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一種可以發(fā)現(xiàn)材料內(nèi)部缺陷的成像新方法  上圖所示，美國(guó)桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的研究員Amber Dagel把校準(zhǔn)樣品加載到實(shí)驗(yàn)室的X射線相位襯度成像機(jī)上。Dagel目前在該實(shí)驗(yàn)室的工作，她是使用X射線相位襯度成像機(jī)進(jìn)行低密度材料研究的主要成員。圖片來(lái)源，桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室。 我們很難得到像骨骼之間的低密度物質(zhì)的X射線圖像，因?yàn)閄射線穿過(guò)這些物質(zhì)時(shí)就像陽(yáng)光穿過(guò)一扇窗戶一樣。但是如果你需要看不是密度高的骨頭的區(qū)域怎么辦？ 桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的研究發(fā)現(xiàn)，無(wú)數(shù)的低密度材料，從疊層機(jī)翼，到泡沫和環(huán)氧樹(shù)脂墊部分。所以實(shí)驗(yàn)室的研究人員借鑒在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的研究領(lǐng)域的精制技術(shù)，即X射線相位襯度成像技術(shù)，從而可以再不用分離物質(zhì)的情況下觀察事物的柔弱的部分。 桑迪亞已經(jīng)能夠在還未導(dǎo)致很嚴(yán)重的損傷情況之前就能夠識(shí)別缺陷部分，因?yàn)椴牧显谟锌p隙和裂紋，或者與表面分離的情況下是會(huì)影響其性能的。例如，利用傳統(tǒng)的X射線，在沒(méi)有去除保護(hù)性銅網(wǎng)時(shí)，是無(wú)法看到機(jī)翼層上的柔性石墨的，這層銅網(wǎng)是為了如果被閃電擊中用于分散能量用的。在核武器部件中，他們看不到非常重要的泡沫和其他材料，而那些材料是以防止沖擊、高壓擊穿和熱應(yīng)力用的。 X射線相襯成像不僅測(cè)量了X射線光子穿過(guò)樣品的數(shù)量，如常規(guī)X射線成像，還測(cè)量了X射線經(jīng)過(guò)后的相位，提供了對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)部界面的全面觀察。 “像塑料，聚合物，泡沫和其他材料等這種低密度材料，這種結(jié)構(gòu)的相位信號(hào)會(huì)比吸收信號(hào)強(qiáng)度要大一千倍（傳統(tǒng)的X射線），”首席研究員Amber Dagel說(shuō)，他們的研究是基于物理的微系統(tǒng)。 X射線相襯成像可以用來(lái)檢查微細(xì)加工包裝、集成電路或微電子機(jī)械部件，也可用于研究陶瓷、聚合物、化學(xué)品或炸藥等。 實(shí)驗(yàn)室的技術(shù)實(shí)現(xiàn)的這種X射線相位襯度成像技術(shù)是在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)完成的，而不需要同步粒子加速器，后者這種昂貴的設(shè)備要一個(gè)足球場(chǎng)大小。 目前的其他技術(shù)還不夠靈敏，無(wú)法區(qū)分材料。“即當(dāng)一個(gè)致密的物質(zhì)混合在一個(gè)低密度材料時(shí)，利用傳統(tǒng)的X光看不出低密度材料，”Dagel說(shuō)。“所以他們不知道這些空隙是否充滿了低密度材料，或者是空氣。” Dagel拿一個(gè)橘子作為實(shí)驗(yàn)材料，橘子是一種低密度材料，她和她的同事們用它來(lái)證明他們的整個(gè)系統(tǒng)。  上圖所示，桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的X射線相位襯度成像系統(tǒng)，適用于實(shí)驗(yàn)臺(tái)上。光源光柵正好位于右側(cè)的X光管前面，形成一系列微小的X射線源，這些射線源向位于環(huán)中的樣品傳播。樣品后面是相位和分析器光柵和探測(cè)器。來(lái)源，桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室 利用常規(guī)X光線，呈現(xiàn)的照片是一片模糊的橙色，沒(méi)有細(xì)節(jié)。而X射線相襯成像則可以清楚地顯示出薄層和髓的區(qū)別，以及這些層與厚漿的區(qū)別。 “當(dāng)光線照射到橙子皮上，光線會(huì)變彎曲一點(diǎn)。當(dāng)它到達(dá)髓質(zhì)時(shí)，光線彎曲的更多一點(diǎn)，然后通過(guò)漿液，它彎向另一個(gè)方向，”Dagel說(shuō)。“每一個(gè)界面，每次樣品內(nèi)部的物質(zhì)變化，都會(huì)使光線稍微彎曲一點(diǎn)。你的樣品的不同部分彎曲不同的光，這種測(cè)量是產(chǎn)生相襯圖像的原因。” |
