BESSY II：最快速三维断层扫描图像世界纪录保持者

摘要：一个研究团队已在BESSY II的EDDI光束上研发出一个巧妙的精密旋转工作台，并将其与尤为快速的光学系统相结合。这帮助他们创造了一项世界纪录：在金属发泡过程中，能以每秒25张断层图像的扫描速度观察金属颗粒中孔隙的形成。

铝颗粒（灰色）在加热时会变成金属泡沫。文章中记录了其随着时间推移，空隙的演变过程。图片来源：HZB（德国柏林亥姆霍茨研究中心）

材料质量往往取决于生产工艺。例如，在铸造和焊接中，熔化的金属液体凝固速率和由此产生的合金微观结构起着至关重要的作用。该过程中也会产生金属泡沫，这取决于泡沫过程是如何发生的。要想完全搞懂这些过程，需要设备具有快速的传感能力。迄今为止，最快的三维断层图像扫描速度已由德国柏林亥姆霍茨的BESSY II X射线源创造。

Francisco Garcia-Moreno博士和他的研究团队设计了一个转盘，它能以恒定旋转速度在其轴上以极稳定的速度旋转。这实际上取决于其最高的精确度：在旋转轴上的任何旋转，或者在旋转速度上的最小偏差都将阻止对三维断层成像的可靠计算。尽管商业上可行的解决方案只需花费数十万欧元，即可获得每秒20张图片的扫描速度。但柏林的物理学家们能够开发出一种更具经济性的解决方案，并且扫描速度甚至更快。“我在柏林技术大学的两个博士生在车床上亲自制作了标本，” Garcia-Moreno说他不仅喜欢自己动手解决棘手的技术难题，而且也有很多手工艺人的技能。在HZB研讨会上还制作了其他组件。此外，Garcia-Moreno和他的同事Catalina Jimenez博士已在这一工作的初步阶段为快速CMOS相机开发了专门的光学仪器，甚至可以同时进行衍射。这样就可以记录每秒大约2000个投影，总共可以创建25个三维图像。

作为首例，该团队研究铝合金颗粒发现其在加热时会变成金属泡沫。为此，他们在金属颗粒上方安装了一个强大的红外灯，这样就可将样品加热到约650℃。每40ms会产生一个空间分辨率为2.5μm（像素大小）的完整三维断层图像。现在，凭借近400个断层扫描三维图像可对发泡过程进行时间尺度上的详细分析。

Garcia-Moreno解释说：“我们想要更好地了解颗粒中孔隙是如何形成的。还想弄清楚它们是否也能到达颗粒表面、在不同颗粒中这一过程如何变化。”这是一个实际问题，也是工业应用最感兴趣的一点。因为金属化合物颗粒可能会比由金属块制造的泡沫更易填充复杂的形状。然而，如果颗粒在起泡时也紧密地结合在一起，那么模制的部分就只能承受压力。在BESSY II研发出的超快三维断层扫描技术中，可以非常精确地观察到这一点，当然还包括许多其他动态过程。

由于必须拆除EDDI光束线以便将BESSY II升级到BESSY-VSR，Garcia-Moreno已将其他X射线源进行了特定连接，并计划在这些位置进行升级，以实现自己的目标

原文题目：World record: Fastest 3-D tomographic images at BESSY II，由材料科技在线团队翻译整理。