kaz29Вестник Казахстанско-Британского технического университетаHerald of the Kazakh-British Technical University1998-66882959-8109Казахстанско-Британский Технический Университет10.55452/1998-6688-2025-22-1-298-306kaz29-1755Research ArticleФИЗИЧЕСКИЕ НАУКИPHYSICAL SCIENCESIMAX - КОМПАКТНЫЙ РЕНТГЕНОВСКИЙ МИКРОТОМОГРАФИЧЕСКИЙ ПРИБОР ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ МАТЕРИАЛОВIMAX – A COMPACT X-RAY MICROTOMOGRAPHY INSTRUMENT FOR MATERIAL RESEARCHhttps://orcid.org/0000-0002-0592-1680ЧупраковИ.ChuprakovI.

 PhD 

г. Алматы

г. Дубна

 PhD 

Almaty

Dubna

igorchuprakov@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0003-4637-2486НазаровК.NazarovK.

 PhD 

г. Алматы

г. Дубна

 PhD 

Almaty

Dubna

k.nazarov@inp.kzhttps://orcid.org/0000-0003-1474-8354МухаметулыБ.MukhametulyB.

 PhD 

г. Алматы

г. Дубна

 PhD 

Almaty

Dubna

bagdaulet_m@inp.kzhttps://orcid.org/0000-0003-4800-357XБекбаевА.BekbayevA.

 PhD 

г. Алматы

г. Дубна

 PhD 

Almaty

Dubna

a.bekbayev@inp.kzhttps://orcid.org/0000-0002-6942-8211АрынбекЕ.ArynbekY.

 магистр 

г. Алматы

г. Дубна

 Master 

Almaty

Dubna

yersultan@jinr.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5680-0769КенесаринМ.KenessarinM.

 магистр

г. Алматы

г. Дубна

 

 Master 

Almaty

Dubna

muratkenessarin@inp.kzhttps://orcid.org/0000-0001-9374-3847БазарбаевЕ.BazarbayevY.

 магистр 

г. Алматы

 Master 

Almaty

yerik.bazarbayev@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-7710-7418МырзабековаЭ.MyrzabekovaE.

магистр 

г. Алматы

г. Дубна

 Master 

Almaty

Dubna

 

e.myrzabekova@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-1724-5322НазароваА.NazarovaA.

 PhD 

г. Алматы

г. Дубна

PhD 

Almaty

Dubna

assel.makhambet@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0001-6087-973XАбдурахимовБ.AbdurakhimovB.

 PhD 

 г. Дубна 

 PhD 

 Dubna 

bekhzod@jinr.ruhttps://orcid.org/0000-0003-0424-7142ЗельИ.ZelI.

 к.ф.-м.н. 

 г. Дубна 

 

 Cand. Phys.-Math. Sc. 

 Dubna 

zel@jinr.ruЛаборатория нейтронной физики института ядерной физики; Лаборатория нейтронной физики им. Франка Объединенного института ядерных исследованийКазахстанLaboratory of Neutron Physics, Institute of Nuclear Physics; Frank Laboratory of Neutron Physics, Joint Institute for Nuclear ResearchKazakhstanЛаборатория нейтронной физики института ядерной физики; Лаборатория нейтронной физики им. Франка Объединенного института ядерных исследований; Казахский национальный университет имени аль-ФарабиКазахстанLaboratory of Neutron Physics, Institute of Nuclear Physics; Frank Laboratory of Neutron Physics, Joint Institute for Nuclear Research; Al-Farabi Kazakh National UniversityKazakhstanКазахский национальный университет имени аль-ФарабиКазахстанAl-Farabi Kazakh National UniversityKazakhstanЛаборатория нейтронной физики им. Франка Объединенного института ядерных исследованийРоссияFrank Laboratory of Neutron Physics, Joint Institute for Nuclear ResearchRussian Federation202526032025221298306Copyright © Чупраков И., Назаров К., Мухаметулы Б., Бекбаев А., Арынбек Е., Кенесарин М., Базарбаев Е., Мырзабекова Э., Назарова А., Абдурахимов Б., Зель И., 20252025Чупраков И., Назаров К., Мухаметулы Б., Бекбаев А., Арынбек Е., Кенесарин М., Базарбаев Е., Мырзабекова Э., Назарова А., Абдурахимов Б., Зель И.Chuprakov I., Nazarov K., Mukhametuly B., Bekbayev A., Arynbek Y., Kenessarin M., Bazarbayev Y., Myrzabekova E., Nazarova A., Abdurakhimov B., Zel I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.kbtu.edu.kz/jour/article/view/1755

