Röntgen / Synchrotron / Neutronen

Sprecher der Methode und Organisationssprecher
Prof. Dr. Tilo Baumbach

ANKA, Forschungszentrum Karlsruhe GmbH

Hermann-von-Helmholtz-Platz 1
76344 Eggenstein-Leopoldshafen
Deutschland

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Weitere Partner der Gruppe

Dr. Timm Weitkamp

European Synchrotron Radiation Facility, Grenoble, Frankreich

Dr. Andreas Danilewsky

Universität Freiburg, Deutschland

Prof. Dr. John Banhart

Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie (HZB) und Technische Universität Berlin

(die Liste wird bald aktualisiert)

Kompetenzen der Imaging-Gruppe bei ANKA

Röntgentomographie
Röntgentopographie
Röntgenlaminographie
Röntgenoptik, Detektoren und Algorithmen

Kompetenzen der Imaging-Gruppe am HZB

Neutronentomographie
Neutronen-Optiken und -Detektoren
Rekonstruktionsalgorithmen
Bildauswertung/-analyse

Skizze der Methode

Synchrotron-Tomographie

Die Synchrotron-Mikrotomographie und –Mikroradiographie sind Verfahren zur zerstörungs-freien Abbildung der inneren Struktur von Objekten. In der Mikrotomographie lassen sich durch die Verwendung von Synchrotronlichtquellen 3D-Abbildungen mit hohen Auflösungen im Submikrometer-Bereich erzeugen. Weitere Merkmale der Synchrotron-Mikrotomographie sind ein hervorragendes Signal-Rausch-Verhältnis und zusätzliche Kontrastverfahren wie das Phasenkontrastverfahren, die Holotomographie und die verbesserte Bildgebung durch Refraktion.

Neutronen-Tomographie

Neutronen-Tomographie und -Radiographie sind zerstörungsfreie Messmethoden zur Untersuchung der inneren Beschaffenheit von Objekten. Bei der Neutronen-Tomographie wird ein dreidimensionales Abbild des Objektes mit einer Ortsauflösung von bis zu 20 µm erzeugt. Neutronen liefern einen zu Röntgenstrahlen komplementären Kontrast, der es ermöglicht, Materialien „sichtbar“ zu machen oder voneinander unterscheiden zu können, wo Röntgenstrahlen an ihre Grenzen kommen. Dies ist etwa bei Wasserstoff- oder Lithiumhaltigen Materialien der Fall, die sich in einer für Röntgenstrahlen schwer durchdringbaren Umgebung befinden (z.B. Metalle oder Gesteine). Darüber hinaus können mit Neutronen kristalline Strukturen oder Texturen sowie magnetische Felder und damit indirekt auch elektrische Stromflüsse untersucht werden.

Anwendungsfelder

Synchrotron-Tomographie:

Biologie und Medizin: Untersuchungen von Zellen bis hin zu lebenden Organismen
Werkstoffkunde: Mikrosystemtechnik (Aufbau- und Klebtechnik), Schaumstoffe, Schäume, Mikroverbundwerkstoffe, In- oder Ex-situ-Untersuchungen zu Materialermüdung, Schmelz- und Erstarrungsprozessen
Biokompatible Materialien, Gestricke
Paläontologie (Fossilien)
Kulturerbe (Gemälde, andere Kunstgegenstände, archäologische Artefakte)

Neutronen-Tomographie:

Werkstoffforschung (z.B. Metalle, Metallschäume)
Visualisierung von Rissen und Hohlräumen in einem Material
Materialveränderungen bei Belastung (Rissentwicklung, chemische Prozesse)
Diffusionsvorgänge in metallischen Legierungen
Materialsegmentierung in Objekten aus Metall und Kunststoffen
Brennstoffzellen-Forschung (Wassertransport)
Wasserstoffspeichermaterialien
Batterieentwicklung (Lithium)
Feuchtigkeit in Materialien/Bauteilen
Wassergehalt und -transport in biologischen Materialien
Pflanzenforschung/Agrartechnik (Wassertransport)
Paläontologie (Fossilien)
Archäologie (Kulturerbe, Artefakte)

Beispiele

Zu den typischen Anwendungen der Mikrotomographie und -radiographie zählen:

die Erkennung von Hohlräumen und Poren in Bauteilen
die Abbildung von Gewebe und anderen weichen Materialien in den Bio- und Lebenswissenschaften
die Analyse der Porenbildung in Metallschäumen und der Entwicklung von Partikelvergröberungen in der Materialwissenschaft
Risswachstumsanalysen
die Charakterisierung von Faserstrukturen, porösen Stoffen und Partikelagglomerationen mittels Mikrotomographie mit anschließender 3D-Bildanalyse
die Untersuchung von Diffusionsprozessen in Geweben
die dimensionale Tomographie zur Erzeugung von Volumenbildern für das virtuelle Materialdesign

Vorteile

Die Röntgenbildgebung ist ein Verfahren zur vielseitigen zerstörungsfreien Untersuchung von Proben. Die Verwendung von Röntgenstrahlen aus Synchrotronstrahlungsquellen bietet dabei wegen der besseren Brillanz im Vergleich zu Labor-Röntgenanlagen spezielle Vorteile, darunter

Ortsauflösung bis in den Sub-Mikrometer-Bereich,
die Möglichkeit zeitaufgelöster Messungen in Echtzeit an dynamischen Vorgängen bis hinunter in den ms-Bereich, z.B. die Abbildung von Kristallwachstum, Rissbildung, Schäumprozessen usw. bei Anwendung verschiedener Parameter,
stark verbesserte Dichteauflösung durch Verwendung monochromatischer Strahlung und/oder Röntgen-Phasenkontrast,
hohen Probendurchsatz dank kurzer Messzeiten aufgrund der hohen Intensität.

