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역사적으로 금속은 구조를 보고 가공이 진화에 어떤 영향을 미치는지 추론하기 위해 절단되고 연마됩니다. 이제 프로톤 방사선 촬영을 사용하여 금속을 파괴하지 않고 가공 중에 금속을 들여다볼 수 있습니다. 가공과 구조 사이의 연결을 이해하는 것이 중요한 이유는 구조가 엔지니어링 재료의 특성에 깊은 영향을 미치기 때문입니다. 싱크로트론 X선 방사선 촬영을 통해 금속 응고를 실시간으로 엿볼 수 있습니다. 그러나 X선 에너지는 소량 및 저밀도 금속의 검사에 유리합니다. 여기서는 처음으로 고에너지 양성자 방사선 촬영을 사용하여 큰 금속 부피(>10,000mm)를 이미징합니다3) 용융 및 응고 중. 또한 소량(<1mm)의 보완적인 X선 결과도 보여줍니다.3), 네 자릿수를 연결합니다. 실시간 이미징을 통해 효율적인 공정 개발과 구조 진화를 제어하여 의도한 특성을 가진 재료를 만들 수 있습니다. 또한 실험적으로 정보에 입각한 예측 구조 및 프로세스 모델을 개발할 수 있습니다.
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소개
자연 현상의 이미지화는 종종 알려지지 않은 진실을 드러내고 우리의 과학적 관점을 변화시킵니다. 1800년대 후반 한 내기에서 영감을 받은 에드워드 제임스 무이브리지(Eadweard James Muybridge)는 네 개의 발굽이 동시에 땅을 떠나는지 확인하기 위해 말이 달리는 모습을 필름에 담고자 했습니다1. 그의 이미지 시퀀스는 처음으로 이 현상을 확인했으며, 궁극적으로 동물의 움직임을 연구하는 그의 경력으로 이어졌습니다1,2,3. 마찬가지로, Wilson A. Bentley는 40년 이상의 경력을 통해 5,000개 이상의 다양한 결정질 눈송이를 이미지화하여 눈송이 구조의 놀라운 변화를 보여주었습니다4,5,6,7,8. 1895년 11월, 빌헬름 콘라트 뢴트겐(Wilhelm Conrad Röntgen)은 엑스레이를 발견했는데, 이는 엑스레이의 침투를 통해 엑스선(또는 방사선 사진) 정적 이미징을 통해 인체나 물질의 내부를 비파괴적으로 조사할 수 있기 때문에 물리학과 의학에 즉시 혁명을 일으켰습니다9,10,11,12. 오늘날, 응고 중 소량 및 저밀도 금속의 실시간 이미징은 전 세계 사용자 시설에서 사용할 수 있는 선명한 싱크로트론 X선 소스를 사용하여 가능합니다13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33. 우리는 양성자 방사선 촬영이 유사한 방식으로 응고 과학에 혁명을 일으킬 수 있는 잠재력을 가지고 있음을 보여줍니다.
순수한 금속은 단일 온도에서 응고되는 반면 금속 합금은 다양한 온도와 조성에서 응고됩니다. 가상의 희석 이원 합금의 경우, 액체 및 고체 상태에서 용질의 평형 농도는 주어진 온도에 대해 정의됩니다. 그러나 반응이 다양한 온도에서 발생하기 때문에 평형 조건은 응고 중에 지속적으로 변하므로 국소 계면 평형만 유지되고 계면에 가까운 용질 환경은 고체 및 액체 상의 상대적 질량 수송 속도에 의해 결정됩니다. 많은 시스템에는 하나의 액체 용액만 있으며 액체 상태에서의 수송은 고체상의 확산에 대해 빠릅니다. 고체상에서 용질의 용해도는 일반적으로 온도가 낮아짐에 따라 증가하지만 고체 상태 확산이 너무 느려서 고체를 평형화할 수 없으므로 액체는 용질에서 농축됩니다. 온도 구배, 농도 구배 및 성장 속도는 계면 형태를 결정하고 눈송이의 팔과 같은 분지 수지상 구조(즉, 수상돌기)와 같은 패턴 형성을 초래할 수 있습니다. 알루미늄-인듐(Al-In) 합금 시스템과 같이 여러 개의 비혼화성 액체상이 존재하는 시스템에서는 유사한 용질 스택업이 발생할 수 있지만 성장하는 고체상의 계면 안정성 조건이 변경됩니다.
