3 - D I m a g i n g T o m o g r a p h y w i t h S u b - m i c r o m e t e r R e s o l u t i o n U s i n g F r e s n e l Z o n e P l a t e O p t i c s X - r a y m i c r o t o m o g r a p h y h a s b e e n d e v e l o p e d f o r u s e i n v a r i o u s f i e l d s s u c h a s b i o l o g y , m a t e r i a l s s c i e n c e , p e t r o l o g y , a n d m e d i c a l d i a g n o s i s . T h i s m e t h o d ’ s s e t u p c o m m o n l y c o n s i s t s o f a s i m p l e p r o j e c t i o n g e o m e t r y w i t h a h i g h - r e s o l u t i o n i m a g i n g d e t e c t o r a n d a h i g h l y c o l l i m a t e d b e a m , e . g . , a m i c r o f o c u s s i n g X - r a y t u b e o r s y n c h r o t r o n r a d i a t i o n s o u r c e , w h i c h c a n r e s u l t i n a s p a t i a l r e s o l u t i o n o f a b o u t 1 μ m [ 1 ] . A c h i e v i n g a h i g h e r r e s o l u t i o n w i t h t h i s m e t h o d , h o w e v e r , i s d i f f i c u l t f o r t w o r e a s o n s : o n e i s t h e i m a g e b l u r r i n g c a u s e d b y b e a m d e f l e c t i o n ( b o t h r e f r a c t i o n a n d d i f f r a c t i o n ) , a n d t h e o t h e r i s t h e l i m i t e d s p a t i a l r e s o l u t i o n o f t h e i m a g i n g d e t e c t o r ( ~ 1 μ m ) . O n e p r o m i s i n g w a y t o o v e r c o m e t h o s e p r o b l e m s i s c o m b i n i n g X - r a y i m a g i n g m i c r o s c o p e o p t i c s u s i n g a n X - r a y i m a g i n g d e v i c e a s a n o b j e c t i v e – s o c a l l e d “ i m a g i n g m i c r o t o m o g r a p h y . ” V a r i o u s t y p e s o f X - r a y i m a g i n g d e v i c e s w h o s e t h e o r e t i c a l s p a t i a l r e s o l u t i o n s a r e i n o r d e r o f 1 0 - 1 0 0 n m h a v e n o w b e e n d e v e l o p e d , a n d a l m o s t a l l o f t h e m h a v e a l r e a d y a t t a i n e d t h e s u b - m i c r o m e t e r r e s o l u t i o n ; e v e n 1 0 0 - n m - r e s o l u t i o n h a s b e e n a c h i e v e d w i t h s o m e o f t h e m [ 2 ] . S i n c e t h e i m a g i n g m i c r o s c o p e s e t u p e n a b l e s m a g n i f i c a t i o n o f t h e X - r a y i m a g e , F i g . 1 . S c h e m a t i c d i a g r a m o f t h e s e t u p f o r X - r a y i m a g i n g m i c r o t o m o g r a p h y . a = 1 7 6 m m a n d b = 1 7 6 0 m m ( m a g n i f i c a t i o n i s × 1 0 ) , f = 1 6 0 m m . s p a t i a l r e s o l u t i o n o f t h e i m a g i n g d e t e c t o r i s n o t a s e r i o u s p r o b l e m . W e h a v e d e v e l o p e d a n i m a g i n g m i c r o t o m o g r a p h y s e t u p a t b e a m l i n e B L 4 7 X U u s i n g a F r e s n e l z o n e p l a t e ( F Z P , f a b r i c a t e d a t N T T - A T ) w h i c h i s o n e o f t h e X - r a y i m a g i n g d e v i c e s u t i l i z i n g X - r a y d i f f r a c t i o n . T h e e x p e r i m e n t a l s e t u p i s s h o w n i n F i g . 1 , a n d t h e X - r a y e n e r g y w a s s e t t o 8 k e V . I n t h i s s e t u p , a h i g h c o h e r e n t b e a m i s n o t s u i t a b l e f o r i l l u m i n a t i o n b e c a u s e t h e i m a g e s t e n d t o b e d e g r a d e d b y u n w a n t e d i n t e r f e r e n c e p a t t e r n s s u c h a s s p e c k l e n o i s e . T h e r e f o r e , a “ b e a m d i f f u s e r ” m a d e o f g r a p h i t e p o w d e r p a c k e d w i t h K a p t o n f i l m s w a s i n s t a l l e d i n o r d e r t o r e d u c e t h e c o h e r e n c e . T h e m e a s u r e d s p a t i a l r e s o l u t i o n o f t h e m i c r o s c o p e s y s t e m , c o m p r i s i n g t h e i l l u m i n a t i o n s y s t e m , a F Z P o b j e c t i v e , a n d a h i g h - r e s o l u t i o n i m a g i n g d e t e c t o r , w a s 0 . 6 μ m [ 3 ] . T h e s a m p l e w a s m o u n t e d o n t h e h i g h p r e c i s i o n r o t a t i n g s t a g e w i t h a w o b b l i n g a c c u r a c y o f 0 . 