科技日?qǐng)?bào)記者 劉霞

來(lái)自美國(guó)科羅拉多州立大學(xué)、洛斯阿拉莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室等機(jī)構(gòu)的科學(xué)家，利用激光器產(chǎn)生的高能緊湊X射線源，首次對(duì)大型致密物體內(nèi)部實(shí)現(xiàn)高分辨率無(wú)損CT掃描。這項(xiàng)技術(shù)突破有望在航空航天、增材制造等多個(gè)領(lǐng)域大放異彩。相關(guān)研究論文發(fā)表于《光學(xué)》雜志。

研究團(tuán)隊(duì)使用科羅拉多州立大學(xué)研發(fā)的ALEPH激光器，生成強(qiáng)度高達(dá)1021瓦/平方厘米的拍瓦級(jí)激光。這些高能激光在幾微米距離內(nèi)，將一電子束加速到極高速度。電子束內(nèi)的高速電子與標(biāo)靶內(nèi)的重原子發(fā)生碰撞，導(dǎo)致電子減速并將自身的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為極其明亮的X射線。

醫(yī)院目前使用的X射線源能量?jī)H為數(shù)萬(wàn)電子伏特，而研究使用的X射線源能量高達(dá)數(shù)百萬(wàn)伏特，且每個(gè)X射線脈沖只持續(xù)數(shù)萬(wàn)億分之一秒，這使得他們能利用這些高能X射線進(jìn)行高分辨率X射線成像以及計(jì)算機(jī)斷層掃描。

而目前工業(yè)使用的CT掃描儀體積大、成本高，且只能產(chǎn)生毫米級(jí)分辨率圖像。新的激光驅(qū)動(dòng)方法可讓X射線源更小，在不降低X射線能量的情況下實(shí)現(xiàn)更高分辨率成像。

研究團(tuán)隊(duì)表示，新型光源能量提升了兩個(gè)數(shù)量級(jí)，在不破壞物體結(jié)構(gòu)的情況下，可清晰呈現(xiàn)火箭零件、噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片等致密且復(fù)雜結(jié)構(gòu)內(nèi)部的詳細(xì)視圖。科學(xué)家可借助這一技術(shù)，在噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)實(shí)時(shí)捕獲其內(nèi)部的高分辨率3D圖像。而且，隨著增材制造技術(shù)不斷向前邁進(jìn)，這項(xiàng)技術(shù)有望大大提高3D打印物品的質(zhì)量。

研究團(tuán)隊(duì)期待高強(qiáng)度激光源能應(yīng)用于更多領(lǐng)域，從研究慣性聚變能到產(chǎn)生能量高達(dá)吉電子伏特的電子束等。