응고 파라미터의 조작은 단결정을 성장시키거나 주조에서 구조 진화 및 미세 분리를 제어하는 데 중요하며, 다운스트림 처리 후 가능한 특성에 대한 단계를 설정하는 데 중요합니다. 대규모 매개변수는 주조 설계에 의해 제어되며, 여기에는 고도로 엔지니어링된 용융 흐름 패턴, 금형 충전 중 열 전달 및 응고 반응의 진행이 포함될 수 있습니다. 궁극적으로, 이 초기 가공 경로는 결함(예: 치수 공차, 조성 분리 또는 공극 형성)의 존재와 미세한 위상 배열(후속 열-기계 처리(예: 열처리 및 단조) 후에도 유지되는 특성)에 영향을 미쳐 주조의 전반적인 품질을 결정합니다. 주물을 설계하는 현재의 방법은 파괴적인 특성화 기술 및 경험적 모델링과 함께 실험적 시험을 통합합니다. 사후 구조 평가는 일반적으로 고온에서 발생한 현상을 추론하는 데 사용되지만 금속 합금 응고에 대한 직접적인 관찰은 제한적입니다. 더 중요한 것은 유체 흐름 및 응고 시퀀스를 시뮬레이션하기 위해 상업적으로 사용 가능한 도구는 일반적으로 유한 요소 기반이며 구조적 결과를 시뮬레이션하기 위해 주로 후처리 및 경험적 관계에 의존한다는 것입니다. 그러나 가공 중 금속 합금의 실시간 모니터링을 통해 이제 유한 요소와 결합하고 미시적 및 거시적 체계를 연결하는 예측 구조 진화 모델을 개발하는 데 필요한 파라미터 변화에 대한 반응을 직접 조사할 수 있습니다. 또한 공정 개발 중에 구조 진화와 최적의 특성 생성을 제어하기 위해 직접 합성 및 처리를 가능하게 합니다.
결과
로스앨러모스 국립연구소(LANL)의 로스앨러모스 중성자 과학 센터(LANSCE)에는 강력한 800메가전자볼트(MeV) 양성자 선형 가속기(LINAC)가 있습니다. 최신 양성자 방사선 촬영은 동적(폭발적으로 구동되는) 재료 연구를 위한 다중 프레임 플래시 방사선 촬영에 800MeV 양성자를 사용하기 위해 LANL에서 발명되었습니다34,35,36. 프로톤 방사선 촬영(pRad)은 투사된 이미지를 생성한다는 점에서 X선 방사선 촬영과 유사합니다. 그러나 pRad는 X선 대신 양성자를 사용하여 동적 거동을 직접 조사하고 이미지화합니다. 콜리메이터는 양성자 이미징 시스템의 푸리에 평면에 배치되어 지정된 각도 범위로 흩어져 있는 양성자를 제거하여 양성자 방사선 사진에서 대비를 생성합니다. 시준은 200mg/cm의 시료 밀도에 해당하는 다양한 물체 두께에 대한 이미지 대비를 최적화하도록 조정할 수 있습니다.2 50g/cm까지2. 이 기술은 수년에 걸쳐 최적화되었으며 동적 실험 중 100ns의 일반적인 노출 시간으로 ~1% 밀도 분해능을 달성합니다37. 800MeV에서 양성자 이미지 해상도는 자기 이미징 렌즈와 검출기 시스템의 해상도에 의해 초점이 맞춰진 양성자의 색수차에 의해 제한됩니다. 이러한 효과를 극복하기 위해 magifying imaging lens는 색수차를 줄이고 물체와 감지 시스템 사이에 배치되는 배율을 높이도록 설계되었습니다38. 이렇게 하면 색수차를 줄이고 시야를 실험 관심 영역으로 확장하여 시스템의 해상도를 향상시킵니다. 이러한 개선은 65μm의 공칭 공간 해상도를 가진 X3 돋보기 시스템을 사용한 성능 측정을 통해 입증되었습니다39. 초 단위의 노출 시간은 벌크 응고를 이미징하는 데 합리적이며 pRad에서 쉽게 달성할 수 있습니다. 우리는 처음으로 pRad를 사용하여 X3 확대경을 사용하여 두꺼운(2–6mm) 섹션과 상당한 시야(~44 × 44mm)에서 벌크 금속 합금 용융 및 응고를 직접 이미지화하여 몇 분에서 몇 시간에 이르는 시간에 걸쳐 촬영했습니다. LANSCE는 벌크 재료 연구에 매우 적합합니다.
