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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 30 nm jusqu'à 10 µm.

Three photographs taken during beamtime on ANATOMIX

La ligne ANATOMIX est désormais ouverte aux utilisateurs. Contactez-nous !label nanoimagesX

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 atteindra les 100 nm (correspondant à une taille du pixel de 30 nm). Des études en temps réel sont possibles, à des vitesses d'acquisition de données qui iront jusqu'à un scan tomographique par seconde.

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.

 

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 X-ray microimaging 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 100 nm (taille du pixel 30 nm)
  • Taille du champ environ (40 µm)2
  • Contraste d'absorption
  • Contraste de phase type Zernike
Exemples: Microimagerie à faisceau parallèle
Grayscale image with three smaller insets showing details[+]

Microtomographie à faisceau large. Coupe axiale tomographique d'un tibia de poule. Pris avec un faisceau blanc, énergie centrale 20 keV, taille du pixel 9,3 µm. Détails : (a) tissus mous ; (b,c) os trabeculaire. 1000 projections, temps de pose par projection 0.06 s. De [1].

Grayscale image with smaller inset showing a detail[+]

Microtomographie à haute résolution en contraste de phase. Coupe axiale tomographique d'une tige de chanvre. Faisceau blanc, énergie centrale 10 keV, taille du pixel 0,65 µm, distance entre detecteur et échantillon 12 mm. 1500 projections, durée du scan 5 minutes. Echantillon fourni par J. Beaugrand, INRA, Nantes. De [1].

[1] T. Weitkamp et al., "Progress in microtomography at the ANATOMIX beamline of Synchrotron Soleil", Microscopy and Microanalysis vol. 24 suppl. 2 (2018) 244–245, doi:10.1017/S1431927618013570.
Exemples: Microscopie RX plein champ en transmission
Grayscale image with smaller inset showing a detail[+] Essai de résolution en microscopie RX. Détail d'une des premières images prises avec le microscope RX plein champ sur ANATOMIX, une radiographie d'un objet de référence dont les détails les plus fins (au centre) ont une largeur de 50 nm. Image obtenue avec un faisceau "rose", c'est-à-dire un faisceau blanc dont une seule harmonique de l'onduleur a été isolée par réflexion sur le miroir M1-M2 de la ligne et filtrage par des atténuateurs. De [2].
Grayscale image representing a sagittal tomography slice, with scale bar; area approx. 45 microns diameter[+] Premiers tests de nanotomographie en microscopie RX. Coupe tomographique sagittale d'un échantillon de shale avec des inclusions de pyrite (visibles en gris clair). Données acquises en faisceau rose de 10 keV, avec une taille effective de piel de 49 nm ; la résolution est estimée à 250 nm. Les projections n'ont pas été réalignées avant la reconstruction tomographique. L'échantillon a été fourni par l'Unité Mixte Internationale "Multiscale Materials Science for Energy and Environment" (MSE²), un laboratoire du CNRS, du Massachusetts Institute of Technology (MIT) et de Aix-Marseille Université (AMU). De [2].
[2] M. Scheel et al., "Toward hard X-ray transmission microscopy at the ANATOMIX beamline of Synchrotron Soleil", Microscopy and Microanalysis vol. 24 suppl. 2 (2018) 246–247, doi:10.1017/10.1017/S1431927618013582.

Voir aussi

 

Contacts

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

Timm Weitkamp +33 (0)1 69 35 81 37
timm.weitkamp@synchrotron-soleil.fr
Mario Scheel +33 (0)1 69 35 96 31
mario.scheel@synchrotron-soleil.fr
Jonathan Perrin +33 (0)1 69 35 94 99
jonathan.perrin@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

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

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)
Microscopie X plein champ à lentilles Fresnel (en cours de développement)
- Contraste d'absorption
- Contraste de phase Zernike

Domaine d’énergie

Entre 5 et 50 keV
Jusqu'à environ 25 keV en faisceau monochromatique

Taille du faisceau sur l’échantillon

De 0.04 mm × 0.04 mm à 40 mm (H) × 15 mm (V).

Modes de faisceau/ Résolution en énergie

Faisceau blanc filtré
Monochromateur double cristal Si-111 (ΔE/E = 10-4)
Monochromateur double multicouche (ΔE/E = 10-2) – prévu en 2019

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. La taille effective du pixel est égale à la taille du pixel sur le capteur, divisée par le grossissement.

Optiques détecteurs :

Grossissement ×1 (disponible)
Grossissement ×10 (disponible)
Grossissement ×20 (disponible)
Autres grossissements entre ×0.5 et ×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
    • Rhumatologie
    • Création de tissus, scaffolds etc.