Røntgen imaging og mikroskopi benyttes i et meget bredt spektrum, fra hospitaler over materialeforskning til museer og industri. I de sidste 30 år her der sket en hurtig udvikling ved brug af både lab kilder og synkrotron kilder, med mange nye modaliteter og anvendelsesområder. Der er stor variation, men alle metoder deler de samme underlæggende principper, som vil blive præsenteret i detaljer i dette kursus.

Kurset giver den studerende et omfattende blik på avancerede Røntgen billeddannelses metoder, såsom fase- og diffraktions-kontrast tomografi og de nye kohærente mikroskopi metoder. Kurset sigter mod at etablere en forbindelse mellem en teoretisk beskrivelse af billedformation/ 3D rekonstruktion og anvendelser af metoderne på tværs af materials science, biologi og andre domæner. Den studerende vil blive bekendt med simuleringer af Røntgen billeder og film og selvstændigt kunne fortolke komplekse 3D data. Den viden der opnås via kurset er relevant for at blive en ekspert indenfor F&U i området indenfor den akademiske verden eller i den voksende Røntgen industri. En studerende, der fuldt ud har opfyldt kursets mål, vil kunne:

• Beskrive egenskaberne bag kohærente og inkohærent billed dannelse.
• Udføre simulationer af interaktionen af partiel kohærente Røntgen bølger med materialer
• Udlede phase retreival metoder og anvende disse
• Forklare og anvende Fourier optik
• Forklare de matematiske principper bag 3D tomografi
• Udføre simulering af rekonstruktion metoder i Røntgen tomografi
• Forklare grundlaget bag diffraktion kontrast tomografi
• Udføre diffraktion og fase kontrast tomografi forsøg og analysera data
• Beskrive og anvende iterative rekonstruktions metoder der gør brug af koherænte kilder.
• Evaluere teknikker inden for Røntgen imaging; identificere og anvende den optimale metode eller kombination af metoder til kvantificering af den 3D struktur af materialer

Kurset består af 13 undervisningsgange. Undervisningen omfatter kortere forelæsninger, diskussioner af litteratur, som de studerende har læst, simuleringer og eksperimentelle demoer. Kurset omfatter også 4 hjemmearbejdsopgaver hver af 6 timers nominel varighed.

Kurset introdurer de studerende til moderne koncepter indenfor imaging med Røntgenstråler genereret enten fra laboratorie baserede kilder eller fra internationale forskningsinfrastrukturer (synkrotroner). Udfra a priori viden om materialer/bio strukturer lærer den studerende diffraktion kontrast metoder og nær-felts billeddannelse. Matematikken bag tomografisk rekonstruktion og praktisk erfaring med eksisterende værktøjer vil blive dækket. Forelæsningerne vil blive fulgt op med hands-on øvelser med det mål at etablere forbindelsen mellem teori og software implementering.

Forelæsninger og øvelser vil især fokusere på følgende emner:
• Fysikken bag udbredelsen af Røntgen stråling i medier.
• Foton-materiale interaktion, attenuering, spredning og diffraktion i sammenhæng med imaging
• Billed dannelse i et Røntgen mikroskop.
• Diffraktions kontrast imaging (korn, defekter og spændinger i 3D).
• Simuleringer af udbredelsen af kohærente bølgefronter
• Rekonstruktion algoritmer og deres implementering
• Hands-on sessioner med simuleringer og 3D data rekonstruktioner J. Als-Nielsen & D. F. McMorrow, Elements of Modern X-ray Physics, John Wiley & Sons, Ltd (2011)
J. Goodman, Introduction to Fourier Optics, W. H. Freeman (2004)
P.C. Hansen, J.S. Jørgensen, and W. R. B. Lionheart, Computed Tomography: Algorithms, Insight, and Just Enough Theory, SIAM(2021) 07. december, 2021