基于EST的X射线全场纳米CT方法研究

X-ray full-field nano-CT is one of the most powerful tools for in-situ, non-destructive observation of the inner structure of objects with high resolution. A X-ray nano-CT system has been constructed at the Beijing Synchrotron Radiation Facility(BSRF). As a parasitic facility, the beam time of BSRF is not able to meet the users' demand. Based on the user operation experiences of years at SSRF X-ray imaging beamline, we get to know that lots of user experiments will rely on X-ray full-field nano-CT with 100nm scale resolution. In this project, combining equally sloped tomography, a typical nano-CT system with 100nm resolution is to be developed independently at SSRF. The successful development of such a user oriented full-field X-ray nanoscope would provide a powerful imaging tool for numerous research fields.

X射线全场纳米CT是原位、无损、高分辨获取物质内部三维结构信息的最有效手段之一，北京光源已经建立X射线全场纳米CT系统，由于是兼用模式，机时无法满足大量用户的需求。国家大科学装置上海光源X射线成像线站多年的用户开放经验表明，大量的科学研究对百纳米级分辨的X射线纳米成像系统需求迫切。本项目拟基于上海光源成像线站自行设计、整体集成Ｘ射线全场纳米成像系统，结合等斜率层析（equally sloped tomography，EST）技术，探索基于EST算法实现Ｘ射线全场纳米CT的实验技术，针对提高纳米CT实验效率、改善重建图像质量和有限角度投影数据的精确重建开展研究，在上海光源建立空间分辨为100纳米的X射线全场纳米CT方法，拓展相关线站的综合研究能力，为材料、能源等众多学科领域提供先进的纳米结构表征手段，发挥大科学装置在自主创新中的作用。

X射线全场纳米CT是原位、无损、高分辨获取物质内部三维结构信息的最有效手段之一，大量的科学研究对百纳米级分辨的X射线纳米成像系统需求迫切，本项目针对提高纳米CT实验效率、改善重建图像质量和有限角度投影数据的精确重建开展研究。在项目的资助下，在上海光源成像线站自行设计、整体集成了Ｘ射线全场纳米成像系统。1）为满足Ｘ射线全场纳米成像系统建设的需要，实现关键光学元件的国产化，设计并成功研制了单毛细管椭球镜，基于研制的椭球镜，在上海光源X射线成像线站搭建X射线纳米成像系统并实现成像，表明该椭球镜可满足X射线纳米成像的需求。2）基于自行设计、整体集成的的全场X射线纳米成像装置，以特征尺寸为100nm的分辨率靶作为样品开展了验证试验研究，采用等斜率的方法采集投影，采用EST算法重建图像，得到了测试样品的三维结构。系统旋转中心与重建中心偏离会使重建图像边缘模糊，系统的空间分辨率及测量精度下降的问题，研究了高精度图像配准方法，实现了亚像素级的定位精度，提高了图形重构质量。项目的研究拓展了上海光源成像线站的综合研究能力，为建设专用全场纳米成线站打下来良好的基础。