A grating interferometer for materials science imaging at a second-generation synchrotron radiation source (2010)

Phasenkontrastradiographie und -tomographie mit Rontgenstrahlung wird sehr erfolgreich eingesetzt, um den Kontrast fur schwach absorbierende Materialien zu erhohen. Vor Kurzem wurden Gitterinterferometer entwickelt, die die Phasenkontrastbildgebung von hoch brillanten Strahlungsquellen wie die Synchrotron Quellen der dritten Generation auf nicht koharente konventionelle Rontgenrohren ausweiten. Wahrend dieser Arbeit wurde ein Rontgengitterinterferometer fur den GKSS Wiggler-Messplatz W2 (HARWI II) mit sehr geringer Koharenz am Speicherring der zweiten Generation DORIS am Deutschen Elektronen Synchrotron (DESY,
Hamburg, Deutschland) entworfen und aufgebaut. Der Messplatz ist optimiert fur Bildgebung im Bereich der Materialforschung. Ausgestattet mit einem Rontgengitterinterferometer stellt er den ersten Synchrotronmessplatz dar, der einen Drei-Gitter-Interferometer verwendet, um die Vorteile der Phasenkontrastbildgebung mit monochromatischer Strahlung und hohem Fluss mit einem grosen Sichtfeld zur Untersuchung von Objekten mit Kantenlangen im Zentimeterbereich zu kombinieren. Ein einfaches Verfahren wurde implementiert, das eine verlassliche Angabe der erreichten Ortsauflosung des Gitterinterferometers ermoglicht. Daruberhinaus wurde die Quantitativitat des Aufbaus mit Hilfe einer tomographischen Untersuchung eines selbst-entwickelten Phantoms demonstriert, das aus verschiedenen chemisch gut definierten Flussigkeiten besteht. Die Ergebnisse dieser Messung am neuen Aufbau wurden mit einer ahnlichen Messung verglichen, die an einer konventionellen Rontgenrohre aufgenommen wurde. Beide Messungen zeigen eindrucksvoll, wie prazise mit diesem Verfahren der komplexe Brechungsindex der unterschiedlichen Flussigkeiten in drei Dimensionen bestimmt werden kann. Beispiele von Radiographieaufnahmen von Laser-geschweisten Aluminium- und Magnesiumschweisnahten werden prasentiert, um das Potenzial des neuen Gitter-basierten Aufbaus auf dem Feld der Materialforschung zu demonstrieren. Zusatzlich werden die Ergebnisse von Tomographieaufnahmen von biologischen Weichgewebeproben, wie Gehirn und Herz einer Maus, prasentiert. 
X-ray phase-contrast radiography and tomography enables to increase contrast for weakly absorbing materials. Recently, x-ray grating interferometers were developed which extend the possibility of phase-contrast imaging from highly brilliant radiation sources like third-generation synchrotron to non-coherent conventional x-ray tube sources. During this work an x-ray grating interferometer was designed and installed at low-coherence wiggler source at the GKSS beamline W2 (HARWI II) of the second-generation synchrotron storage ring DORIS at the Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY, Hamburg, Germany). The beamline is dedicated to imaging in materials science. Equipped with the grating interferometer, it is the first synchrotron radiation beamline with a three-grating setup combining the advantages of phase-contrast imaging with monochromatic radiation with very high flux and a sufficiently large field of view for centimetre sized objects. A simple method was implemented to reliably determine the spatial resolution of the grating-based setup. Furthermore, the quantitativeness of the setup was analysed by a tomography scan of a specially constructed phantom consisting of chemically well defined fluids. The results of this scan using the new setup are compared to a similar scan carried out using a grating interferometer with a conventional laboratory x-ray tube source. Both measurements demonstrate the accurate determination of the complex refractive index of the different fluids in three dimensions. Examples of radiography on laser-welded aluminium and magnesium joints are presented to demonstrate the high potential of the new grating-based setup in the field of materials science. In addition, the results of tomographic scans of biological soft tissue samples like the brain and heart of a mouse are presented.