La mayoría de las personas están familiarizadas con la tomografía computarizada de la medicina:se toma una radiografía de una parte del cuerpo desde todos los lados y luego se calcula una imagen tridimensional. a partir del cual se pueden crear imágenes seccionales para el diagnóstico.

Este método también es muy útil para el análisis de materiales, Ensayos de calidad no destructivos o en el desarrollo de nuevos materiales funcionales. Sin embargo, examinar dichos materiales con alta resolución espacial y en el menor tiempo posible, Se requiere la luz de rayos X particularmente intensa de una fuente de radiación de sincrotrón. En el haz de sincrotrón, Incluso los cambios y procesos rápidos en las muestras de materiales se pueden visualizar si es posible adquirir imágenes tridimensionales en una secuencia de tiempo muy corta.

De 200 a 1000 tomogramos por segundo

Un equipo de HZB dirigido por el Dr. Francisco García Moreno está trabajando en esto junto con colegas de Swiss Light Source SLS en el Paul Scherrer Institute (PSI), Suiza. Hace dos años, lograron un récord de 200 tomogramos por segundo, llamando al método de tomoscopia de imágenes rápidas. Ahora el equipo ha logrado un nuevo récord mundial:con una velocidad de 1000 tomogramos por segundo, ahora pueden registrar procesos aún más rápidos en materiales o durante el proceso de fabricación. Esto se logra sin mayores compromisos en los otros parámetros:la resolución espacial sigue siendo muy buena en varios micrómetros, el campo de visión es de varios milímetros cuadrados y son posibles períodos de registro continuo de hasta varios minutos.

Mesa giratoria y cámara de alta velocidad

Para las imágenes de rayos X, la muestra se coloca en una mesa giratoria de alta velocidad desarrollada internamente, cuya velocidad angular se puede sincronizar perfectamente con la velocidad de adquisición de la cámara. "Usamos componentes particularmente livianos para esta mesa giratoria para que pueda alcanzar una velocidad de rotación de 500 Hertz de manera estable, "Explica García Moreno.

En la línea de luz de TOMCAT en el SLS, que está especializado en imágenes de rayos X de resolución temporal, El físico de la ISP Christian Schlepütz utilizó una nueva cámara de alta velocidad y ópticas especiales. "Esto aumenta la sensibilidad de manera muy significativa, para que podamos tomar 40 proyecciones 2D en un milisegundo, a partir del cual creamos un tomograma, "Explica Schlepütz. Con la actualización prevista de SLS2.0, A partir de 2025 deberían ser posibles mediciones aún más rápidas con mayor resolución espacial.

Procesando el flujo de datos

La adquisición de 1000 conjuntos de datos tridimensionales por segundo, y esto durante un período de minutos, generó un enorme flujo de datos, que se almacenó inicialmente en el PSI. Finalmente, El Dr. Paul Kamm de HZB fue responsable del procesamiento posterior y la evaluación cuantitativa de los datos. La reconstrucción de los datos sin procesar en imágenes 3D se llevó a cabo de forma remota desde HZB en las computadoras de alto rendimiento en PSI, y los resultados se transfirieron luego a HZB para su análisis adicional.

Bengalas dendritas y burbujas

El equipo demostró el poder de la tomoscopia con varios ejemplos de la investigación de materiales:las imágenes muestran los cambios extremadamente rápidos durante la quema de una bengala, la formación de dendritas durante la solidificación de aleaciones de fundición o el crecimiento y coalescencia de burbujas en una espuma metálica líquida. Estas espumas metálicas basadas en aleaciones de aluminio se están investigando como materiales ligeros, por ejemplo para la construcción de coches eléctricos. La morfología, El tamaño y la reticulación de las burbujas son importantes para lograr las propiedades mecánicas deseadas, como resistencia y rigidez en componentes grandes.

"Este método abre una puerta para el estudio no destructivo de procesos rápidos en materiales, que es lo que han estado esperando muchos grupos de investigación y también la industria, "dice García Moreno.