美国研究人员首次用激光对高密度物体进行CT扫描

美国科罗拉多州立大学的一个研究小组实现了三维X射线成像技术的新里程碑。科学家们首次利用激光驱动的紧凑型X射线源捕捉到了大型致密物体（燃气轮机叶片）内部的高分辨率 CT扫描图像。这些研究成果发表在《光学》杂志上，描述了这种新型射线成像能力背后的科学和工程技术，以及它对从航空航天到增材制造等一系列行业的潜在好处。

该项目是该校电子与计算机工程系和物理系的研究人员与洛斯阿拉莫斯国家实验室之间长达数年的合作项目。“这次演示只是一个开始，”该校ECE系助理教授、研究主要作者Reed Hollinger评论说，“我们正在使用CSU制造的ALEPH激光器产生极亮的X射线源，以进行高分辨率X射线放射摄影和CT扫描。随着新设施的开发，目标是将其提升为能产生广泛影响的设备。”

团队的方法提供了一种快速、非破坏性的方式来获取密集结构内部的详细视图，例如火箭部件和涡轮喷气发动机。随着增材制造技术的发展，这项新技术可以大大加强质量控制，同时保持3D打印部件的完整性。

激光驱动成像
目前的工业CT扫描仪不仅体积庞大、成本高昂，而且所产生的图像分辨率只有毫米级。该团队的激光驱动方法能产生更小的X射线源，在不降低X射线能量的情况下显著提高分辨率。

来自洛斯阿拉莫斯国家实验室的James Hunter说：小型点MeV X射线源是提高高分辨率MeV X射线成像的最大潜在杠杆。这种方法蕴含着丰富的物理学知识，它使用一台功率为 1021Wcm-2 的帕瓦级激光器，在空间几微米的范围内将一束电子加速到几百万伏。

光束中的电子与目标中的重原子碰撞，使其减速并将动能转化为X射线。 这些X射线的能量大大高于医院使用的传统X射线管中的X射线。要穿透研究中所示的涡轮叶片等致密物体，就必须提高X射线的能量。传统医院X射线源的能量只有几万伏，而新系统的X射线源则有几百万伏。

每个X射线脉冲只持续几万亿分之一秒，因此可以对以惊人速度运动的物体进行时间分辨射线摄影。“例如，有朝一日我们可以捕捉到喷气发动机运行时内部的高分辨率三维图像。目前，还没有其他X射线源可以做到这一点。”

从研究惯性聚变能量到产生GeV电子和MeV X射线的明亮光束，该团队的工作是利用高强度激光源实现广泛用途的更大愿景的一部分。这是研究人员旨在利用CSU新的先进技术激光应用与科学设施的扩展能力来提升的众多技术之一，该设施将于2026年底投入使用。