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ANATOMIX SOLEIL Synchrotron

La ligne ANATOMIX (Advanced Nanotomography and Imaging with coherent X rays) fournit des rayons X dans la gamme d'énergie entre 5 et 50 keV. Elle est dédiée à la radiographie et la tomographie plein champ, en contraste d'absorption et contraste de phase, et à des tailles de pixel allant de 20 nm jusqu'à 20 µm.

Three images showing photographs of the microtomograph (left), a 3D volume rendering of a lizard head (center) and the transmission X-ray microscope (right)

Situation Covid-19 sur ANATOMIX :Logo du programme Investissements d'Avenir

(mis à jour le 3 septembre 2021)

  • Depuis juin 2020, nous sommes revenu à un fonctionnement quasi normal.
  • La ligne accueille des utilisateurs sur site pour leurs expériences.
  • Présence sur ANATOMIX: 2 personnes maxi de l'équipe utilisatrice (en plus du local contact) présentes simultanément sur la ligne
  • L'équipe ligne reste à votre disposition pour toute question (voir "Contacts" ci-dessous).

 

ANATOMIX, un Equipement d'Excellence

La construction et le fonctionnement de la ligne ANATOMIX sont largement financés par l'État à travers le projet "NanoimagesX" retenu lors de l'appel à projets "Équipements d'excellence" (EQUIPEX) 2011 dans le cadre des Investissements d'Avenir de l'Agence Nationale de la Recherche (ANR).

La ligne ANATOMIX

Photo of the extension building housing beamlines ANATOMIX and NANOSCOPIUMANATOMIX est une ligne de lumière dédiée à la tomographie aux rayons X, à l'échelle micro- et nanométrique, en contraste d'absorption et contraste de phase. Elle fonctionne dans une gamme d'énergies photoniques comprise entre 5 et 50 keV et permet à ses utilisateurs d'obtenir des images radiographiques en deux et trois dimensions d'échantillons de taille macroscopique, allant jusqu'à plusieurs centimètres d'épaisseur. Pour des échantillons plus petits, la résolution spatiale atteint les 50 nm (correspondant à une taille du pixel de 20 nm). Des études en temps réel sont possibles, à des vitesses d'acquisition de données qui vont actuellement jusqu'à un scan tomographique par seconde. Des vitesses plus élevées d'acquisition sont en cours de développement, ainsi nous avons déjà pu effectuer des séries d'acquisitions à 20 volumes par seconde (50 ms par scan).

Un environnement conçu pour être aussi flexible que possible permet des études in situ et/ou in operando, dans des conditions proches des environnements naturels ou techniques des échantillons (en termes de température, humidité, charge mécanique, fluidique). Les échantillons biologiques peuvent être mesurés en état hydraté. Avec une préparation adaptée des échantillons, l'imagerie cellulaire sans environnement cryogénique est possible.

 

Techniques accessibles à ANATOMIX

Afin de couvrir les gammes de paramètres décrits ci-dessus, deux types de méthodes radiographiques seront disponibles : la microimagerie à faisceau parallèle et la microscopie RX plein champ en transmission.

