Rtg tomografie – první zkušenosti

J. Drahokoupil, A. Školáková, J. Pinc

Fyzikální ústav, Akademie věd České Republiky, Na Slovance 2, 182 21 Praha 8, Česká Republika

draho@fzu.cz

Začátkem letošního roku byl ve Fyzikálním ústavu uveden do provozu rentgenový tomograf ZEISS Xradia 610 Versa, viz obr. 1. V příspěvku bych se rád věnoval mým prvním zkušenostem nejenom s tímto tomografem, ale i z tomografií obecně.

Obrázek. 1. Vnitřek tomografu Xradia 610 Versa.

Princip měření je na tomto tomografu založen na kombinaci několika stovek až tisíců snímků s různou orientací vzorku kolem vertikální osy. Jako zdroj záření je zde použita wolframová anoda s volbou urychlovacího napětí od 30 do 160 kV. Čím je větší napětí tím má spektrum vlnových délek větší část v tvrdší části spektra, a tedy dochází obecně k menší absorpci záření ve vzorku. Pro modifikaci spektra je možné použít i sadu absorpčních filtrů které se umísťují na zdroj záření. Pro představu lze říci, že např. hořčíkové vzorky lze měřit až o tloušťce několika málo centimetrů, zatímco u vysokoentropických slitin obsahující těžší kovy narážíme na problémy u vzorků o tloušťce několika málo milimetrů. Náš tomograf je vybaven objektivy se zvětšením 4x a 20x a v ideálním případě dosahuje rozlišení až 200 nm na voxel.  Dosažitelné rozlišení je dáno také velkostí a tvarem vzorku (vzdálenosti mezi studovanou oblastí na vzorku a zdrojem záření) a jeho absorpčními vlastnostmi, protože s větším zvětšením objektivu se na detektoru používá tenčí detekční vrstva a tvrdší složky záření se hůře detekují.

Z principu metody je zřejmé že velmi dobře pozorovatelné jsou póry, či kontrast mezi vzduchem a materiálem. Jako ilustrativní příklad zde uvádím řez strukturou vlašského ořechu, obr.2. Zajímavější je již pohled na mikrostrukturu vzorku obsahujícím fáze s menším absorpčním kontrastem, viz. např. dendritická mikrostruktura v lité vysokoentropické slitině na obr 4.

Praktické zkušenosti ukazují, že pokud umístíme vzorek velkými plochami rovnoběžně či kolmo na osu otáčení dochází k nežádoucím artefaktům ve výsledném 3D obraze. Je proto vhodné umístit vzorek pod úhlem. Jako dobrý nástroj se ukázala 3D tiskárna, na které si celkem snadno můžete vytvořit držáček na míru, viz obr 3. Další výhodou umístění běžného vzorku ve tvaru kvádru tak aby byl špičkou nahoru a v ose otáčení je ten, že můžete studovat silně absorbují vzorky bez nutnosti jejich řezání. Což je v duchu rtg tomografie jako nedestruktivní metody, která nám umožňuje nahlédnout do vnitřní struktury materiálu.

Obrázek 2. Řez vnitřní strukturou vlašského ořechu.

Obrázek 3. Držáček vzorku a vzorek vysokoentropické slitiny o rozměrech 5x5x3 mm.

Obrázek 4. Řez špičkou vzorku z obr. 3. Velikost pixelu cca 1.5 μm.