四种CT同步透视核材料

通常，需要进行多项试验才能作出准确诊断。无论是诊断疾病、查找汽车异响、排除计算机故障，还是检测核材料，都可能是这种情况。

如果依次进行这些试验，可能需要等待数天甚至数周。Brookhaven National Library的一个团队开发出一种可同时获取多幅图像的方法，将试验时间缩短至仅数小时。

这一成果近日发表于Journal of Synchrotron Radiation。该方法结合了四种计算机断层扫描（CT）技术，可同时揭示材料的内部结构、化学组成和物理形态。

深入了解：掌握材料在受到辐照、腐蚀、高温和机械应力作用时其性能如何变化，是核工程的关键，无论设计对象是燃料、反应堆部件还是贮存设施。

“受到辐照会使材料发生改变，并改变其结构，在材料内部引入缺陷并使元素重新分布，”BNL的Nuclear Science and Security Department副主任Simerjeet Gill解释说，“通过同时采用这四种技术，我们可以精确确定这些化学变化发生的位置，并将其与材料强度和脆性的变化联系起来。在研究核材料时，我们希望了解的正是这种结构—成分—性能关系。”

论文第一作者、BNL材料科学家Mehmet Topsakal表示：“核反应堆的设计运行寿命为数十年，但我们不能等待这么长时间才了解材料在极端核环境中的耐受情况。”

为了测试其实验装置，研究人员制作了一个样品。按照Topsakal的说法，该样品“什么都有一点”，其中包括不同类型、不同尺寸的金属丝以及不同的粉末材料。

装置：构成核反应堆及其燃料的材料密度较高，需要使用高能X射线（也称硬X射线）穿透这些材料并生成图像。

研究人员在BNL的National Synchrotron Light Source II（NSLS-II）X射线粉末衍射（XPD）束线上建造了这套实验成像装置。XPD首席束线科学家Sanjit Ghose表示：“NSLS-II是世界上少数能够采用一体化方法研究核材料等致密高原子序数材料的设施之一。”

研究人员使用四种成像技术构建样品的三维图像：

- X射线吸收CT，用于揭示物理结构，包括密度变化、空洞和裂纹。

- X射线荧光CT，用于检测样品中的化学元素。

- X射线衍射CT，用于捕捉有序的晶态材料。

- 对分布函数CT，用于捕捉无序的非晶态材料。

Ghose称这套新装置实现了“数量级的提升”。他表示，该装置将“通过增加能够前来使用这一工具的研究人员数量以及我们能够生成的数据量”来提高效率。