Schematic of parallel-beam microtomography Schematic of transmission X-ray microscopy
  • Energies photoniques de 10 à 50 keV
    (jusqu'à ~25 keV en faisceau monochromatique)
  • Taille du faisceau jusqu'à 40 mm (largeur)
  • Résolution jusqu'à environ 1 µm (taille du pixel 0.3 µm)
  • Contraste d'absorption (opérationnel)
  • Contraste de phase par propagation (opérationnel)
  • Interférométrie RX à réseaux (prévue)
  • Opérationnel (AP24) à une énergie photonique de 10 keV
  • D'autres énergies entre 5 et 20 keV en cours de développement
  • Grossissement d'image RX par lentilles de Fresnel RX
  • Résolution jusqu'à 80 nm (taille du pixel 20 nm)
  • Taille du champ environ (40 µm)2
  • Contraste d'absorption
  • Contraste de phase type Zernike
Exemples: Microimagerie à faisceau parallèle
Grayscale image of a virtual cut through the head of a lizard[+] Microtomographie en contraste de phase d’un objet large : coupe virtuelle tomographique à travers la tête d’un lézard des murailles (Podarcis muralis). On note les détails de tissus mous, visibles par contraste de phase. L’animal mort a été immergé dans de l’éthanol pour les mesures. Données acquises sur ANATOMIX avec un détecteur indirect (scintillateur LuAG, objectif photo 1× et caméra sCMOS) avec une taille effective du pixel de 6,5 µm, résultant en une résolution spatiale autour de 15 µm. Les données volumiques ont été acquises en 7 minutes avec un faisceau RX blanc filtré d’une énergie photonique centrale d’environ 25 keV et à une distance échantillon–détecteur de 1,2 m.
Horizontal X-ray phase-contrast microtomography slice through the kidney of a mouse[+] Microtomographie de tissus mous biologiques : coupe tomographique horizontale en contraste de phase à travers le rein d’une souris. Le temps d’acquisition pour le volume a été de 5 minutes à une énergie photonique de 17 keV et une distance échantillon–détecteur de 33 mm ; taille effective du pixel : 1,3 µm, résolution spatiale environ 2,5 µm. Un filtre type Paganin a été appliqué dans la reconstruction. L’échantillon a été préparé avec une solution d’iode 90 mg/ml dans de l’agar. A gauche, coupe complète. A droite, détail agrandi. Echantillon fourni par Georg Schulz, Biomaterials Science Center, Université de Bâle (Suisse).
Microtomography slice through a piece of shale rock with foraminifera inclusions, acquired with a pixel size of 0.65 µm - beamline ANATOMIX[+] Microtomographie à champ étendu. Coupe tomographique verticale à travers un morceau de roche shale avec des inclusions de foraminifères, acquis à une taille du pixel de 0,65 µm. La taille du volume imagé a été augmenté en positionnant l’axe de rotation proche d’un bord du champ du détecteur, plutôt qu’au centre de celui-ci (« demi-acquisition »). Echantillon fourni par Roland Pellenq, MSE², Massachusetts Institute of Technology / CNRS / Aix-Marseille Université, Cambridge, Massachusetts, USA.
Exemples: Microscopie RX plein champ en transmission
Nanotomography slice of a sample of cement paste - beamline ANATOMIX[+] Nanotomographie (coupe verticale) d’une pâte de ciment à 10 keV. Le TXM a été utilisé en contraste de phase Zernike, avec une taille de pixel de 21 nm. La résolution est estimée à 85 nm (H) × 75 nm (V). L’échantillon a été découpé par FIB-SEM (usinage par faisceau d’ions focalisé combiné à un microscope électronique à balayage). Echantillon fourni par Roland Pellenq, MSE², Massachusetts Institute of Technology / CNRS / Aix-Marseille Université, Cambridge, Massachusetts, Etats-Unis.
Local TXM nanotomography of mouse pancreas - beamline ANATOMIX[+] Nanotomographie locale de tissu mou biologique, ici : un pancréas murin à 10 keV. L’image montre une coupe axiale à travers le volume reconstruit. Le TXM a été utilisé en contraste de phase type Zernike, à une taille de pixel de 44 nm. La résolution spatiale de l’image est estimée à 200 nm. Le pancréas a été extrait, fixé en formaline,  déshydraté et enrobé dans de la paraffine. L’échantillon a été coupé en forme de bâtonnet d’un diamètre de 1,5 mm ; un volume de 40 µm de diamètre et de hauteur a été imagé en tomographie locale. Echantillon fourni par Raphael Scharfmann, INSERM / Institut Cochin, Paris.

Voir aussi

 

Contacts

Pour plus de détails sur les possibilités techniques et scientifiques sur ANATOMIX, adressez-vous aux scientifiques de la ligne :

Timm Weitkamp
Scientifique, responsable de ligne
+33 (0)1 69 35 81 37
timm.weitkamp@synchrotron-soleil.fr
Mario Scheel
Scientifique, chef de projet nanotomographie (TXM)
+33 (0)1 69 35 96 31
mario.scheel@synchrotron-soleil.fr
Jonathan Perrin
Scientifique
+33 (0)1 69 35 94 99
jonathan.perrin@synchrotron-soleil.fr
Hubert Chevreau
Ingénieur matériaux pour les applications industrielles
+33 (0)1 69 35 97 00
hubert.chevreau@synchrotron-soleil.fr
Guillaume Daniel
Assistant-ingénieur
+33 (0)1 69 35 96 66
guillaume.daniel@synchrotron-soleil.fr

Numéros de téléphone des salles la ligne

Salle de contrôle Zone optiques +33 (0)1 69 35 97 31
Salle de contrôle Expériences
Cabane expériences EH3 +33 (0)1 69 35 97 82
Cabane expériences EH4
Salle de réunion et d'analyse de données +33 (0)1 69 35 97 71
Salle de préparation
Atelier +33 (0)1 69 35 99 80

L'équipe

WEITKAMP
WEITKAMP Timm
Responsable Ligne De Lumière
PERRIN
PERRIN Jonathan
Scientifique de Ligne De Lumière
SCHEEL
SCHEEL Mario
Scientifique de Ligne De Lumière
DANIEL
DANIEL Guillaume
Assistant Ingénieur de Ligne De Lumière
KHURSHID
KHURSHID Benazir

