A novel approach towards hard X-ray submicrometer computer tomography with synchrotron radiation



Documenti analoghi
Laboratorio di Amministrazione di Sistema (CT0157) parte A : domande a risposta multipla

Calcolo efficienza energetica secondo Regolamento UE n. 327/2011 Energy efficiency calculation according to EU Regulation no.

Research Collection. A low-power CMOS Bluetooth transceiver. Doctoral Thesis. ETH Library. Author(s): Beffa, Federico. Publication Date: 2003

SCENE UNDERSTANDING FOR MOBILE ROBOTS

Combinazioni serie IL-MIL + MOT

Broadband Sigma-Delta A/D Converters

Emissions-Controlled Diesel Engine

Università degli studi di Cassino DAEIMI Dipartimento di Automazione, Elettromagnetismo, Ingegneria dell Informazione e Matematica Industriale

EIII. Energy cost analysis in filament melt spinning. Swiss Federal Institute of Technology Zurich. Doctor of Technical Seiences

/. ^y^cr-^a. Bandwidth and Energy Efficiency. Continuous-Phase Modulation. and Coding for. 2?.g. g& presented by Bixio E. Rimoldi. dipl. El. Ing.

ENVIRONMENTAL CONTROL & LEAK DETECTION SYSTEM

TECHNICAL VIEW (04/03/2015)

A dissertation submitted to ETH ZURICH. for the degree of Doctor of Sciences. presented by DAVIDE MERCURIO

Limit con mezzi Ottici

Introduction Pump & Probe Warm Dense Matter Coherent Diffraction Imaging Four Wave Mixing

TRE SMD Carlotta de Bevilacqua, Teresa Caserta 2013

Sezione 1 / Section 1. Elementi d identità: il marchio Elements of identity: the logo

Optimal Modelingand Drug

PERFORMANCE, DURATA E SICUREZZA DA PRIMATO RECORD-SETTING PERFORMANCE, DURABILITY AND SAFETY

T.M. Tecnologie Meccaniche Srl Via dei Pioppi Padulle di Sala Bolognese (BO) ITALY Telefono Fax

Freni idraulici multidisco serie F Hydraulic Multidisc Brakes F Series

Guida all installazione del prodotto 4600 in configurazione plip

Il rilievo 3D dei piccoli oggetti: strumenti, metodi e applicazioni

Finlabo Market Update (17/12/2014)

Photonics for THz Quantum Cascade Lasers

VLSI Circuits for Cryptographic Authentication

Rinnova la tua Energia. Renew your Energy.

! Master!Thesis!! !!!!

ENVIRONMENTAL CONTROL & LEAK DETECTION SYSTEM

Lean Premixed Syngas Combustion for Gas Turbines Applications

MC-E LINE. Excavator attachment

Stereomicroscopi zoom da laboratorio

Dr Mila Milani. Comparatives and Superlatives

The Bright Side of the Dark Universe: Lyα emission from the Intergalactic Medium

StreetLED A. StreetLED B. Outdoor. Outdoor. Esterno / Aree parcheggio / Piazzali Outdoor / Parking areas / Forecourts

Confronto tra le probabilita di interazione tra neutroni termici e raggi X

TACTÒ TASTIERA EFFETTO HALL KEY PAD HALL EFFECT

Nr. Autorizzazione LO/0443/2010

Pericoli e danni connessi alla presenza di luce blu

COMPOSTING FACILITIES AND BIOAEROSOLS AS SOURCES OF LEGIONELLA AND AMOEBAE

Technical Guidelines GON % Italian production. sports car oriented

Research Collection. Statistical decisions based directly on the likelihood function. Doctoral Thesis. ETH Library. Author(s): Cattaneo, Marco E.G.V.