여기에서는 Al-In 합금 시스템에서 용융 및 응고 실험 결과를 제시합니다. 주변 압력, 평형 위상 다이어그램40 는 그림 1에 나와 있습니다. 합금 조성 Al-4.7 at.% 에서, monotectic 반응 L → 알루미늄S + 엘2 636.5 °C에서 발생합니다. hypermonotectic 합금 조성물 (4.7 at.% In 이상)의 경우, 두 개의 비혼화성 액체, L이 존재하는 다양한 조성 및 온도가 존재합니다.1 + 엘2, 공존합니다. 위상 다이어그램의 이 영역은 혼화성 갭(miscibility gap)으로 알려져 있습니다. 우리는 인듐이 풍부한(In-rich) L의 분획을 생성하려는 의도로 금속 합금 용융 및 응고의 현장 특성 분석을 위해 합금 조성에서 초단일텍틱 Al-10을 선택했습니다.2 대다수의 알루미늄이 풍부한(Al-rich) L과 구별할 수 있는 액체 방울1 고온에서 액상. 이 두 가지 혼합되지 않는 액체 상 사이의 밀도 차이를 감안할 때41, L 연구에 충분한 대비를 사용할 수 있습니다.1/엘2 방사선 촬영을 사용한 유체 흐름. 고체-액체 계면의 모니터링도 가능합니다.
그림 1
Al-In 합금 시스템의 평형 위상 다이어그램40 단일구조 반응을 겪는 L → AlS + 엘2 (파란색으로 표시) 온도 636.5 °C에서. 두 개의 비혼화성 액체, L1 + 엘2 (빨간색으로 표시), 다양한 온도 및 조성에 걸쳐 공존합니다.
여기에서 연구된 공칭 합금 조성, Al-10 at.% In은 녹색 점선으로 강조 표시됩니다.
pRad는 두꺼운 샘플(및 대량)을 조사할 수 있으며, 이는 주조 또는 유체 흐름과 같은 본질적으로 3차원 문제를 연구하는 데 유리합니다. 또한 에너지 및 시료 형상 제한을 감안할 때 X선으로는 불가능할 수 있는 가공 중 고밀도 금속 합금을 조사할 수 있습니다. 벌크를 미세한 응고 거동에 연결하는 것에 대한 우리의 관심을 감안할 때, 우리는 두꺼운 단면을 검사하기로 결정했습니다. 용융 및 응고 중 Al-10 at.% In의 첫 번째 pRad 비디오 시퀀스(보충 정보 비디오 S1 참조)에서 선택한 일련의 이미지가 6mm 두께의 섹션에 대해 그림 2에 나와 있습니다. 이 큰 단면 크기는 대량 분석을 가능하게 하여 주조와 관련된 중간 길이 및 거시 길이 스케일을 조사할 수 있습니다. 용융은 위에서 아래로 진행되고 더 큰 In-rich 영역은 주변 고체 알루미늄의 액화 중에 방출됩니다. 더 조밀한 In-rich L의 큰 볼륨2 액상(이미지의 어두운 대비)은 중력으로 인해 용융되는 동안 고체-액체 계면에 가깝게 유지되는 경향이 있습니다. In-rich 지역의 병합도 관찰됩니다. 에서 부유한 액체의 정밀한 작은 물방울은 대다수 L 내의 현탁액 그리고 교류에서 남아 있다1 액상, 결국 고온에서 용해됩니다. 그러나, 분야의 분야에 있는 합금의 평균 조성은 명목상 Al-10에 관하여 희박하게 된다.% 때문에 녹기 후에 조성에서 에서 부유한 L2 액상 침전, 단일텍틱 조성(4.7 at.% In)에 더 가깝게 이동. 본질적으로, In-rich 퇴적층 형태의 거시적 분리는 도가니의 바닥에 존재합니다. 이러한 현상은 초단일텍틱 합금을 주조하는 것을 어렵게 만듭니다21,22년.