С учетом того, что методы, оборудование и разрешение трехмерного пространственного анализа значительно улучшились за последние двадцать лет, теперь стало возможным подробно изображать внутреннюю микроструктуру многокомпонентных материалов в трех измерениях. Трехмерная рентгеновская микротомография предлагает уникальную возможность для получения изображений с высоким пространственным разрешением, что может быть достигнуто в компактных настольных системах с использованием рентгеновских источников микрофокусировки. Недавно в Институте ядерной физики Министерства энергетики Республики Казахстан была установлена современная настольная рентгеновская микротомографическая система с конусным лучом для количественного анализа материалов в трех измерениях. В этой статье представлены конструкция, описание основных компонентов и технические параметры этой системы рентгеновской микротомографии, названной IMAX. Система предназначена для получения, обработки, хранения рентгеновских изображений и реконструкции трехмерных данных с угловых проекций для исследования внутренних структур и неразрушающего контроля материалов. Система состоит из рентгеновского источника микрофокусировки, обеспечивающего диапазон энергии рентгеновских лучей от 35 до 80 кэВ, сцинтилляционного детектора с плоской панелью, который позволяет получать цифровые изображения высокого разрешения, оптомеханических платформ для позиционирования образцов и радиационной защиты. Представлены первые результаты испытаний, проведенных с использованием этой рентгеновской системы.

As the methods, instrumentation, and resolution of three-dimensional spatial analysis have improved over the past twenty years, it is now possible to image the internal microstructure of multiphase materials in detail in three dimensions. Three-dimensional X-ray microtomography offers a unique opportunity for high spatial resolution imaging that can be achieved in compact desktop systems using X-ray microfocus sources. Recently, a modern desktop cone-beam X-ray microtomography system for quantitative analysis of materials in three dimensions was installed at the Institute of Nuclear Physics of the Ministry of Energy of the Republic of Kazakhstan. This paper presents the design, description of the main components, and technical parameters of this X-ray microtomography system, called IMAX. This system is designed to acquire, process, store X-ray images, and reconstruct three-dimensional data from angular projections for the study of internal structures and non-destructive testing of materials. The system consists of a microfocus X-ray source providing an X-ray energy range from 35 to 80 keV, a flat panel scintillation detector system allowing high-resolution digital imaging, optomechanical platforms for sample positioning, and radiation shielding. The first results of test measurements using this X-ray system are presented.