ENVIRONMENTAL CONTROL & LEAK DETECTION SYSTEM

Diffrazione di raggi X

La qualità vista dal monitor

HIGH PRECISION BALLS. 80 Years

Estendere Lean e Operational Excellence a tutta la Supply Chain

GstarCAD 2010 Features

SLIM LINE ACU Slim solutions

La bellezza non è nulla senza l affidabilità Beauty is nothing without reliability

Towards the reliable hybridization of electrochemical capacitors and rechargeable batteries

TECNICHE SPETTROSCOPICHE PER I BENI CULTURALI: SPETTROMETRIA DI FLUORESCENZA X

M/S CERAMICA SCARABEO Località Pian del Trullo Fabrica di Roma (VT), ITALY Fabrica di Roma (VT), ITALY. C. A. Sig.

Introduzione Kerberos. Orazio Battaglia

Hard Disk Drive Duplicator Dock USB 3.0 to SATA HDD Duplicator. StarTech ID: SATDOCK22RU3

WEB OF SCIENCE. COVERAGE: multidisciplinary TIME RANGE: DOCUMENT TYPES: articles, proceedings papers, books

Examples of chemical equivalence

Arcadja Report Nino Caffe

BARREL DETECTOR WHAT HAS BEEN DONE AND WHAT NEXT GIUGNO 2013

ALADIN Design Piero Lissoni

EN IT. Computer Manual. Manuale computer. Console

S C.F.

Infinito Flash Infinito Flash Infinito. Flash

Modeling, design and first operation of the novel double phase LAr LEM-TPC detector

Dissertation for thc dcgree of DOCTOR OF THE NATURAL SCIENCE. ofthe SWISS FEDERAL INSTITUTE OF TECHNOLOGY ZÜRICH, SWITZERLAND.

HDRI (High Digital Range Images)

Buxus Outdoor. Esterno / Illuminazione di facciate Outdoor / Facade illumination

Modeling and Tracking Social Walkers

L importanza del compressore a secco Produciamo aria di qualità. The importance of oil-free compressors We produce quality air

Leddy Architectural LED WALL LIGHT / APPARECCHIO A PARETE 3 LED LED WALL LIGHT / APPARECCHIO A PARETE 9 LED

BVBA POMAC-LUB-SERVICES SPRLKorte Bruggestraat 28 B-8970 Poperinge Tel. 057/ Fax 057/ internet:

~2.5m. ~10m. ~2.5m. 2 Stratos N/P, Akron 1 Retroilluminato. 2 Retroilluminati LED 90x90. 2 Stratos N/P, Akron. 2 Retroilluminati.

RITOR RIcerca per sviluppo Tac ORecchio Proponente: Franco Casali, sezione INFN BO Co-Proponente: Ernesto Lamanna, sezione INFN CS

U Corso di italiano, Lezione Quindici

design by Simone Micheli

Pentair ensures that all of its pumps (see Annex) affected by the above mentioned Regulation meet the 0,1 MEI rating.

copritunnel - rincalzatunnel cover-tunnel - Adjustable ridger for small tunnels

BUILT-IN HOODS COLLECTION

MAIL LE NUOVE APPLIQUE S, L, XL. MAIL is the new wall lamp collection, with indirect light, designed by Alberto Saggia and Valerio Sommella.

ISA ti proietta nel futuro!

Column version with channel profile arm A colonna con braccio in profilato a canalina 162

Mechanisms of neuronal apoptosis and axon growth. presented by. Dipl. accepted on the recommendation of. Valeria Gagliardini. Bioc.hemi.

Painting with the palette knife

I plotter della serie COLORSCAN sono tra i più avanzati sistemi di decorazione digitale

Nonlinear Dynamics in Chemical Systems. Distillation Columns and Aggregation Units.

XRF SEM Micro-Raman. Fluorescenza a raggi X (XRF) S4 Pioneer - Bruker. Analisi elementale qualitativa e quantitativa

Misure di.. FORZA. P = F v

OPERA T. Sistemi telecomandati R/F Remote-controlled R/F systems

WITTUR SPA LIST OF POSSIBLE CONFIGURATIONS FOR REFURBISHMENTS ELENCO DELLE CONFIGURAZIONI DISPONIBILI PER LE MODERNIZZAZIONI / / / / / / / / / / / / /

#theilluminationcollective. Metamorphosi Evo

Solutions in motion.