Offres d'emploi & de stage

Accéder aux offres d'emploi de SOLEIL

Données techniques

Techniques expérimentales

Microtomographie à faisceau parallèle
- Contraste d'absorption (opérationnel)
- Contraste de phase par propagation (opérationnel)
- Interférométrie X à réseaux (prévue)
Nanotomographie via microscopie X plein champ à lentilles Fresnel
- Contraste d'absorption
- Contraste de phase Zernike

Domaine d’énergie

Microtomographie
- Entre 5 et 50 keV
- Jusqu'à environ 25 keV en faisceau monochromatique
Nanotomographie
- 10 keV (opérationnel)
- 17 et 20 keV (en cours de tests)
- 6 keV (prévu)

Taille du faisceau sur l’échantillon

Microtomographie
- sans miroir M1-M2 : jusqu'à 20 mm (H) × 15 mm (V)
- avec miroir M1-M2 : jusqu'à 40 mm (H) × 15 mm (V)
Nanotomographie
- de 0.04 mm × 0.04 mm à 40 mm (H) × 15 mm (V).

Modes de faisceau/ Résolution en énergie

Microtomographie
- Faisceau blanc filtré
- Monochromateur double cristal Si-111 (ΔE/E = 10-4)
- Monochromateur double multicouche (ΔE/E = 10-2) – prévu en 2021
Nanotomographie
- Monochromateur double cristal Si-111 (ΔE/E = 10-4)

Source

Onduleur cryogénique sous vide U18

Optiques

Ouverture d'entrée : diaphragme 2.5 mm × 2.0 mm (H×V), à 22.7 m de la source.
Fente horizontale de cohérence, à 23.2 de la source.
Fentes primaires, à 26 m de la source.
Double miroir (escamotable), à déflection et focalisation horizontales, f=3.5 m, à 35.5 m de la source.
Lentilles refractives pour collimation, à 38 m de la source (prévues).
Fente horizontale de source secondaire (utilisée avec le miroir), à 39 m de la source.
Monochromateur à double cristal (Si-111), escamotable, deflection verticale, à 50 m de la source.
Monochromateur à double multicouche, escamotable, deflection verticale, à 53 m de la source (prévu 2019).

Détecteurs

Tous nos détecteurs sont basés sur le principe de la détection indirecte couplée par lentilles : l'image RX est convertie en image visible par un écran fluorescent (scintillateur). L'image visible est ensuite projetée sur un capteur numérique à pixels par une optique à lentilles. En microtomographie, la taille effective du pixel est égale à la taille du pixel sur le capteur, divisée par le grossissement. Par exemple, l'utilisation d'une optique à grossissement 10 avec une caméra dont la taille de pixel est de 6.5 µm donnera une taille effective de pixel de 0.65 µm. (En nanotomographie par TXM, cette valeur doit être encore divisée par le grossissement d'image au niveau des rayons X dans le microscope RX, afin d'obtenir la taille de pixel effective au niveau de l'échantillon.)

Optiques détecteurs :

Grossissements disponibles : ×1, ×2.1, ×5, ×10, ×20
Autres grossissements entre ×0.5 to ×50 prévus ou en cours de tests

Capteurs :

Marque & modèle Type # pixels Taille du pixel Cadence ADC
Hamamatsu Orca Flash 4 V2 CMOS 2048×2048 6.5 µm 100 fps 16 bit
pco.4000 CCD 4008×2672 9.0 µm 5 fps 14 bit
pco.dimax HS4 CMOS 2000×2000 11.0 µm 2277 fps 12 bit

Thématiques scientifiques

Information accessible
  • Microstructure et morphologie : distribution en 2D and 3D du coefficient linéaire d'atténuation RX et/ou de l'indice de refraction RX / de la densité d'électrons
  • Structures cachées intérieures
  • Réseaux poreux (mousses…)
  • Réseaux fibreux
  • Différences de densité faibles
Etudes fonctionnelles
  • Mécanique des fluides : percolation, flux sanguin etc.
  • Processus de croissance
  • Processus de défaillance (fissures…)
Domaines d'application
  • Energie
    • Matériaux pour la fusion nucléaire
    • Roches mères
    • Piles à combustible
    • Batteries
  • Ingénierie
    • Matériaux à structure hiérarchique
    • Composites
    • Microstructure d'alliages : solidification, croissance de dendrites
  • Santé et biologie
    • Cancer: angiogénèse de tumeurs
    • Maladies cardiovasculaires, neurodégénératives et métaboliques
    • Rhumatologie
    • Création de tissus, scaffolds etc.