XXL компьютерная томография: новое измерение в рентгеноструктурном анализе

Впервые стало возможным анализировать даже очень большие объекты с  помощью рентгеновской технологии. XXL компьютерная томография производит с высокой разрешающей способностью высокой контрастности изображения в 3D. Эта технология позволяет, например, проводить анализ электрических автомобилей после краш-теста. Исторические реликвии также могут быть исследованы — и даже череп динозавра.

Компьютерная томография с рентгеновскими лучами в настоящее время играет важную роль даже за пределами медицины. Например, для разработки продукции для промышленного применения. Тем не менее, компьютерная томография до сих пор была ограничена в применении для более мелких и простых объектов, особенно в области высоких энергий, из-за недоступности подходящих алгоритмов реконструкции и коррекции и датчиков. Существующие крупные системы КТ жестко ограничены в круге задач для больших объектов.

Исследователями из Института интегральных схем Фраунгофера IIS теперь достигнут значительный прогресс в этом отношении. Michael Salamon, Nils Reims и д-р Michael Böhnel разработали технологию, которая также просвечивает очень большие объекты и создает 3D изображения с высоким разрешением.

В качестве источника рентгеновского излучения исследователи используют линейный ускоритель на 9 МэВ, объединив его с рентгеновской камерой, которая работает с чувствительностью длиной четыре метра и 10000 пикселей. Впервые объекты с диаметром 3,20 м и высотой пять метров могут быть записаны с помощью трехмерных рентгеновских лучей — специальная технология, в которой большой объект записывается в деталях, также позволяет сканировать даже более крупные объекты. Это делает систему в настоящее время крупнейшей КТ системой в мире.

Объекты поворачиваются на тяжелом поворотном столе оператора. Камера и источник излучения сканируют объект синхронно в вертикальном движении, строка за строкой. Благодаря вращению поворотного стола камера записывает много углов обзора, создавая тем самым основу для трехмерного представления.

Краш-тесты в рентгеновских изображениях

С XXL-КТ электромобили, например, могут быть проанализированы после краш-теста. Ранее объекты должны были быть разобраны трудоемким процессом для того, чтобы проанализировать структуру и внутреннюю работу. Неразрушающий осмотр с помощью рентгеновских лучей теперь делает возможным проведение подробного анализа структуры и материалов объекта, которые ранее были недоступны, например, целых аккумуляторных модулей. Сильные рентгеновские лучи даже делают структуры в плотно упакованных батареях видимыми.

Качество 3D изображений впечатлило даже скептиков. Руководитель группы Salamon объясняет: «Раньше считалось, что высокоэнергетические структуры не будут более различимыми, так как материалы с низким уровнем поглощения, как правило, затеняются материалами с высоким уровнем поглощения. Общее мнение было таковым: многие изображения получаются все серыми. С помощью нашей разработки мы доказали противоположное». Для поддержания требуемого качества рентгеновского изображения 3D исследователи должны были использовать дальнейшие инновации в дополнение к линейному ускорителю и рентгеновской камере большой чувствительности. Вместе со своим промышленным партнером MT Mechatronics они разработали конструкцию, которая позволяет очень точно позиционировать даже объекты весом в несколько тонн. Обработка данных рентгеноструктурного анализа также была оптимизирована таким образом, что может быть автоматизирована с насколько это возможно минимальным вмешательством пользователя, что позволит в будущем использовать ее в промышленных условиях.

Осмотр грузовых контейнеров

Другим примером применения является проверка морских грузовых контейнеров. Многие грузовые контейнеры просвечиваются в портах, но только в двух измерениях. Благодаря рентгеновской 3D технологии даже небольшие объекты внутри контейнеров становятся отчетливо видны. Специально для силовых ведомств, которые инспектируют грузовые контейнеры на предмет взрывчатых веществ или оружия, а также для таможенных органов, которые ищут контрабанду, технология IIS обеспечивает решающую дополнительную ценность. В дополнение к ее использованию в промышленности, XXL компьютерная томография открывает путь многим другим применениям. В результате, к историческим объектам, таким как музыкальные инструменты, для которых не идет речи о вскрытии и разборе по частям, может быть применен рентгеноструктурный анализ. В частности, зрелищное было действие, когда специалисты Института Фраунгофера отсканировали череп динозавра, насчитывающий около 65 миллионов лет. Череп тираннозавра (Tyrannosaurus Rex) оставался в коробке во время процедуры рентгенографии, вместе с окружающим грунтом, в котором палеонтологи нашли его.

Исследовательская группа Института Фраунгофера уже планирует следующий этап: в портальной КТ линейный ускоритель и камеру окружить вокруг объекта. Сам объект остается неподвижным и не должен располагаться вертикально. Прототип в настоящее время разрабатывается в сотрудничестве с MT Mechatronics.

Статья из журнала «Metalworking World Magazine», 10 июля 2018 г.

Перевод подготовила Елена Михаленко