一个研究团队在3D X射线成像技术方面取得了新的里程碑。科学家们使用一个紧凑型激光驱动X射线源捕获了一个大型密集物体——燃气涡轮叶片内部的高分辨率CT扫描。该研究是更大愿景的一部分，旨在利用高强度激光进行广泛的应用，从研究惯性聚变能源到生成明亮的GeV电子束和MeV X射线。
由科罗拉多州立大学领导的研究团队在3D X射线成像技术方面取得了新的里程碑。科学家们首次使用紧凑型激光驱动X射线源捕获了一个大型密集物体——燃气涡轮叶片内部的高分辨率CT扫描。
本周发表在Optica上的研究结果描述了这一新放射成像能力背后的科学和工程，以及其对各种行业的潜在好处，从航空航天到增材制造。
该项目是科罗拉多州立大学电气与计算机工程及物理系的研究人员与洛斯阿拉莫斯国家实验室之间的多年合作，还有来自英国AWE的参与。
科罗拉多州立大学的助理教授、这项研究的主要作者里德·霍林杰（Reed Hollinger）表示：“这一演示只是个开始。我们正在使用科罗拉多州立大学建造的ALEPH激光生成极其明亮的X射线源进行高分辨率X射线放射摄影和CT。当我们开发新的设施时，我们的目标是将其提升为能够产生广泛影响的技术。”
该团队的方法提供了一种快速且非破坏性的方式，以获得密集结构内部的详细视图，例如火箭部件和涡轮喷气发动机。随着增材制造的发展，这项新技术可能大大增强质量控制，同时保持3D打印部件的完整性。
科罗拉多州立大学的下一代激光驱动成像
目前的工业CT扫描仪不仅庞大且昂贵，而且产生的图像分辨率仅为毫米级。该团队的激光驱动方法生成一个更小的X射线源，从而在不降低X射线能量的情况下显著提高分辨率。
洛斯阿拉莫斯国家实验室的詹姆斯·亨特（James Hunter）表示：“小点MeV X射线源是改善高分辨率MeV X射线成像的单一最大杠杆。”
这种方法富含物理学，使用聚焦到1021 Wcm-2强度的拍瓦级激光，将电子束加速到几百万伏特，空间范围为几微米——小于人类头发的宽度。电子束中的电子与靶中的重原子相撞，使它们减速并将动能转化为X射线。这些X射线的能量显著高于医院中使用的传统X射线管中的X射线。增加的X射线能量对于穿透像研究中所示的涡轮叶片这样的密集物体是必需的。
霍林杰表示：“对于对比而言，传统医院X射线源的能量仅为数万伏特，而我们的X射线源则为数百万伏特。”
每个X射线脉冲的持续时间仅为数万亿分之一秒，使得能够对以惊人速度移动的物体进行时间分辨放射摄影。
霍林杰表示：“例如，我们将来可能在喷气发动机操作时捕获其内部的高分辨率3D图像。目前，没有其他X射线源可以做到这一点。”
科罗拉多州立大学团队的工作是更大愿景的一部分，旨在利用高强度激光源进行广泛的应用，从研究惯性聚变能源到生成明亮的GeV电子束和MeV X射线。这是研究人员希望借助大学新的先进技术激光应用与科学（ATLAS）设施扩大能力而实现的众多技术之一，该设施预计将在2026年底投入使用。