그림 2
6mm 두께의 Al-10에서 용융(상단 이미지) 및 응고(하단 이미지)의 최초의 양성자 방사선 촬영 시퀀스에서 선택한 이미지.
더 인리치 L2 액체 위상이 어둡게 나타납니다. monotectic 반응은 더 조밀한 In-rich L의 거시적 규모의 침전 때문에 응고 중에 관찰됩니다.2 액체상은 용융 중에 발생합니다. 해당 비디오(보충 정보 비디오 S1)는 용융 및 응고 과정을 보여줍니다.
고체-액체 계면의 발전은 대표적인 응고 시퀀스 이미지에 나타나 있습니다. 고체-액체 계면은 수직 방향으로 약 200μm/s의 평균 성장 속도로 전진합니다(전체 열 흐름 방향과 역평행). 성장 속도는 실제로 도가니의 가장자리에서 열을 추출하기 때문에 시야의 가장자리에서 중심까지 다소 다양하며, 이는 계면 모양에 반영됩니다. 이 이미지는 또한 응고 중 단일구조 반응을 강조하고 중간 규모의 단일구조 콜로니의 공간 분포를 보여줍니다. pRad 이미지(그림 2)에서 관찰된 더 어두운 줄무늬는 더 높은 부피의 인듐 분율을 포함하는 콜로니 경계를 통한 투영에 해당합니다. pRad 연구를 위해 6mm 두께의 단면을 선택했지만, pRad는 더 얇고 제한된 단면을 검사할 수 있는 유연성도 제공합니다. 이렇게 하면 두꺼운 단면과 관련된 잠재적인 투영 문제를 줄일 수 있지만 특정 연구에 3차원 정보가 필요한 경우 양성자 단층 촬영42 (X선 단층 촬영처럼23,29,30,32,33)가 가능합니다. 일부 3차원 정보만 필요한 경우, 선택한 회전에서 촬영한 추가 방사선 사진을 통해 스테레오 이미지를 구성할 수 있습니다. pRad 시야에서 ex-situ 직렬 단면을 현미경으로 검사하는 동안 관찰된 미세구조적 특징은 pRad 이미지에서 관찰하는 것과 일치하며, 이는 거시 및 중간 규모 유체 흐름을 모니터링하기 위한 연구에서 두께 투영이 주요 관심사가 아님을 시사합니다. pRad 이미지에서 대표적인 In-rich 경계를 포함하는 영역은 그림 3(a)에 강조 표시되어 있습니다. 해당 영역의 더 높은 배율의 사후 주사 전자 현미경 이미지가 그림 3(b)에 나와 있으며, 그림 3(c)의 더 높은 배율 이미지와 함께 표시됩니다. 여기서, 콜로니 내의 In-rich 경계와 영역은 밝게 보이며 높은 종횡비 섬유 또는 낮은 종횡비 방울의 두 가지 크기 등급으로 존재합니다. 이 영역에는 미세한 Al-rich 상이 포함되어 있으며, 이는 아마도 L의 알루미늄 용해도로서 용질 분리와 관련이 있을 것입니다2 monotectic 반응 (636.5°C에 불변 반응)에서 냉각 도중 감소한다. 그림 3의 이미지는 이 합금 시스템에서 다양한 길이 스케일에서 발생한 구조 진화의 결합된 복잡성을 반영합니다.
그림 3
(a) 응고 구조의 양성자 방사선 촬영 이미지(그림 2) 및 (b,c) 응고된 구조의 콜로니 내에 존재하는 In-rich 경계 및 영역을 강조하는 표시된 영역의 해당 사후 주사 전자 현미경.
(a)에서 밀도가 높은 In-rich 경계는 어둡게 보이는 반면, In-rich 경계와 영역은 (b,c)에서 밝게 나타납니다. (b)와 (c)의 In-rich 경계 및 영역에는 미세한 스케일의 Al-rich(어두운) 단계가 포함되어 있습니다.