рентгеновский лучвизуализациятомографиянеразрушающая тестированиеx-ray beamimagingtomographynon-destructive testingThis research received funding from the Committee of Science of the Ministry of Science and Higher Education of the Republic of Kazakhstan under Grant No. BR21881930. Funded by a grant from the Plenipotentiary Representative of the Republic of Kazakhstan at the JINR, Russia (No. 54 from 24.01.2024).ReferencesNazarov K.M., Muhametuly B., Kenzhin E.A., Kichanov S.E., Kozlenko D.P., Lukin E.V. and A.A. Shaimerdenov. Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A., 2020, vol. 982, p. 164572. https://doi.org/10.1016/j.nima.2020.164572.Nazarov K.M., Muhametuly B., Kenzhin E.A., Kichanov S.E., Kozlenko D.P., Lukin E.V. and A.A. Shaimerdenov. Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A., 2020, vol. 982, p. 164572. https://doi.org/10.1016/j.nima.2020.164572.Muhametuly B., Kichanov S.E., Kenzhin E.A., Kozlenko D.P., Nazarov K.M., Shaimerdenov A.A., Bazarbaev E. and E.V. Lukin, J. Surf. Investig. X-ray Synchrotron Neutron Tech., 2019, vol. 13, pp. 877–879. http://doi.org/10.1134/S1027451019050082.Muhametuly B., Kichanov S.E., Kenzhin E.A., Kozlenko D.P., Nazarov K.M., Shaimerdenov A.A., Bazarbaev E. and E.V. Lukin, J. Surf. Investig. X-ray Synchrotron Neutron Tech., 2019, vol. 13, pp. 877–879. http://doi.org/10.1134/S1027451019050082.Dyussambayev D.S., Aitkulov M.T., Shaimerdenov A.A., Mukhametuly B., Nazarov K., Kaestner A., Pessoa Barradas N., Sairanbayev D.S., Dikov A.S. and E.M. Bazarbayev. Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A., 2022, vol. 1039, p. 167078. https://doi.org/10.1016/j.nima.2022.167078.Dyussambayev D.S., Aitkulov M.T., Shaimerdenov A.A., Mukhametuly B., Nazarov K., Kaestner A., Pessoa Barradas N., Sairanbayev D.S., Dikov A.S. and E.M. Bazarbayev. Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A., 2022, vol. 1039, p. 167078. https://doi.org/10.1016/j.nima.2022.167078.Nazarov K.M., Mukhametuly B., Kichanov S.E., Zholdybayev T.K., Shaimerdenov A.A, Karakozov K.B., Dyussambayev D.S., Aitkulov M.T., Yerdauletov M., Napolskiy P., Kenessarin M., Kalymkhan E.K., Imamverdiyev N.A. and S.H. Jabarov. Eur. J. Phys. Funct. Mat., 2021, vol. 5, pp. 6–14 https://doi.org/10.32523/ejpfm.2021050101.Nazarov K.M., Mukhametuly B., Kichanov S.E., Zholdybayev T.K., Shaimerdenov A.A, Karakozov K.B., Dyussambayev D.S., Aitkulov M.T., Yerdauletov M., Napolskiy P., Kenessarin M., Kalymkhan E.K., Imamverdiyev N.A. and S.H. Jabarov. Eur. J. Phys. Funct. Mat., 2021, vol. 5, pp. 6–14 https://doi.org/10.32523/ejpfm.2021050101.Lussani F.C., Vescovi R.F.C., Souza T.D., D., C.A.P. Leite, and C. Giles. Rev. Sci. Instrum., 2015, vol. 86, p. 063705. https://doi.org/10.1063/1.4922607.Lussani F.C., Vescovi R.F.C., Souza T.D., D., C.A.P. Leite, and C. Giles. Rev. Sci. Instrum., 2015, vol. 86, p. 063705. https://doi.org/10.1063/1.4922607.Maire E., Buffiere J.Y., Salvo L., Blandin J.J., Ludwig W. and J.M. Letang. Adv. Eng, Mater., 2001, vol. 3, pp. 539–546. https://doi.org/10.1002/1527-2648(200108)3:8<539::AID-ADEM539>3.0.CO;2-6.Maire E., Buffiere J.Y., Salvo L., Blandin J.J., Ludwig W. and J.M. Letang. Adv. Eng, Mater., 2001, vol. 3, pp. 539–546. https://doi.org/10.1002/1527-2648(200108)3:8<539::AID-ADEM539>3.0.CO;2-6.Mannes D. Phys. Procedia, 2015, vol. 69, pp. 653–660. https://doi.org/10.1016/j.phpro.2015.07.092.Mannes D. Phys. Procedia, 2015, vol. 69, pp. 653–660. https://doi.org/10.1016/j.phpro.2015.07.092.Grolimund D., Berger D., Schreyer S.B, Borca C.N., Hartmann S., Muller F., Hovind J., Hunger