Untersuchungen zur Erhöhung der Bildqualität in der REM-basierten Nano-CT

Abstract

Das Ziel dieser Arbeit ist es, die Leistungsfähigkeit der REM-basierten CT durch gezielte Systemoptimierung, insbesondere hinsichtlich der Röntgenquelle, zu steigern. Dies wurde unter anderem durch die Optimierung der Elektronenstrahl- und Detektorparameter, des geometrischen Setups und des Strahlengangs realisiert. Darüber hinaus wurden zur Verbesserung der Bildqualität Röntgentargets unterschiedlicher Geometrie und chemischer Zusammensetzungen entwickelt, die für verschiedene Anwendungen optimiert sind. Zur Auswahl des idealen Targets für die jeweilige Messaufgabe können korrelativ die zur Verfügung stehenden Modalitäten der REM-basierten CT, wie Elektronenabbildung und Röntgenspektroskopie, zur Materialanalyse genutzt werden. Um die Systemoptimierungen zu validieren bzw. unterschiedliche Nano-CTs miteinander zu vergleichen, wurde zudem ein Prüfkörper zur Bewertung der dreidimensionalen Bildqualität entwickelt und im Rahmen eines Ringversuchs getestet. Damit konnte erstmals gezeigt werden, dass die REM-basierte CT qualitativ gleichwertige Aufnahmen im Vergleich zu Synchrotrons liefert. Zudem konnte die durch die vorangegangene Systemoptimierung gesteigerte Bildqualität erfolgreich mithilfe des Prüfkörpers nachgewiesen und dokumentiert werden. Abschließend wurden einige erfolgreich durchgeführte Untersuchungen mittels REM-basierter CT dargestellt, die sowohl den korrelativen Charakter der Methode als auch die Vorteile der zerstörungsfreien dreidimensionalen Abbildung verdeutlichen.

The aim of this work is to enhance the performance of SEM-based CT, particularly with regard to the X-ray source. This was achieved by optimizing the electron beam and detector parameters, the geometric setup, and the beam path. Furthermore, to improve image quality, X-ray targets with different geometries and chemical compositions were developed and optimized for various applications. To select a suitable target for a specific measurement task, the available modalities of SEM-based CT, such as electron imaging and X-ray spectroscopy, can be used in a correlative manner for material analysis. To validate the executed optimizations and compare different nano-CT systems, a phantom was developed to assess three-dimensional image quality and subsequently tested in a roundrobin test. The results represent the first demonstration that SEM-based CT achieves images of comparable quality and spatial resolution to those obtained from synchrotrons. Additionally, the improved image quality resulting from the previous system optimization was successfully verified and documented using the phantom. Finally, several successfully performed investigations using SEM-based CT were presented, highlighting both the correlative nature of the method and the advantages of non-destructive three-dimensional imaging.