그림 2에서 용융 중 침전으로 입증된 바와 같이 합금 용융물에는 거시적 유체 전류가 존재하며, 외부 필드(예: 중력, 열 모세관 또는 2상 액적에 작용하는 스톡스 항력)의 영향을 받는 중간 및 미시적 규모의 흐름과 함께 존재합니다21,22년). 이러한 흐름은 응고 중 형태학적 진화에 영향을 미칩니다. 더 작은 길이 스케일에서 용융 및 응고 중에 Al-10에서 발생하는 동적 과정을 .% In으로 나타내기 위해 아르곤 국립 연구소의 고급 광자 소스의 섹터 32-삽입 장치 빔라인에서 0.2mm 두께의 섹션에서 약 1.4 × 1.74mm의 시야를 이미징하는 보완 싱크로트론 X선 방사선 촬영을 수행했습니다. X선을 사용하여 조사한 샘플의 부피는 pRad에서 양성자를 사용하여 조사한 것보다 4배 이상 작다는 점을 다시 한 번 강조하는 것이 중요합니다. X선 응고 시퀀스의 일련의 이미지가 그림 4에 나와 있습니다. 함께 제공되는 비디오(추가 정보 비디오 S2 참조)는 L을 강조합니다.1/엘2 In-rich L의 형성, 조대화(숙성 및 합체) 및 복잡한 집단 운동을 포함한 유체 흐름2 대다수 L 내의 작은 방울1 고온에서 액상. 일정하지만 작은 열 구배에서 액적 운동은 매우 불규칙하며 더 큰 규모의 대류 전류가 시야 안팎을 휩쓸고 있습니다. 단일구조 전선이 시야에 접근하면 더 조직화된 움직임이 지배하기 시작합니다. 응고 중, L2 액적은 전진하는 고체-액체 계면을 향한 궤적에 있습니다(그림 4 및 함께 제공되는 추가 정보 비디오 S2 참조). 이 L2 액적은 고체-액체 계면에 축적되어 해당 계면을 따라 밀려나거나 응고되는 Al 매트릭스에 휩싸여 In-rich 채널을 생성합니다(그림 4). Schaffer et al.이 관찰한 것과 동일한 물리학21 Al-Bi 시스템의 X선 연구에서 액적 운동에 적용하십시오. 그러나 냉각 중에 샘플에 더 많은 혼돈 대류 전류가 존재하는 것으로 보입니다. 고체-액체 계면은 약 145μm/s의 성장 속도로 전진합니다. X-ray 이미지는 또한 인듐이 경우에 따라 도가니 벽을 적시며, 이는 이러한 위치에서 In-rich 채널의 형성을 촉진한다는 것을 시사합니다. L의 유체역학적 효과2 액상은 이 초단일텍틱 합금에서 미세, 중, 거시 길이 스케일로 존재하며 결과적인 응고 구조에 실질적으로 영향을 미칩니다. micro- 및 meso-scale L에 대한 이해도 향상2 액적 운동은 이러한 합금에서 합금 용융 흐름을 유리하게 제어하여 거시적 규모의 침전을 상쇄하고 주조 품질을 향상시키는 방법을 제공할 수 있습니다21,22년.
그림 4
0.2 mm 두께의 Al-10 at.%에서 응고의 싱크로트론 X선 방사선 촬영 시퀀스에서 선택된 이미지, In-rich L 강조 표시2 단단하-액체 계면을 따라서 액상(어두운) 및 In-rich L2 채널 개발.
응고 진행 외에도 해당 비디오(보충 정보 비디오 S2)는 In-rich 액적 움직임과 대다수 L 내에서 조대화를 보여줍니다.1 액상.
