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18 jul 2017
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Sandia Labs desarrolla una forma de detectar defectos dentro de materiales difíciles de visualizar.
La investigadora de Sandia National Laboratories, Amber Dagel, sujeta una muestra de calibración para ser cargada en la máquina de imagen de contraste de fase de rayos X de los laboratorios.
Es difícil obtener una imagen de rayos X de un material de baja densidad como lo es el tejido entre huesos, ya que los rayos X pasan a través de ellos como la luz solar a través de una ventana. Pero ¿y si necesita ver este tipo de tejidos?
Sandia National Laboratories estudia miles de materiales de baja densidad, desde capas laminadas en alas de avión, hasta espumas y epóxis que amortiguan montajes. Con este objetivo en mente, Sandia tomó prestada y mejoró una técnica que estaba siendo estudiada por el campo médico, la imagen de contraste de fase de rayos X, para mirar dentro de materiales blandos sin romperlos.
Sandia tiene que ser capaz de detectar los defectos antes de que puedan causar una rotura de graves consecuencias. Por ejemplo, los rayos X convencionales no pueden ver un defecto llamado grafoil en las capas laminadas de un ala de avión sin quitar la malla de cobre protectora. Esta malla de cobre, es la que dispersa sin consecuencias la energia de un rayo en el caso de que alcance al avión. Tampoco pueden ver las espumas y otros materiales críticamente importantes, que protegen contra golpes, roturas y tensiones térmicas en los componentes de armas nucleares.
La radiografía X de contraste de fase, no sólo mide el número de fotones de rayos X que pasan a través de la muestra, como en la radiografía convencional, sino también la fase de los rayos X después de su paso, ofreciendo una visión completa de las interfases dentro de una estructura. "Para materiales de baja densidad como plásticos, polímeros, espumas y otros encapsulantes, esta señal de contraste de fase puede ser mil veces mayor que la señal de absorción (de rayos X convencional)", dijo el investigador principal Amber Dagel, quien estudia microsistemas físicos. Las imágenes de contraste de fase de rayos X podrían utilizarse para inspeccionar los envases de microfabricación, circuitos integrados o componentes microelectrónicos y podrían utilizarse para estudiar cerámicas, polímeros, productos químicos o explosivos. La técnica de Sandia logró imágenes de rayos X de contraste de fase, en un laboratorio sin un sincrotrón, una pieza costosa del equipo del tamaño de un campo de fútbol. Se necesita una técnica más sensible Otras técnicas actuales no son lo suficientemente sensibles como para distinguir entre materiales. "Tienes un material denso mezclado con un material de baja densidad, y los rayos X tradicionales no pueden ver ese material de baja densidad", dijo Dagel. "Así que no es posible saber si los huecos están llenos de materiales de baja densidad o de aire". Por ejemplo, una imagen de rayos X convencional de una naranja es difusa, sin detalles. Sin embargo, la imagen de contraste de fase de rayos X muestra claramente las diferencias entre las capas delgadas de cáscara y médula y cómo se ven esas capas comparadas con la pulpa gruesa. "Cuando la luz llega a la cáscara, se dobla un poco. Golpea la médula y se dobla un poco más, luego pasa a través de la pulpa, y dobla otra dirección ", dijo Dagel. "Cada interfase, o cada vez que el material cambia dentro de la muestra, dobla la luz un poco. Diferentes partes de la muestra que se está analizando, doblan la luz de manera diferente y esta medición es lo que da lugar a la imagen de contraste de fase ". Las rejillas, componentes ópticos que parecen racimos de barras paralelas verticales, crean interferencia en el haz de rayos X, como un interferómetro, combinando fuentes de luz para crear un patrón de interferencia que puede medirse. Estas rejillas son críticas para esta tecnología y usarlas en más altas energías "nos permitirá ver más muestras más densas o más grandes", comentó Dagel. Son difíciles de fabricar, pero Dagel dijo que el equipo de micromecanizado de Sandia, dirigido por Christian Arrington, los hace muy uniformes hasta 4 pulgadas cuadradas. El tamaño de la rejilla determina cuánto de una muestra se puede ver a la vez. La mayoría de los otros grupos que estudian contraste de fase de rayos X están estudiando la técnica de imágenes médicas, mientras que Sandia está estudiandola para aplicaciones en ciencia de materiales.
Sandia opina que esta tecnología tendrá un enorme impacto, tanto para la investigación como para el control de calidad en la manufactura.
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Iluminando el estudio de materiales de baja densidad
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