Quality Certificates

Esperienze nel settore Automotive

TLR05S-350. Extender in corrente costante, 3 x 350mA per TLR04M_

Work flow Elettronica di acquisizione

formati > formats Esagono 15 15x17 (6 x6.7 ) Esagono 5 5x5,7 (2 x2.2 ) Optical Mod. A 15x17 (6 x6.7 ) Optical Mod. B 15x17 (6 x6.

Terzo modulo 2 dicembre 2010 Il progetto èconcluso Valutazione

e-privacy 2012 Open data e tutela giuridica dei dati personali

Pannello Lexan BIPV. 14 Gennaio 2013

Appendice E - Appendix E PANNELLI FOTOVOLTAICI - PHOTOVOLTAIC PANELS

Transcript:

Diss. ETH Nr. 14884 A novel approach towards hard X-ray submicrometer computer tomography with synchrotron radiation Dissertation for the degree of DOCTOR OF THE NATURAL SCIENCES of the SWISS FEDERAL INSTITUTE OF TECHNOLOGY ZURICH, SWITZERLAND presented by MARCO STAMPANONI Dipl. Phys. ETH Born on May 10, 1974 Citizen of Sonvico - TI, Switzerland Accepted on the recommendation of Prof. Dr. P. Niederer, examiner Prof. Dr. P. Rüegsegger, co-examiner Prof. Dr. G. 1. Borchert, co-examiner 2002

Abstract The peculiarity of X-ray tomography is to provide three dimensional volumetrie information of a sample non-destructively. This is of particular interest when studying the physical and chemical composition of biologieal and technical materials. With the advent of high brilliant, third generation synchrotron radiation sourees, the spatial resolution of X-ray tomographie investigations can be scaled down to the micrometer or even submicrometer range while the coherent nature of the radiation extends the traditional absorption imaging techniques towards edge-enhanced or phase-sensitive measurements. Nowadays, the scientific trend is to investigate millimeter-sized specimens at micrometer resolution with both soft (8-15 kev) as well as hard (> 20 kev) X-rays within minutes. The requirements on the detectors in terms of spatial resolution and efficiency are therefore very high. In this work two high performance X-ray detectors are presented, which have been developed and successfully installed at the microtomography station of the Materials Science Beamline at the Swiss Light Source. The first one, based on a scintillating screen optically coupled to a CCD camera, is being used for routine investigations. Different configurations are available, covering a field of view ranging from 715x715 /-lm 2 to 7.15x7.15 mm" with magnifications from 4x to 40x. With the highest magnification 480 lpjmm have been achieved at 10% MTF which corresponds to a spatial resolution of 1.04 pi». A low-noise fast-readout CCD camera transfers 2048x2048 pixels in 250 ms at a dynamic range of 12-14 bits to the file server. Several sinograms and slices are reconstructed "on-line" for quality control purposes. The performance of optically based detectors is restricted by scintillation properties, opticallight transfer and CCD granularity to a practicallimit of one micrometer and a few..' percent efficiency. The second detector presented in this work, called Bragg M agnifier, achieves a breakthrough in this respect. The novel device performs two dimensional magnification in the X-ray regime exploting the weil-known principle of asymmetrical Bragg diffraction from two crossed flat crystals. The instrument has been designed to achieve 2500 lpjmm at 22.75 kev and this goal, which is actually a world first, has been reached 1

with a Si(220) crystal pair with an asymmetrical cut of 8. The integrated refiected power is higher than 90% at energies higher than 20 kev, which means that almost no fiux is loss in the optics. The bright, magnified X-ray image is converted to visible light by a thiek scintillator, increasing the efficiency dramatically without deterring the spatial resolution. The Bragg Magnifier has been successfully operated at energies ranging from 21.1 kev to 22.75 kev producing hard X-rays two-dimensional radiographie projections with magnification factors of 20x20 to 100x100 making submicrometer (voxel-size 100-350 nm 3 ) computer tomography possible. 2