K., Lehmann E.H, Vontobel P. and Wang H.A.O. J. Anal. At. Spectrom., 2011, vol. 26, pp. 1012–1023. https://doi.org/10.1016/j.phpro.2015.07.092.Grolimund D., Berger D., Schreyer S.B, Borca C.N., Hartmann S., Muller F., Hovind J., Hunger K., Lehmann E.H, Vontobel P. and Wang H.A.O. J. Anal. At. Spectrom., 2011, vol. 26, pp. 1012–1023. https://doi.org/10.1016/j.phpro.2015.07.092.Watanabe T., Takeichi Y., Niwa Y., Hojo M., and M. Kimura. Compos. Sci. Technol., 2020, vol. 197, p. 108244. https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2020.108244.Watanabe T., Takeichi Y., Niwa Y., Hojo M., and M. Kimura. Compos. Sci. Technol., 2020, vol. 197, p. 108244. https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2020.108244.Adibhatla A., Tuohimaa T., and F. Yang. Microsc. Microanal., 2020, vol. 26, p. 2722. https://doi.org/10.1017/S1431927620022552Adibhatla A., Tuohimaa T., and F. Yang. Microsc. Microanal., 2020, vol. 26, p. 2722. https://doi.org/10.1017/S1431927620022552Fella C., Balles A., Hanke R., Last A., and S. Zabler. Rev. Sci. Instrum., 2017, vol. 88, p. 123702. https://doi.org/10.1063/1.5011042.Fella C., Balles A., Hanke R., Last A., and S. Zabler. Rev. Sci. Instrum., 2017, vol. 88, p. 123702. https://doi.org/10.1063/1.5011042.Kaestner A.P., Hovind J., Boillat P., Muehlebach C., Carminati C., Zarebanadkouki M. and E.H. Lehmann. Phys. Procedia, 2017, vol. 88, pp. 314–321. https://doi.org/10.1016/j.phpro.2017.06.043.Kaestner A.P., Hovind J., Boillat P., Muehlebach C., Carminati C., Zarebanadkouki M. and E.H. Lehmann. Phys. Procedia, 2017, vol. 88, pp. 314–321. https://doi.org/10.1016/j.phpro.2017.06.043.Tengattini A., Lenoir N., Andò E., Giroud B., Atkins D., Beaucour J., and G. Viggiani. Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A., 2020, vol. 968, p. 163939. https://doi.org/10.1016/j.nima.2020.163939.Tengattini A., Lenoir N., Andò E., Giroud B., Atkins D., Beaucour J., and G. Viggiani. Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A., 2020, vol. 968, p. 163939. https://doi.org/10.1016/j.nima.2020.163939.Lehmann E.H., Mannes D., Kaestner A.P., Hovind J., Trtik P., and M. Strobl. Appl. Sci., 2021, vol. 11, p. 3825. https://doi.org/10.3390/app11093825.Lehmann E.H., Mannes D., Kaestner A.P., Hovind J., Trtik P., and M. Strobl. Appl. Sci., 2021, vol. 11, p. 3825. https://doi.org/10.3390/app11093825.LaManna J.M., Hussey D.S., Baltic E., and D.L. Jacobson. Rev. Sci. Instrum., 2017, vol. 88, p. 113702. https://doi.org/10.1063/1.4989642.LaManna J.M., Hussey D.S., Baltic E., and D.L. Jacobson. Rev. Sci. Instrum., 2017, vol. 88, p. 113702. https://doi.org/10.1063/1.4989642.Mayo S.C., Stevenson A.W., and S.W. Wilkins. Materials, 2012, vol. 5, pp. 937–965. https://doi.org/10.3390/ma5050937.Mayo S.C., Stevenson A.W., and S.W. Wilkins. Materials, 2012, vol. 5, pp. 937–965. https://doi.org/10.3390/ma5050937.Brock J.D., and M. Sutton. Mat. Today, 2008, vol. 11, pp. 52–55. https://doi.org/10.1016/S1369-7021(08)70239-6.Brock J.D., and M. Sutton. Mat. Today, 2008, vol. 11, pp. 52–55. https://doi.org/10.1016/S1369-7021(08)70239-6.Khoury B.M., Bigelow E.M.R., Smith L.M., Schlecht S.H., Scheller E.L., Andarawis-Puri N., and K.J. Jepsen. Connect. Tissue R., 2015, vol. 56, pp. 106–119. https://doi.org/10.3109/03008207.2015.1005211.Khoury B.M., Bigelow E.M.R., Smith L.M., Schlecht S.H., Scheller E.L., Andarawis-Puri N., and K.J. Jepsen. Connect. Tissue R., 2015, vol. 56, pp. 106–119. https://doi.org/10.3109/03008207.2015.1005211.Brunke O., Neuber D., and D.K. Lehmann. MRS Online Proc. Libr., 2006, vol. 990, p. 