Support

Synchrotron-Tomographie:

ANKA-CoS berät zu allen Fragen der Nutzung und bietet maßgeschneiderte Lösungen an. Mit unseren Verfahren unterstützen wir die Industrie.

ANKA Commercial Service Karlsruhe

P.O. Box 3640 76021 Karlsruhe, Germany
Phone: +49 (0) 7247 82 6288

Fax: +49 (0) 7247 82 6287
e-mai: info@anka-cos.fzk.de
internet: www.anka-cos.fzk.de

Neutronen-Tomographie:

Das Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie /(ehemals Hahn-Meitner-Institut) bietet umfassende Beratung und Unterstützung für alle Interessenten und Messgäste aus Wissenschaft und Industrie.

Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie (HZB)
Glienicker Straße 100
D-14109 Berlin
e-mai: info@helmholtz-berlin.de
internet: http://www.helmholtz-berlin.de/index_de.html

Publikationen

Synchrotron-Tomographie:

A. Rack, L. Helfen, T. Weitkamp, A. Danilewsky, R. Simon, D. Lübbert, T. Baumbach "Diffraction and Trensmission Synchrotron Imaging at the German Light Source ANKA - Potential Industrial Applications", AIP Conf. Proc. Application of Accelerators in Research and Industry: 20th International Conference 1099, 878-881 (2009)
L. Helfen, T. Baumbach, D. Kiel, P. Pernot, P. Mikulik, P. Cloetens, J. Baruchel „Three-dimensional Imaging by Synchrotron Radiation Computed Lamonigraphy“ Appl. Phys. Lett. 86, 071915 (2005)
J. Dik, K. Krug, L. Porra, P. Coan, G. Tauber, A. Wallert, A. Coerdt, A. Bravin, M. Elyyan, L. Helfen, T. Baumbach: Relics in Medieval Altarpieces Combining X-ray Tomographic, Laminographic and Phase-Contrast Imaging to Visualize Thin Organic Objects in Paintings”, JSR (2007)
A. Danilewsky, A. Rack, J. Wittge, T. Weitkamp, R. Simon, H. Reisemeier, T. Baumbach: „White beam synchrotron topography using a high resolution digital x-ray imaging detector”, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B 266 (2008) 2035-2040
L. Helfen, T. Baumbach: „Synchrotron-Laminographie für die hochauflösende und zerstörungsfreie 3D-Abbildung lateral ausgedehnter Bauteile und Werkstoffe“
L. Helfen, T. Baumbach, P. Cloetens, J. Baruchel: „Phase Contrast and holographic computed laminography“, Appl. Phys. Lett. (submitted)
F. Xu, L. Helfen, A. Houssaye, P. Tafforeau, A. Moffat, M. Di Michiel, T. Baumbach: „Synchrotron Radiation Computed Laminography- Principles and applications” ANKA User Meeting, 09.-10.10.08 (poster)
L. Helfen, P. Cloetens, M. Di Michiel, and T. Baumbach: “Rapid Tomographic micro-imaging of materials and devices”, IEEE NSS/MIC 2008 Conference, 22-24 October 2008, Dresden (invited talk)
L. Helfen, A. Myagotin, A. Rack, P. Pernot, P. Mikulík, M. Di Michiel, T. Baumbach, Synchrotron-radiation computed laminography for high-resolution three-dimensional imaging offlat devices, Phys. Stat. Sol. 204(2007), 2760
K. Krug, L. Porra, P. Coan, G. Tauber, A. Wallert, J. Dik, A. Coerdt, A. Bravin, M. Elyyan, L. Helfen, and T. Baumbach, “Relics in Medieval Altarpieces. Combining X-ray tomographic, laminographic and Phase-Contrast Imaging to Visualize Thin Organic Objects in Paintings“, J. Synchr. Rad. 15, 55-61 (2008)

Andere Publikationen

Neutronen-Tomographie:

Tomographie und Radiographie allgemein

J. Banhart (Editor)
Advanced Tomographic Methods in Materials Research Oxford University Press (2008), ISBN: 978-0-19-921324-5

Magnetfelder

N. Kardjilov, I. Manke, M. Strobl, A. Hilger, W. Treimer, M. Meissner, T. Krist, J. Banhart
Three-dimensional imaging of magnetic field with polarised neutrons
Nature Physics 4, 399-403 (2008)
I. Manke, N. Kardjilov, M. Strobl, A. Hilger, J. Banhart
Investigation of the skin effect in the bulk of electrical conductors with spin-polarized neutron radiography
Journal of Applied Physics, 104, 076109 (2008)
I. Manke, N. Kardjilov, A. Hilger, M. Strobl, J. Banhart
Dreidimensionale Bildgebung – erstmalige Einblicke in Magnetfelder
Physik in unserer Zeit 4, 166-167 (2008)

Phasenkontrast

M. Strobl, C. Grünzweig, A. Hilger, I. Manke, N. Kardjilov, C. David, F. Pfeiffer
Neutron dark-field tomography

Physical Review Letters 101, 123902 (2008)

M. Strobl, W. Treimer, P. Walter, and S. Keil, I. Manke
Magnetic field induced differential neutron phase contrast imaging
Applied Physics Letters 91, 254104 (2007)

Andere Publikationen

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