Riassunto La peculiarita della tomografia a raggi X e quella di fornire informazioni volumetriehe tridimensionali di un eampione in maniera non-distruttiva. Questa earatteristiea e di estrema utilitä quando si proeede allo studio della eomposizione fisiea e ehimica di materiali biologici e teenici. Con l'avvento di sorgenti di radiazione di sinerotrone ad alta brillanza, la risoluzione spaziale degli esperimenti di tomografia a raggi X ha potuto essere spinta fino a raggiungere il limite del mierometro od addirittura a superarlo. Inoltre, la natura eoerente della radiazione ha esteso le teeniehe tradizionali basate sull' assorbimento verso la semplice quanta efficiente "evidenziazione degli spigoli" e verso i piu eomplessi eontrasti di fase. Oggigiorno il trend scientifieo propende per l'analisi di ca.npioni di aleuni millimetri di grandezza, eon risoluzioni attorno al micrometro, utilizzando sia raggi X soffiei (8-15 kev) ehe.duri (> 20 kev) da eoncludersi nel giro di aleuni minuti. Queste richieste eostituiseono una vera sfida per 10 sviluppo di rivelatori eorrispondenti alle aspettative. In questo lavoro vengono presentati due detettori ad alte prestazioni per raggi X ehe sono stati sviluppati e sueeessivamente installati eon sueeesso alla stazione di microtomografia della linea di faseio per 10 studio dei materiali della sorgente svizzera di radiazione di sinerotrone. 11 primo detettore, ehe eonsiste in un sottile sehermo scintillante eonnesso ottieamente ad una eamera CCD ad alte prestazioni, eusato attualmente peresperimenti di routine. A disposizione cisono differenti eonfigurazioni ehe rendono aeeessibili eampi visivi varianti da 715x715 pm 2 a 7.15x7.15 mm'' eon ingrandimenti da 4x a 40x. Con l'ingrandimento piu potente sono stati registrati 480 lp/rnm al 10% MTF eorrispondenti ad una risoluzione spaziale di 1.04 uus, Una camera CCD ad alta velocita di lettura e eon un basso livellq.i di rumore trasferisee 2048x2048 pixels in 250 ms eon una gamma dinamiea di 12-14 bits al server d'arehiviazione eentrale per mezzo del quale vengono rieostruiti "on-line" aleuni sinogrammi e sezioni tomografiehe al fine di eontrollare la qualitä dell'esperimento appena effettuato. Le prestazioni di detettori basati su di un sistema ottico sono limitate dalle proprietä di 3

seintillazione degli sehermi impiegati, dal trasferimento ottico della luee e dalla granularitä della eamera CCD ad una soglia pratiea di un micrometro ed ad un' efficienza attorno all, 1-5%. Il seeondo detettore presentato in questo lavoro, ehiamato Bragg Magnifier, e innovativo rispetto a questo aspetto. Esso produee un ingrandimento bidimensionale nel regime a raggi X sfruttando il ben noto prineipio della diffrazione asimmetrica di Bragg prodotta da due eristalli piatti ineroeiati. Lo strumento e stato eoneepito per risolvere 2500 lp/rnm a 22.75 kev e questo obbiettivo, ehe euna prima mondiale, estato raggiunto eon un paio di eristalli di Si(220) eon un taglio asimmetrieo di 8. L'efficienza di riflessione integrale esuperiore al 90% a 20 kev, e ciö signifiea ehe di fatto non sussiste perdita di flusso fotonieo attraverso le ottiche. L'immagine a raggi X ingrandita viene eonvertita a luee visibile grazie ad uno seintillatore deeisamente piü spesso: questo aumenta sensibilmente l'efficienza del rivelatore senza ridurne la risoluzione spaziale. Il Bragg Magnifier e stato utilizzato eon sueeesso ad energie tra 21.1 kev e 22.75 kev ed ha prodotto proiezioni radiografiehe bidimensionali a raggi X eon ingrandimenti tra 20x20 e 100xl00 aprendo le porte alla tomografia eomputerizzata sub-mierometrica eon elementi volumetriei di 100-350 nm". 4