La plupart des gens connaissent la tomodensitométrie issue de la médecine :une partie du corps est radiographiée de tous les côtés et une image tridimensionnelle est ensuite calculée, à partir de laquelle toutes les images en coupe peuvent être créées pour le diagnostic.

Cette méthode est également très utile pour l'analyse des matériaux, contrôle de qualité non destructif ou dans le développement de nouveaux matériaux fonctionnels. Cependant, examiner de tels matériaux avec une haute résolution spatiale et dans les plus brefs délais, la lumière X particulièrement intense d'une source de rayonnement synchrotron est requise. Dans le faisceau synchrotron, même des changements et des processus rapides dans les échantillons de matériaux peuvent être imagés s'il est possible d'acquérir des images tridimensionnelles dans une séquence de temps très courte.

De 200 à 1000 tomogrammes par seconde

Une équipe HZB dirigée par le Dr Francisco Garcia Moreno y travaille avec des collègues de la Swiss Light Source SLS de l'Institut Paul Scherrer (PSI), La Suisse. Il y a deux ans, ils ont réussi un record de 200 tomogrammes par seconde, appelant la méthode de tomoscopie d'imagerie rapide. L'équipe a maintenant atteint un nouveau record du monde :avec une vitesse de 1000 tomogrammes par seconde, ils peuvent désormais enregistrer des processus encore plus rapides dans les matériaux ou pendant le processus de fabrication. Ceci est réalisé sans compromis majeur sur les autres paramètres :La résolution spatiale est encore très bonne à quelques micromètres, le champ de vision est de plusieurs millimètres carrés et des périodes d'enregistrement continu allant jusqu'à plusieurs minutes sont possibles.

Table rotative et caméra haute vitesse

Pour les images radiographiques, l'échantillon est placé sur une table rotative à grande vitesse développée en interne, dont la vitesse angulaire peut être parfaitement synchronisée avec la vitesse d'acquisition de la caméra. "Nous avons utilisé des composants particulièrement légers pour cette table rotative afin qu'elle puisse atteindre une vitesse de rotation de 500 Hertz de manière stable, ", explique García Moreno.

Sur la ligne de lumière TOMCAT au SLS, spécialisée dans l'imagerie par rayons X résolue en temps, Le physicien du PSI Christian Schlepütz a utilisé une nouvelle caméra à grande vitesse et une optique spéciale. "Cela augmente la sensibilité de manière très significative, pour qu'on puisse faire 40 projections 2D en une milliseconde, à partir duquel nous créons un tomogramme, " explique Schlepütz. Avec la mise à niveau SLS2.0 prévue, des mesures encore plus rapides avec une résolution spatiale plus élevée devraient être possibles à partir de 2025.

Traitement du flux de données

L'acquisition de 1000 jeux de données tridimensionnels par seconde - et ce sur une période de quelques minutes - a généré un énorme flux de données, qui était initialement stocké au PSI. Finalement, Le Dr Paul Kamm du HZB était responsable du traitement ultérieur et de l'évaluation quantitative des données. La reconstruction des données brutes en images 3D a été réalisée à distance depuis HZB sur les calculateurs performants du PSI, et les résultats ont ensuite été transférés à HZB pour une analyse plus approfondie.

Cierges magiques, dendrites et bulles

L'équipe a démontré la puissance de la tomoscopie avec divers exemples issus de la recherche sur les matériaux :Les images montrent les changements extrêmement rapides lors de la combustion d'un cierge magique, la formation de dendrites lors de la solidification d'alliages de coulée ou la croissance et la coalescence de bulles dans une mousse métallique liquide. De telles mousses métalliques à base d'alliages d'aluminium sont étudiées en tant que matériaux légers, par exemple pour la construction de voitures électriques. La morphologie, la taille et la réticulation des bulles sont importantes pour obtenir les propriétés mécaniques souhaitées telles que la résistance et la rigidité dans les grands composants.

"Cette méthode ouvre une porte à l'étude non destructive des procédés rapides dans les matériaux, c'est ce qu'attendaient de nombreux groupes de recherche et aussi l'industrie, " dit García Moreno.