Исследователи из Университета штата Колорадо (CSU) совершили прорыв в области визуализации плотных объектов, впервые получив высокоразрешающие компьютерные томографические (КТ) снимки внутренней структуры лопатки газовой турбины с использованием компактного лазерного источника рентгеновского излучения. Результаты этого инновационного исследования были опубликованы в научном журнале "Optica".
Данный проект является результатом многолетнего сотрудничества между кафедрами электротехники, вычислительной техники и физики Университета штата Колорадо, Национальной лабораторией Лос-Аламоса и британской компанией AWE. Ведущим автором исследования выступил Рид Холлингер, доцент CSU, а одним из ключевых сотрудников проекта стал Джеймс Хантер из Национальной лаборатории Лос-Аламоса.
Технология основана на использовании лазера ALEPH, разработанного в CSU, который генерирует чрезвычайно яркие источники рентгеновского излучения. Лазер петаваттного класса фокусируется до интенсивности 10^21 Вт/см², что позволяет ускорять электронный пучок до нескольких миллионов вольт на расстоянии всего в несколько микрон (меньше ширины человеческого волоса). При столкновении этих электронов с тяжелыми атомами их кинетическая энергия преобразуется в рентгеновское излучение.
Особенность этой технологии заключается в энергии и длительности рентгеновских импульсов. Энергия составляет миллионы вольт, что значительно превышает показатели медицинских рентгеновских аппаратов (десятки тысяч вольт). Длительность импульса измеряется триллионными долями секунды. Благодаря этому создается более компактный источник рентгеновского излучения, обеспечивающий более высокое разрешение без снижения энергии.
По сравнению с существующими промышленными КТ-сканерами, которые отличаются массивностью, высокой стоимостью и разрешением лишь на миллиметровом уровне, новый подход обеспечивает более высокое разрешение и неразрушающую визуализацию плотных структур. Потенциально эта технология способна создавать высокоразрешающие трехмерные изображения работающих реактивных двигателей.
Области применения новой технологии включают аэрокосмические компоненты, турбореактивные двигатели и контроль качества в аддитивном производстве (3D-печати). Возможность неразрушающего анализа внутренней структуры сложных и плотных объектов открывает новые горизонты для промышленной диагностики и контроля качества.
Разработка является частью более широкого видения применения лазеров высокой интенсивности. Планируется масштабирование технологии с использованием нового объекта CSU — Центра передовых лазерных технологий для приложений и науки (ATLAS), который должен начать работу в конце 2026 года.
Изображение носит иллюстративный характер
Данный проект является результатом многолетнего сотрудничества между кафедрами электротехники, вычислительной техники и физики Университета штата Колорадо, Национальной лабораторией Лос-Аламоса и британской компанией AWE. Ведущим автором исследования выступил Рид Холлингер, доцент CSU, а одним из ключевых сотрудников проекта стал Джеймс Хантер из Национальной лаборатории Лос-Аламоса.
Технология основана на использовании лазера ALEPH, разработанного в CSU, который генерирует чрезвычайно яркие источники рентгеновского излучения. Лазер петаваттного класса фокусируется до интенсивности 10^21 Вт/см², что позволяет ускорять электронный пучок до нескольких миллионов вольт на расстоянии всего в несколько микрон (меньше ширины человеческого волоса). При столкновении этих электронов с тяжелыми атомами их кинетическая энергия преобразуется в рентгеновское излучение.
Особенность этой технологии заключается в энергии и длительности рентгеновских импульсов. Энергия составляет миллионы вольт, что значительно превышает показатели медицинских рентгеновских аппаратов (десятки тысяч вольт). Длительность импульса измеряется триллионными долями секунды. Благодаря этому создается более компактный источник рентгеновского излучения, обеспечивающий более высокое разрешение без снижения энергии.
По сравнению с существующими промышленными КТ-сканерами, которые отличаются массивностью, высокой стоимостью и разрешением лишь на миллиметровом уровне, новый подход обеспечивает более высокое разрешение и неразрушающую визуализацию плотных структур. Потенциально эта технология способна создавать высокоразрешающие трехмерные изображения работающих реактивных двигателей.
Области применения новой технологии включают аэрокосмические компоненты, турбореактивные двигатели и контроль качества в аддитивном производстве (3D-печати). Возможность неразрушающего анализа внутренней структуры сложных и плотных объектов открывает новые горизонты для промышленной диагностики и контроля качества.
Разработка является частью более широкого видения применения лазеров высокой интенсивности. Планируется масштабирование технологии с использованием нового объекта CSU — Центра передовых лазерных технологий для приложений и науки (ATLAS), который должен начать работу в конце 2026 года.
