。在CT掃描時(shí)，如果需要你身體某一層的斷層圖像，就要用CT圍著那一層轉(zhuǎn)上一圈。一般來(lái)說(shuō)，一次性會(huì)掃描很多層，然后進(jìn)行圖像重建。但如果想看到某種動(dòng)態(tài)變化呢?這就需要對(duì)體內(nèi)進(jìn)行超高速攝影，讓轉(zhuǎn)瞬發(fā)生的細(xì)節(jié)，也能被盡收眼底。文中科研人員的方法，1秒內(nèi)能得到更多圖像，也就是說(shuō)，對(duì)動(dòng)態(tài)變化能有更精準(zhǔn)的捕捉。這樣一來(lái)，借助圖像，我們對(duì)材料的性質(zhì)能有更深刻認(rèn)識(shí)，在醫(yī)學(xué)和材料學(xué)等領(lǐng)域，有了更得力的工具。
關(guān)鍵詞： X射線 顯微斷層攝影 斷層圖像 材料研究領(lǐng)域
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