XRM là gì?

Kính hiển 3D tia X (XRM) là một thiết bị chụp cắt lớp ba chiều độ phân giải dưới micron ứng dụng trong các phòng thí nghiệm vật liệu, địa chất dầu khí, vật liệu mềm (khoa học sự sống) và điện tử, khảo cổ, khoa học sự sống có thiết kế tương tự một Synchrotron với nhiều thấu kính cho độ phân giải ở nhiều cấp khác nhau. Sigray, tiền thân là hãng Xradia đã đi tiên phong trong áp dụng công nghệ X-ray synchrotron trong phòng thí nghiệm trên rất nhiều các thiết bị mà không chỉ riêng XRM ví dụ như quang phổ huỳnh quang microXRF synchotron siêu nhạy, siêu phân giải cao, quang phổ hấp thụ tia X, XAS ...

Ứng dụng
Ứng dụng chính của XRM là được sử dụng để phân tích đặc điểm cấu trúc 3 chiều độ phân giải cao của các vật liệu như: phân tích mẫu lõi trong dầu khí, vật lý, hóa thạch, khảo cổ, vật lý kỹ thuật, vật liệu tiên tiến, vật liệu mềm (polyme, mô sinh học, vật liệu sinh học), vật liệu, linh kiện điện tử. 

Kích thước mẫu
Do có ứng dụng rất rộng và đa dạng nên kích thước và khối lượng mẫu của XRM có thể từ dưới mm đến vài hàng chục cm đường kính. Các thiết bị XRM thường có bệ mẫu phù hợp với các như linh kiện cơ khí, mẫu thử nghiệm, các buồng môi trường,  các buồng mẫu động học, thẩm thấu, thậm chí có khối lượng lên mẫu đến trên 15 kg hay có đường kính lên đến 200 mm.

Thấu kính và đầu thu trong XRM
XRM thường sử dụng một dãy thấu kính với mâm tự động cho phép chụp cắt lớp đa cấp tomography với nhiều vi trường và độ phân giải khác nhau. Hệ thống có thể tạo ra hình ảnh 3D với độ phân giải tối thiểu 2Kx2Kx2k voxel, 16 bit, với kích thước mỗi điểm ảnh voxel <300 nm hoặc nhỏ hơn.

Độ phân giải không gian
Độ phân giải không gian của XRM thường dưới micron (<0,8 micron) hoặc cỡ nanomet. Chính vì thế, đôi khi thiết bị còn có tên gọi là micro-CT hoặc nano-CT. Đối với một số nghiên cứu, nó có thể đạt được độ phân giải cao với kích thước mẫu tương đối lớn và ở khoảng cách làm việc xa. Với điều kiện thử nghiệm tại chỗ in-situ, nơi mà khoảng cách làm việc có thể lên đến 100 mm, nhà cung cấp phải chứng minh và đảm bảo độ phân giải không gian tốt hơn 2,5 micron (MTF 10%) trên chất chuẩn

Độ tương phản hình ảnh và phản pha:
Đối với các vật liệu có độ nhạy (Z) thấp, chẳng hạn như polyme và pha khoáng vật trong các hạt khoáng đa pha, các mẫu khoa học sự sống thì hình ảnh thu được yêu cầu có độ tương phản và độ phản pha cao. Khi đó các đầu thu dạng dãy phổ năng lượng có khả năng chụp ảnh độ tương phản cao của  hệ thống phải không chỉ có khả năng thu nhận hình ảnh phân giải cao mà còn phải có độ phản pha tốt, đặc biệt là trên các mẫu như hóa thạch hay vật liệu mềm như vật liệu sinh học.

Phần mềm 
Phần mền trong thiết bị XRM là rất quan trọng. Các phân đoạn hình ảnh, hình dung trực quan và phần mềm phân tích phải đủ mạnh và ưu việt để tái xây dựng cấu trúc 3D của mẫu. Ngoài ra, việc sự chính xác trong đo lường bằng phần mềm cũng đòi hỏi cao để đảm bảo hình ảnh 3 chiều thu được phản ánh chính xác nhất đặc điểm của mẫu nghiên cứu.

Tia X trong XRM:
Hệ thống XRM thường sử dụng một chùm tia X-quang nằm ngang, tức là các mẫu được chụp ảnh quay xung quanh một trục thẳng đứng trong khi chụp cắt lớp trên bệ mẫu granite chống rung. Ngày nay, các thiết bị XRM hiện đại ngày càng phát triển, nên việc đặt góc chiếu của tia X, kết hợp với góc xoay của mẫu liên tục tạo ra những phát minh mới để đạt độ phân giải tối ưu cho hình ảnh 3D.

Định vị và xoay mẫu
Các mẫu thường được định vị và thao tác chính xác cao với tối thiểu 4 trục dịch chuyển (x, y, z, theta) và được điều khiển ngoài bằng máy tính. Nguồn phát và đầu thu gắn trên một bệ tự động riêng biệt thích nghi với các mẫu lớn, mẫu cố định để tối ưu hóa độ phân giải và độ tương phản. Khoảng cách dịch chuyển giữa mẫu-nguồn và mẫu-đầu thu có thể đạt đến > 250 mm để đạt được đạt được độ tương phản tối ưu trong kỹ thuật phản pha. Đối với quét chụp cắt lớp, giá mẫu xoay 360 độ, với từng bước góc lựa chọn.

Nguồn X-quang 
XRM sử dụng nguồn khoảng 150 kV với khe mở cho kích thước chùm tia nhỏ <5 micron. Kích thước điểm/chùm tia không phải là một yếu tố hạn chế cho độ phân giải không gian.

Đầu thu
XRM thu nhận ảnh kích thước ảnh tối thiểu 2K x 2K, 16 bit. Kích thước ảnh và độ phân giải không gian trích xuất không bị giới hạn bởi kích thước chùm tia. Kích thước điểm ảnh tối thiếu cho đầu thu là <1 micron. XRM có chức năng đa điểm cho phép tự động chụp cắt lớp vùng lựa chọn và vùng không lựa chọn. 

Trạm xử lý dữ liệu
XRM thường đi kèm với một trạm xử lý dữ liệu cấu hình lớn và siêu mạnh. Đó là một trạm máy tính Workstation đi kèm với bộ vi xử lý và tăng cường phần cứng đồ họa để xây dựng lại chụp cắt lớp nhanh. Kết nối mạng Gigabit được cung cấp cho chẩn đoán từ xa và kiểm soát hệ thống. Cáu hình càng mạng thì thời gian tái tạo cấu trúc ba chiều càng nhanh, thông thường cho một hình ảnh 1Kx1Kx1K là <3 phút. Dữ liệu đầu ra định dạng file gốc yêu cầu là raw hoặc tiêu chuẩn (jpg, tiff, bmp vv).