509. https://doi.org/10.1557/PROC-0990-B05-09.Brunke O., Neuber D., and D.K. Lehmann. MRS Online Proc. Libr., 2006, vol. 990, p. 509. https://doi.org/10.1557/PROC-0990-B05-09.https://www.spellmanhv.com/ru/high-voltage-power-supplies/XRB011C.https://www.spellmanhv.com/ru/high-voltage-power-supplies/XRB011C.https://www.bruker.com/en/products-and-solutions/preclinical-imaging/micro-ct/skyscan-1278.htmlhttps://www.bruker.com/en/products-and-solutions/preclinical-imaging/micro-ct/skyscan-1278.htmlhttps://neoscan.com/system/neoscan-n70/https://neoscan.com/system/neoscan-n70/https://www.shimadzu.com/an/products/non-destructive-testing/microfocus-x-ray-ct-system/xseeker-8000/index.htmlhttps://www.shimadzu.com/an/products/non-destructive-testing/microfocus-x-ray-ct-system/xseeker-8000/index.htmlhttps://rigaku.com/products/imaging-ndt/x-ray-ct/ct-lab-hxhttps://rigaku.com/products/imaging-ndt/x-ray-ct/ct-lab-hxLaforsch, Christoph E., and C. Glaser. Coral Reefs, 2008, vol. 27, pp. 811–820. https://doi.org/10.1007/s00338-008-0405-4.Laforsch, Christoph E., and C. Glaser. Coral Reefs, 2008, vol. 27, pp. 811–820. https://doi.org/10.1007/s00338-008-0405-4.Kruszyński K.J., Kaandorp J.A., and R. van Liere. Coral Reefs, 2007, vol. 26, pp. 831–840. https://doi.org/10.1007/s00338-007-0270-6Kruszyński K.J., Kaandorp J.A., and R. van Liere. Coral Reefs, 2007, vol. 26, pp. 831–840. https://doi.org/10.1007/s00338-007-0270-6Saadatfar M., Garcia-Moreno F., Hutzler S., Sheppard A.P., Knackstedt M.A., Banhart J., and D. Weaire. Colloids Surf. A: Physicochem. Eng. Aspects, 2009, vol. 344, pp. 107–112. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2009.01.008.Saadatfar M., Garcia-Moreno F., Hutzler S., Sheppard A.P., Knackstedt M.A., Banhart J., and D. Weaire. Colloids Surf. A: Physicochem. Eng. Aspects, 2009, vol. 344, pp. 107–112. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2009.01.008.Naruse W., Kondo S., Kobashi M., Kanetake N., Iwama Yu., and T. Nishiwaki. J. Japan. Inst. Light Met., 2014, vol. 64, pp. 598–603. https://doi.org/10.2464/jilm.64.598.Naruse W., Kondo S., Kobashi M., Kanetake N., Iwama Yu., and T. Nishiwaki. J. Japan. Inst. Light Met., 2014, vol. 64, pp. 598–603. https://doi.org/10.2464/jilm.64.598.Meagher A.J., Mukherjee M., Weaire D., Hutzler S., Banhart J., and F. Garcia-Moreno. Soft Matter, 2011, vol. 7, pp. 9881–9885. http://doi.org/10.1039/C1SM05495C.Meagher A.J., Mukherjee M., Weaire D., Hutzler S., Banhart J., and F. Garcia-Moreno. Soft Matter, 2011, vol. 7, pp. 9881–9885. http://doi.org/10.1039/C1SM05495C.Morigi M.P., Casali F., and M. Bettuzzi . Appl. Phys. A, 2010, vol. 100, pp. 653–661. https://doi.org/10.1007/s00339-010-5648-6.Morigi M.P., Casali F., and M. Bettuzzi . Appl. Phys. A, 2010, vol. 100, pp. 653–661. https://doi.org/10.1007/s00339-010-5648-6.Albertin F., Bettuzzi M., Brancaccio R., Morigi M.P., and F. Casali. Heritage, 2019, vol. 2, pp. 2028–2038. https://doi.org/10.3390/heritage2030122.Albertin F., Bettuzzi M., Brancaccio R., Morigi M.P., and F. Casali. Heritage, 2019, vol. 2, pp. 2028–2038. https://doi.org/10.3390/heritage2030122.Abdurakhimov B.A., Kichanov S.E., Talmaţchi C., Kozlenko D.P., Talmaţchi G., Belozerova N.M., Bǎlǎșoiu M., and M.C. Belc. J. Archeol. Sci. Rep., 2021, vol. 35, p. 102755. https://doi.org/10.1016/j.jasrep.2020.102755.Abdurakhimov B.A., Kichanov S.E., Talmaţchi C., Kozlenko D.P., Talmaţchi G., Belozerova N.M., Bǎlǎșoiu M., and M.C. Belc. J. Archeol. Sci. Rep., 2021, vol. 35, p. 102755. https://doi.org/10.1016/j.jasrep.2020.102755.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.