Ученые Томского политехнического университета разработали чип для тестирования качества рентгеновского микротомографа. Это первое российское устройство, позволяющее проводить подобный анализ. Чип размером с рисовое зерно позволяет точно измерить, насколько детально томограф «видит» структуры внутри образцов. Разработка универсальна и подходит как для калибровки научного оборудования, так и для тестирования новых алгоритмов сканирования.
Чип сделан из кристаллического кремния. Это твердый и стабильный в широком диапазоне температур материал, не подверженный коррозии. Размер чипа – 2,98 х 2,98 мм, толщина – 0,6 мм. Это сопоставимо с рисовым зерном. С помощью разработанного устройства можно измерить разрешение томографа в диапазоне от 15 мкм до 1 мкм.
Так, с помощью чипа можно проверить пространственное разрешение изображения томограммы, минимальный размер детектирования отдельно стоящей точки, точность масштаба изображения, неравномерность разрешающей способности в зависимости от направления измерения в пространстве и другое.
«На данный момент в России промышленные микротомографы с метрологической точки зрения не могут выступать в качестве средства измерения с разрешающей способностью до 1 мкм. Дело в том, что в системе государственных мер не зарегистрировано ни одной меры или тестового объекта, с помощью которого можно доказать, что томограф может отобразить структуры размером до 1 мкм внутри исследуемого объекта – другими словами сейчас доказать, что томограф «разглядел» какие-то детали в образце невозможно. Изготовленный чип как раз и решает задачу измерения пространственного разрешения микротомографа. В России аналогов разработке нет, в мире подобные чипы изготавливаются только в Германии и Японии», — отмечает проректор по науке и стратегическим проектам ТПУ Алексей Гоголев.
На поверхности чипа сформированы (вытравлены на глубину до 20 мкм) шаблоны структур из чередующихся полос и точек с поперечными размерами от 10 мкм до 1 мкм. Это так называемая трехмерная структура с заданными параметрами. Одно из преимуществ такой архитектуры – возможность определять разрешение без специального программного обеспечения.
Сам чип выступает в качестве тестового эталонного объекта. Все размеры структур, которые нанесены на него, верифицированы при помощи электронного микроскопа с точностью до 100 нм (это в 1 000 раз меньше толщины человеческого волоса – прим.). Так, отсканировав чип в микротомографе, можно наглядно увидеть какие структуры с каким размером можно различить на томограмме и, как следствие, быстро и точно определить разрешающую способность микротомографа.
«Для работы чип помещается на предметном столике томографа, как обычный объект исследования, проводится сканирование и далее полученное изображение сравнивается с известными значениями. Чем лучше изображение чипа – тем лучше томограф. При этом сами томографы для работы с нашим устройством модернизировать не надо, чип универсален и работает с любым томографическим оборудованием. В частности, микротомограф ТПУ с разрешением в 5 мкм был подтвержден разработанным чипом и был внесен в Государственный реестр средств измерений», — добавляет ученый.
Использовать чипы можно не только для тестирования томографов, но и для испытания новых алгоритмов реконструкции и протоколов сканирования.
Над созданием чипа работали ученые Научно-образовательного центра перспективных исследований и Центра метрологии Томского политеха.
Источник:
