연구원들은 밀도가 높은 물체의 레이저 구동 고해상도 CT 스캔을 최초로 촬영했다

콜로라도 주립 대학이 이끄는 연구팀은 3D X선 이미징 기술에서 새로운 이정표를 달성했습니다. 과학자들은 소형 레이저 구동 X선 소스를 사용하여 크고 밀도가 높은 물체(가스터빈 블레이드)의 내부를 고해상도 CT 스캔한 최초의 과학자입니다.

이번 주 Optica 에 게재된 연구 결과는 이 새로운 방사선 영상 기능의 기반이 되는 과학과 엔지니어링, 그리고 항공우주부터 적층 제조에 이르기까지 다양한 산업에 미칠 수 있는 잠재적 이점에 대해 설명합니다.

이 프로젝트는 영국의 AWE가 참여하는 CSU 전기 및 컴퓨터 공학과와 물리학과, 로스앨러모스 국립연구소의 연구원들 간의 수년간의 협업입니다.

"이 시연은 시작에 불과합니다." CSU의 조교수이자 이 연구의 주 저자인 리드 홀링거가 말했습니다. "저희는 CSU에서 만든 ALEPH 레이저를 사용하여 고해상도 X선 방사선 촬영 및 CT를 수행하기 위해 매우 밝은 X선원을 생성합니다. 새로운 시설을 개발하면서 저희의 목표는 이것을 광범위한 영향을 미칠 수 있는 무언가로 확대하는 것입니다."

이 팀의 접근 방식은 로켓 구성 요소 및 터보젯 엔진과 같은 고밀도 구조 내부의 자세한 뷰를 얻는 빠르고 비파괴적인 방법을 제공합니다. 적층 제조의 성장과 함께, 이 새로운 기술은 3D 인쇄 부품의 무결성을 보존하는 동시에 품질 관리를 크게 향상시킬 수 있습니다.

콜로라도 주립 대학의 차세대 레이저 구동 이미징

현재의 산업용 CT 스캐너는 거대하고 비쌀 뿐만 아니라 밀리미터 단위의 해상도로 이미지를 생성합니다. 이 팀의 레이저 구동 방식은 훨씬 더 작은 X선원을 생성하여 X선의 에너지를 감소시키지 않고도 상당히 더 높은 해상도를 가능하게 합니다.

"작은 점 MeV X선원은 고해상도 MeV X선 이미징을 개선하는 데 잠재적으로 사용할 수 있는 가장 큰 레버입니다." 연구에서 홀린저와 협력한 로스앨러모스 국립연구소의 제임스 헌터의 말입니다.

물리학이 풍부한 이 방법은 1021 Wcm-2의 강도로 초점을 맞춘 페타와트급 레이저를 사용하여 전자 빔을 수 미크론 공간에서 수백만 볼트로 가속합니다. 이는 인간 머리카락의 너비보다 작습니다. 빔의 전자는 대상의 무거운 원자와 충돌하여 속도가 느려지고 운동 에너지를 X선으로 변환합니다. 이러한 X선은 병원에서 사용하는 기존 X선관에서 발견되는 것보다 훨씬 높은 에너지를 가지고 있습니다. 증가된 X선 에너지는 연구에 표시된 터빈 블레이드와 같은 밀도가 높은 물체를 관통하는 데 필요합니다.

"관점에서 보면, 전통적인 병원용 엑스레이 소스의 에너지는 수만 볼트에 불과한 반면, 우리의 엑스레이 소스는 수백만 볼트입니다." CSU의 Walter Scott, Jr. College of Engineering에 속한 Hollinger의 말입니다.

각 엑스선 펄스는 몇 조분의 몇 초 동안만 지속되므로 엄청난 속도로 움직이는 물체의 시간 분해능 방사선 촬영이 가능합니다.

"예를 들어, 언젠가는 제트 엔진이 작동하는 동안 내부의 고해상도 3D 이미지를 캡처할 수 있을 것입니다. 현재로서는 이를 수행할 수 있는 다른 X선원은 없습니다." 홀링거가 말했습니다.

CSU 팀의 작업은 관성 핵융합 에너지 연구부터 GeV 전자와 MeV X선의 밝은 빔 생성에 이르기까지 광범위한 용도로 고강도 레이저 소스를 활용하려는 더 큰 비전의 일부입니다. 이는 연구자들이 2026년 후반에 온라인에 오를 예정인 대학의 새로운 Advanced Technology Lasers for Applications and Science(ATLAS) 시설의 확장된 기능을 사용하여 확장하려는 많은 기술 중 하나입니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/03/250320195310.htm