토론
우리는 응고 중 금속 합금의 대량(pRad)을 조사하고 이러한 결과를 국부적인 고해상도(X선) 관찰로 보완할 수 있는 능력을 통해 유체 흐름 및 구조 개발에 대한 전례 없는 이해를 가능하게 한다는 것을 입증했습니다. 이와 같은 실험은 금속 주조에 대한 우리의 지식에 혁명을 일으키고 이러한 현상을 정확하게 모델링하는 우리의 능력을 완전히 변화시킬 것입니다. 또한 물리학 및 재료 커뮤니티에서는 고에너지 양성자 방사선 촬영으로 전환하려는 관심이 존재하며, 이는 향상된 공간 해상도를 제공하고 양성자를 저밀도 또는 고밀도 금속 합금의 2차원 및 3차원 동시 매크로 및 마이크로 길이 응고 연구에 이상적인 프로브로 만들 것입니다. 열 구배 및 고체-액체 계면 속도와 같은 공정 파라미터는 응고 중 금속 합금의 고체-액체 계면 안정성에 영향을 미치며, 이로 인해 형태학적 및 구조적 진화를 지시하는 패턴 형성 불안정성이 발생할 수 있습니다. 현장 특성화의 실시간 피드백을 통해 공정 중 파라미터 변경을 통해 구조 및 결함 진화를 제어하여 원하는 특성을 달성하고 응고 및 구조 진화를 위한 실험적 정보에 입각한 예측 멀티 스케일 모델을 개발할 수 있습니다. 현장 특성화, 특히 양성자 방사선 촬영은 또한 재료의 공정 인식 제조 연구를 가능하게 하여 공정 개발 시간과 첨단 제조 이니셔티브에 중요한 시행착오를 제거함으로써 발견에서 배포까지의 시간을 단축할 것입니다43,44,45.
Proton 현미경은 동적 이미징 기술의 진화하는 기능에서 중요한 격차를 메웁니다. 특히, 많은 양의 재료에서 처리하는 기능으로 구조적 결과를 직접 관찰 할 수 있습니다. 또한 응고 중에 발생하는 유체 흐름과 같은 3차원 공정에 대한 연구를 제공하며, 얇은 (제약된) 단면보다는 두꺼운 단면이 궁극적으로 실제 주조에서 발생하는 공정을 더 잘 나타냅니다. pRad의 성능 측정은 ~17 × 17mm의 시야각에 대해 ~17μm의 공칭 공간 분해능을 가진 X7 현미경 구성을 성공적으로 시연했습니다.46,47년; 우리는 현재 X3 돋보기를 사용하여 얻은 여기에 표시된 저배율 결과를 넘어 연구를 위해 향상된 공간 해상도를 추구하고 있습니다. 우리는 또한 X선을 사용하여 응고하는 동안 금속 합금의 형태학적 진화에 대한 단층 촬영 재구성을 얻을 수 있음을 성공적으로 입증했습니다33, pRad에서도 가능합니다. 양성자 방사선 촬영은 최종적으로 거시적 규모와 미시적 규모를 연결하는 상당한 잠재력을 가진 고유한 현장 특성 분석 도구로, 의도한 구조와 특성을 가진 물질을 생산하기 위한 효율적인 처리를 탐구할 수 있습니다44,45년.
방법
시료 전처리
알루미늄과 인듐의 전하를 석영으로 캡슐화 된 작은 흑연 도가니에 적재하고 아르곤으로 다시 채우고 용광로에서 녹였습니다. 이 샘플은 두께가 ~ 2 ~ ~ 0.2 mm 인 냉간 압연되었습니다. 2mm 두께의 시트 스택을 670°C의 진공로에서 대형 흑연 도가니에서 3시간 동안 재가열하여 양성자 방사선 촬영을 위한 거친 시작 구조를 가진 단일 6mm 두께의 단일 샘플을 생성했습니다. 0.2mm 두께의 호일은 X선 방사선 촬영에 사용되었습니다.
로스 알라모스 국립 연구소의 로스 알라모스 중성자 과학 센터의 800 MeV 양성자 방사선 촬영
6mm 두께의 샘플(명목상 너비 112mm, 높이 108mm)을 열전대가 내장된 대형 흑연 도가니에서 2°C/cm의 구배로 1.5°C/min으로 가열했습니다. 두께가 감소된 중앙 창(~50 × 50mm)을 도가니의 전면과 후면으로 가공했습니다. 305 × 305mm 알루미늄 상자와 가공된 창문이 있는 상자에는 도가니가 들어 있었습니다. 도가니는 수냉식 구리 블록 옆에 위치한 인접한 흑연 블록에 의해 저항적으로 가열되었습니다. 전체 시스템이 진공 상태였습니다. 이미지는 비디오 모드에서 가열 및 냉각 중에 창 영역에서 얻었습니다.