1 μ m . O n e C T s c a n t o o k a p p r o x i m a t e l y 4 - 8 h o u r s w i t h t h i s s y s t e m . M o r e d e t a i l s a b o u t t h e s y s t e m a r e d e s c r i b e d i n r e f s . [ 3 , 4 ] . S p a t i a l r e s o l u t i o n a n d t h e t i m e r e q u i r e d f o r t h e C T s c a n a r e c u r r e n t l y b e i n g i m p r o v e d . F i g u r e s 2 ( a ) - 2 ( d ) s h o w r e c o n s t r u c t e d i m a g e s o f a d i a t o m f o s s i l ( A c h n a n t h i d i u m l a n c e o l a t a ) . R o t a t i o n S t a g e f a b C r o s s S l i t R o t a t i o n S t a g e B e a m D i f f u s e r S a m p l e F Z P C e n t e r B e a m S t o p C r o s s S l i t I m a g i n g D e t e c t o r X R a y - 114 1 0 μ m P r o j e c t i o n - t y p e I m a g i n g - t y p e ( a ) ( b ) ( c ) ( d ) R e f e r e n c e s [ 1 ] K . U e s u g i e t a l . , P r o c . S P I E 4 5 0 3 ( 2 0 0 1 ) 2 9 1 . [ 2 ] A . T a k e u c h i , Y . S u z u k i a n d H . T a k a n o , J . S y n c h r o t r o n R a d . 9 ( 2 0 0 2 ) 1 1 5 . [ 3 ] Y . S u z u k i e t a l . , J p n . J . A p p l . P h y s . 4 0 ( 2 0 0 1 ) 1 5 0 8 . [ 4 ] A . T a k e u c h i e t a l . , P r o c . S P I E 4 4 9 9 ( 2 0 0 1 ) 2 9 . F i g u r e 2 ( a ) s h o w s a w h o l e t h r e e - d i m e n s i o n a l i m a g e , w h i l e F i g . 2 ( b ) s h o w s a c r o p p e d o n e . F o r c o m p a r i s o n , r e c o n s t r u c t e d i m a g e s o f t h e s a m e s a m p l e t a k e n w i t h a p r o j e c t i o n - t y p e m i c r o t o m o g r a p h i c s y s t e m w i t h a s p a t i a l r e s o l u t i o n o f a b o u t 1 μ m [ 1 ] a r e s h o w n i n F i g . 2 ( c ) ( w h o l e i m a g e ) a n d F i g . 2 ( d ) ( c r o p p e d i m a g e ) . T h e n e s t i n g f i n e s t r u c t u r e ( a b o u t 1 . 5 μ m p i t c h ) o f t h e d i a t o m w a s m u c h c l e a n e r i n t h e i m a g i n g - t y p e s y s t e m ( F i g s . 2 ( a ) a n d 2 ( b ) ) t h a n i n t h e p r o j e c t i o n - t y p e o n e ( F i g s . 2 ( c ) a n d 2 ( d ) ) . C o m p a r i n g b o t h c r o p p e d i m a g e s , t h e e d g e - e n h a n c e m e n t e f f e c t d u e t o X - r a y r e f r a c t i o n i s c l e a r l y s e e n i n t h e c r o p p e d s e c t i o n w i t h t h e p r o j e c t i o n - t y p e s y s t e m ( F i g . 2 ( d ) ) i m a g e , w h i l e i t i s n o t s e e n i n t h e i m a g i n g - t y p e i m a g e ( F i g . 2 ( b ) ) . T h e s e r e s u l t s d e m o n s t r a t e t h a t i m a g i n g - t y p e m i c r o t o m o g r a p h y h a s a h i g h e r s p a t i a l r e s o l u t i o n a n d a m u c h s m a l l e r X - r a y d e f l e c t i o n e f f e c t t h a n p r o j e c t i o n - t y p e i m a g i n g . F i g u r e 3 ( a ) s h o w s t h e t h r e e - d i m e n s i o n a l r e c o n s t r u c t e d i m a g e o f a p i e c e o f s t o n y m e t e o r i t e ( A l l e n d e ) , w h i c h h a s a c o m p l e x t e x t u r e m a d e o f s i l i c a t e s a n d m e t a l - s u l f i d e s , a n d F i g . 3 ( b ) s h o w s i t s s l i c e d i m a g e . S m a l l c r a c k s a n d h o l e s a r e s e e n i n t h e s l i c e d i m a g e . T h e b r i g h t e r a r e a a t t h e b o t t o m o f t h e s l i c e d i m a g e i s a n i r o n - r i c h r e g i o n t h a t c o u l d b e i d e n t i f i e d b y c o m p a r i n g t h e i m a g e s a b o v e a n d b e l o w t h e K - e d g e o f i r o n . F i g . 2 . X - r a y t o m o g r a p h i c r e c o n s t r u c t e d i m a g e s o f d i a t o m f o s s i l ( A c h n a n t h i d i u m l a n c e o l a t a ) : ( a ) 3 - D i m a g e o f t h e o u t e r s t r u c t u r e , ( b ) i n n e r s t r u c t u r e r e v e a l e d b y c r o p p i n g o n e p a r t o f t h e 3 - D i m a g e , a n d ( c ) a n d ( d ) r e c o n s t r u c t e d i m a g e s t a k e n w i t h p r o j e c t i o n - t y p e m i c r o t o m o g r a p h y [ 1 ] . A k i h i s a T a k e u c h i S P r i n g - 8 / J A S R I E - m a i l : t a k e @ s p r i n g 8 . o r . j p F i g . 3 . X - r a y t o m o g r a p h i c r e c o n s t r u c t e d i m a g e s o f a p i e c e o f A l l e n d e m e t e o r i t e : ( a ) t h r e e - d i m e n s i o n a l i m a g e a n d ( b ) s l i c e d i m a g e ( L A C : l i n e a r a b s o r p t i o n c o e f f i c i e n t ) . ( a ) ( b ) 5 μ m 5 μ m 0 7 6 5 L A C ( c m - 1 ) 115
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