Lab mengembangkan cara untuk menemukan cacat di dalam material yang sulit di-image

Learn the Bible in 24 Hours - Hour 1 - Small Groups - Chuck Missler (Juni 2019).

Anonim

Sulit untuk mendapatkan gambar X-ray dari material berkerapatan rendah seperti jaringan di antara tulang karena sinar-X hanya lewat menembus sinar matahari melalui jendela. Tetapi bagaimana jika Anda perlu melihat area yang bukan tulang?

Sandia National Laboratories mempelajari myriads dari material berdensitas rendah, dari lapisan laminasi pada sayap pesawat hingga busa dan epoksi yang melapisi bagian-bagiannya. Jadi Sandia meminjam dan memperbaiki teknik yang sedang dipelajari oleh bidang medis, pencitraan fase kontras X-ray, untuk melihat ke dalam sisi yang lebih lembut tanpa memisahkannya.

Sandia harus dapat menemukan cacat sebelum mereka dapat menyebabkan kegagalan konsekuensi tinggi, karena bahan tidak berkinerja baik dengan void atau retak atau jika mereka memisahkan dari permukaan yang berdekatan. Misalnya, sinar-X konvensional tidak dapat melihat cacat yang disebut grafoil di lapisan laminasi sayap pesawat tanpa melepaskan jaring tembaga pelindung yang menyebarkan energi jika petir menghantam pesawat. Dan mereka tidak dapat melihat busa yang sangat penting dan material lain yang melindungi terhadap kejutan, kerusakan tegangan tinggi dan tekanan termal pada komponen senjata nuklir.

Pengukuran pencitraan fase-sinar X-ray bukan hanya jumlah foton X-ray yang melewati sampel, seperti pada pencitraan X-ray konvensional, tetapi juga fase sinar-X setelah mereka melewati, menawarkan tampilan lengkap pada antarmuka di dalam struktur.

"Untuk material berdensitas rendah seperti plastik, polimer, busa dan enkapsulan lainnya, sinyal fase ini bisa seribu kali lebih besar daripada sinyal absorpsi (sinar X konvensional), " kata peneliti utama Amber Dagel, yang mempelajari mikrosistem berbasis fisika..

Pencitraan fase kontras X-ray dapat digunakan untuk memeriksa kemasan mikrofabrikasi, sirkuit terpadu atau komponen mikro-elektro-mekanik dan dapat digunakan untuk mempelajari keramik, polimer, bahan kimia atau bahan peledak.

Teknik Sandia mencapai pencitraan fase kontras X-ray di laboratorium tanpa synchrotron, peralatan mahal seukuran lapangan sepak bola.

Teknik yang lebih sensitif dibutuhkan

Teknik lain saat ini tidak cukup sensitif untuk membedakan antara material. "Anda memiliki bahan padat yang dicampur dengan material berkerapatan rendah, dan sinar-X tradisional tidak dapat melihat material dengan kerapatan rendah, " kata Dagel. "Jadi mereka tidak tahu apakah celah itu dipenuhi dengan material berkerapatan rendah atau apakah itu udara."

Ambil jeruk. Dagel memiliki satu di kantornya dan, mengakui itu benar-benar hanya bahan low-density, ia dan rekan-rekannya mencitrakannya untuk mendemonstrasikan sistem mereka.

Gambar X-ray konvensional dari oranye adalah fuzzy, tanpa detail. Pencitraan fase kontras X-ray jelas menunjukkan perbedaan antara lapisan tipis semangat dan empulur dan bagaimana lapisan-lapisan tersebut terlihat dibandingkan dengan bubur tebal.

"Ketika cahaya menerpa semangat, ia sedikit membengkok. Ia menyentuh intisari dan membengkok sedikit lagi, lalu menembus pulpa, dan membengkokkan arah lain, " kata Dagel. "Setiap antarmuka, setiap kali material berubah dalam sampel, itu sedikit membelokkan cahaya. Bagian yang berbeda dari sampel Anda membelokkan cahaya secara berbeda, dan mengukur itulah yang memunculkan fase kontras gambar."

Penelitian Sandia Labs dimulai dengan proyek Penelitian dan Pengembangan Laboratorium yang Direkomendasikan sejak 2014-2016 yang menunjukkan pencitraan fase-kontras X-ray dapat menunjukkan rincian di mana satu materi bertemu dengan yang lain. LDRD baru mengambil langkah berikutnya, belajar membuat grating yang beroperasi pada energi sinar-X yang lebih tinggi.

Kisi-kisi, komponen optik yang terlihat seperti tandan palang tegak tegak, menciptakan interferensi dalam sinar X-ray, seperti interferometer, menggabungkan sumber cahaya untuk menciptakan pola interferensi yang dapat diukur.

Grating sangat penting untuk teknik ini, dan menggunakannya pada energi yang lebih tinggi "akan membiarkan kita melihat lebih banyak sampel, sampel yang lebih padat atau sampel yang lebih besar, " kata Dagel. Mereka sulit dibuat, tetapi Dagel mengatakan tim micromachining metal Sandia yang dipimpin oleh Christian Arrington membuat yang sangat seragam hingga 4 inci persegi. Itu dianggap skala besar, dan Sandia mampu membuat grating sebagai satu bagian besar dengan keseragaman yang baik, katanya. Ukuran kisi menentukan berapa banyak sampel yang dapat dilihat sekaligus.

Sebagian besar kelompok lain yang mempelajari fase kontras pencitraan X-ray mencari teknik pencitraan medis, sementara Sandia sedang mempelajarinya untuk aplikasi ilmu material.

Grating membuat sistem Sandia menjadi mungkin

"Dengan mengambil contoh pola terang dan gelap kami dapat merekonstruksi pada detektor seperti apa pola ini, " kata Dagel. "Itu kalau cahayanya lewat tanpa sampel di sana. Bagaimana kalau sekarang aku memasukkan sesuatu, seperti jeruk, di depannya?" Gelombang cahaya ditunda lebih banyak lagi melalui oranye, "jadi sekarang kau mengambil kegelisahan itu dan kau memberinya lebih banyak bentuk. Kami mengukur bagaimana gelombang ini di depan, fase ini, berubah ketika melewati sampel."

Dia percaya teknik ini pada akhirnya akan memiliki dampak yang sangat besar, baik untuk penelitian dan kontrol kualitas di lantai pabrik.

"Saya pikir itu bisa berguna dalam tahap penelitian, ketika Anda mencoba untuk memahami distribusi microbeads dalam epoxy atau bagaimana busa itu kawin dengan tabung itu mengisi, apakah ada celah di sana? Atau apa yang bisa saya cacat lihat di sayap pesawat sayap saya? " dia berkata. "Saya juga berpikir itu dapat digunakan dalam jaminan kualitas: Saya tahu bagaimana seharusnya bagian saya, tetapi saya harus memastikan tidak ada retakan, tidak ada rongga."

Dagel dan rekan telah mempresentasikan penelitian mereka di beberapa konferensi, termasuk Lokakarya Internasional tentang X-ray dan Neutron Phase Imaging dengan Grating pada tahun 2015 dan konferensi SPIE Defense + Commercial Sensing tahun lalu.

menu
menu