아르곤 국립연구소(Argonne National Laboratory)의 고급 광자 소스(Advanced Photon Source)에 있는 Sector 32-Insertion Device 빔라인의 싱크로트론 X선 방사선 촬영
0.2mm 두께의 호일로 된 5mm 직경의 디스크에 질화붕소를 분사했습니다. 디스크는 2 ~ 25 × 12.5 × 0.25 mm 석영 슬라이드 사이에 끼워진 석영 프레임에 삽입되었습니다. 가장자리는 밀봉되었고 이 구성은 열전대가 내장된 관통 구멍이 있는 슬롯형 12.7mm 직경의 흑연 막대에 삽입되었습니다. 샘플 위와 아래의 유도 코일을 가열에 사용했습니다. 엑스레이 에너지는 18keV였습니다. 실시간 이미지는 0.04초의 노출 시간과 ~4.5초의 프레임 속도로 획득되었습니다−1.
참조
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Acknowledgements
We thank the proton radiography team (LANL) for providing support during these experiments and T.V. Beard, R.W. Hudson, B.S. Folks, D.A. Aragon, T. Wheeler, P.K. Kennedy and M.P. Maez for providing machining support (LANL). We also thank D.A. Korzekwa, D.L. Hammon, R.R. Trujillo, S.W. Quintana, R.L. Edwards, D.F. Knowlton, A.M. Kelly, J.J. Hill, F. O'Neill and M.G. Emigh for helping to prepare for the proton radiography experiments and appreciate the helpful advice we received from J.C. Foley, R.M. Aikin and P.S. Dunn (LANL). We gratefully acknowledge the support of the U.S. Department of Energy (DOE) through the LANL/LDRD Program for this work. A.C., S.I., P.G. and M.B. gratefully acknowledge support from A.C.'s Early Career award from the U.S. DOE, Office of Basic Energy Sciences, Division of Materials Sciences and Engineering. Use of the Advanced Photon Source, an Office of Science User Facility operated for the U.S. DOE Office of Science by Argonne National Laboratory, was supported by the U.S. DOE under Contract No. DE-AC02-06CH11357; x-ray data were collected at the Sector 32-ID-C beamline.
Author information
Authors and Affiliations
Los Alamos National Laboratory, P.O. Box 1663, Los Alamos, NM 87545
Amy Clarke, Seth Imhoff, Paul Gibbs, Jason Cooley, Christopher Morris, Frank Merrill, Brian Hollander, Fesseha Mariam, Thomas Ott, Martha Barker, Tim Tucker, Brian Patterson, Kester Clarke, Joel Montalvo, Robert Field, Dan Thoma, James Smith & David Teter
Brookhaven National Laboratory, P.O. Box 5000, Upton, NY 11973
Wah-Keat Lee
아르곤 국립 연구소, 9700 South Cass Avenue, Argonne, IL 60439
카멜 페자 & 알렉스 데리
기여
A.C., J.C., C.M., F.M., B.H., F.M., T.O., M.B. 및 T.T.는 양성자 방사선 촬영 실험을 수행했습니다. A.C., J.C., T.T., B.P., W.-K.L., K.F. 및 A.D.는 싱크로트론 X선 방사선 촬영 실험을 수행했습니다. A.C., J.C., T.O., M.B. 및 T.T.는 이러한 실험을 위한 하드웨어를 설계하고 준비했습니다. J.C., T.O., M.B., T.T., A.C. 및 K.C.는 금속 합금 샘플을 준비했습니다. S.I., J.M., R.F. 및 T.O.는 현미경 검사를 수행했습니다. A.C., S.I., P.G., J.C., K.C., R.F., D.T., J.S. 및 D.T.는 여기에 제시된 연구 설계 및 개념에 기여했습니다. A.C., S.I. 및 P.G.가 논문을 작성하고 모든 저자의 의견과 기여를 통합했습니다.
윤리 선언
상충되는 이해관계
저자는 경쟁하는 재정적 이익이 없음을 선언합니다.
전자 보충 자료
추가 정보
보충 정보 비디오 S1
보충 정보 비디오 S2
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Clarke, A., Imhoff, S., Gibbs, P. 외 Proton 방사선 촬영은 금속 응고를 들여다 봅니다. Sci Rep 3, 2020 (2013). https://doi.org/10.1038/srep02020
받은2013년 1월 29일
허용2013년 5월 29일
게시2013년 6월 19일
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