Vollspektroskopisches Timepix3 CT-System fürUntersuchungen von Materialien auf mesoskopischer Skala

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Hauptziel dieses Vorhabens ist die Entwicklung eines neuartigen, voll spektroskopisch arbeitenden Röntgen-CT-Systems als bildgebendes, materialauflösendes Messinstrument. Dieses ermöglicht sowohl die quantitative Bestimmung dreidimensionaler Deformationszustände von Werkstoffen, als auch die Aufnahme von hochaufgelösten in-vivo Informationen zu biologischen Prozessen in Pflanzen.Hierzu wird eine gänzlich neue Entwicklung im Bereich bildgebender Röntgendetektoren eingesetzt, der voll spektroskopisch arbeitende Timepix3 Chip der Medipix3 Collaboration CERN. Erstmalig werden hier auch bei hohen Photonenflüssen, wie sie für die Radiographie und Computertomographie notwendig sind, alle Photonen einzeln analysiert. Deshalb liefert der Detektor nicht nur Intensitätsinformationen, sondern auch die zugehörige Photonenenergie mit spektroskopischer Auflösung, sowie Ortsinformationen mit Subpixel-Auflösung. Ein großflächiger Timepix3-Detektor ermöglicht damit hochaufgelöste, tomographische Labor-Messungen mit vollständiger Elementinformation und hohem Kontrast auch an Objekten mit sehr geringem Röntgenkontrast. Die Entwicklung, Optimierung und der Einsatz eines großflächigen, CT-kompatiblen Timepix3-Detektors ist ein Schwerpunkt dieses Vorhabens.Dieses Röntgen-CT-System wird um einen Lastrahmen herum aufgebaut, welcher Schub-, Druck- und Zugzustände in einem Probenkörper erzeugt. So wird eine in-situ Erfassung des vollständigen Deformationszustandes eines Materials unter Belastung ermöglicht. Die quantitative Auswertung des Deformationszustandes erfolgt durch Digital-Volume-Correlation Algorithmen, welche die relative Verschiebung einzelner Volumenbereiche zueinander erfassen und deren Genauigkeit durch die zusätzliche Information der Photonenenergie verbessert wird. Eine direkte Beobachtung der Schädigung im Inneren während Belastung bedeutet einen großen Erkenntnisgewinn, weil sämtliche bisherigen werkstoffwissenschaftlichen Vorstellungen von Versagen und Schädigungen bislang auf der Beobachtung der Oberfläche von Werkstoffen oder auf Analyse des versagten Probenkörpers nach Belastung beruhen.