MICROTOMOGRAPHIE DE DIAMANTS | FR

Il n'y a pas tellement de méthodes à la disponibilité des chercheurs pour visualiser la structure interne des objets d'une façon non-destructives. La tomographie aux rayons X est une technique qui donne cette possibilité sans destruction, même sans préparation de l’objet.

La méthode n'est pas nouvelle. Elle a été développée dans les années 1970 pour des applications médicales.

Dans cette méthode, plusieurs projections aux rayons X (radiographies) sont prises sous angles différents de 0 à 180° Chaque projection et digitalisée et transférée a un ordinateur ou la structure tridimensionnelle est calculée par un algorithme de reconstruction.

La résolution typique d'un "Scanner" médical est de l’ordre d'un millimètre. Pour la majorité des applications ou on est intéressé à l’analyse interne d'un objet cette résolution est insuffisante. En principe il est possible de pousser la résolution dans la rangée submicron en utilisant les rayons X d'un Synchrotron, mais cette possibilité existe seulement dans quelques endroits et il est difficile d'obtenir accès.

Récemment avec le développement des sources microfocales compactes aux rayons X, avec les détecteurs CCD et avec les micro-ordinateurs puissants il est devenu possible de construire un micro-CT de table avec une résolution de l’ordre de quelques microns, qui est facile à utiliser dans un endroit de laboratoire ou d’atelier de taille. La limitation de la technique est que le diamètre maximal de l’objet doit être plus petite que la taille du détecteur CCD, parce que toutes les projections doivent être captées entièrement.

Les applications de la micro-CT sont trouvées dans un nombre de domaines de recherche comme dans les semi-conducteurs, la pétrographie, la science des matériaux, la géologie, la biologie, la paléontologie, l’archéologie etc.

La formation du contraste des radiographies est basée sur l’atténuation des rayons X dans l’objet. Mais pour les objets qui consistent en matériaux légers, comme le diamant, l’atténuation est trop faible pur visualiser des petits détails comme les inclusions, les fissures etc..

Plutôt que d'utiliser le contraste d' atténuation, il est mieux de trouver un moyen de visualiser le changement de phase senti par les rayons X en traversant l’objet, par-ce que l’ordre de grandeur du changement de phase peut être 1000 fois plus grand que l’atténuation.

Mais toutes les méthodes de « contraste de phase » qui existent, utilisent des sources a rayons X monochromatiques, comme les Synchrotrons, et des monochromateurs.

Récemment on a pu montrer que même avec les source polymonochromatiques comme celles utilisées dans les micro CT il est possible d'obtenir du contraste de phase.

Les conditions sont que la taille de la source est assez petite et la distance entre la source et le détecteur est assez grande. Cette observation ouvre des nouvelles perspectives pour la tomographie de contraste de phase dans un Système micro-CT en général et l’étude des inclusions dans le diamant en particulier.

Pour tester cette hypothèse expérimentalement, on a choisi un objet approprié: un diamant brut avec une fissure interne. Une fissure est un défaut planaire qui a une épaisseur de quelques microns seulement et qui est vide ou rempli par un gaz. Parce que l’épaisseur est si mince, l’interaction des rayons X avec la fissure (le glets) est si petite qu'on ne peut pas l’observer dans les tomogrammes d'attenuation. En contraste de phase, au contraire on peut l’observer. Figure 2 montre le résultat expérimental.. Figure 2a montre l’image visuelle. Figure 2b montre la radiographie projetée parallèlement avec la fissure. Ici on aperçoit un contraste de phase faible. Figure 2c montre des sections de la reconstruction tridimensionnelle coupes aux niveaux indiques dans la figure 2b. Pour la reconstruction 400 projections sont utilisées. Dans la Figure 2c on aperçoit des décalages internes dans la fissure qui ne sont pas visible avec n'importe quelle autre méthode, ce qui donne une indication de la sensitivité de la technique. Avec cette technique du contraste de phase il est maintenant devenu possible de visualiser toutes les inclusions importantes dans des diamants bruts avec un très haute précision. Cette information peut être utilisée pour optimaliser le poids des diamants tailles.