X-ray computed tomography (CT) can reveal the internal details of objects in three dimensions non-destructively. In this Primer, we outline the basic principles of CT and describe the ways in which a CT scan can be acquired using X-ray tubes and synchrotron sources, including the different possible contrast modes that can be exploited. We explain the process of computationally reconstructing three-dimensional (3D) images from 2D radiographs and how to segment the 3D images for subsequent visualization and quantification. Whereas CT is widely used in medical and heavy industrial contexts at relatively low resolutions, here we focus on the application of higher resolution X-ray CT across science and engineering. We consider the application of X-ray CT to study subjects across the materials, metrology and manufacturing, engineering, food, biological, geological and palaeontological sciences. We examine how CT can be used to follow the structural evolution of materials in three dimensions in real time or in a time-lapse manner, for example to follow materials manufacturing or the in-service behaviour and degradation of manufactured components. Finally, we consider the potential for radiation damage and common sources of imaging artefacts, discuss reproducibility issues and consider future advances and opportunities. This Primer on X-ray computed tomography explores the different experimental configurations for three-dimensional data acquisition as well as the fundamentals of three-dimensional data reconstruction, segmentation and analysis with examples across the physical and life sciences.

Fluid flow and mass transport in geological materials are crucial in diverse Earth science applications. To fully understand the behavior of geological materials in this context, the pore scale properties of these materials have to be investigated and related to effective material properties. Imaging techniques are becoming ever more valuable tools to characterize the microstructure (especially in three dimensions), while numerical models to calculate transport properties based on experimental images of the microstructure are quickly maturing. The results of image-based modeling studies depend crucially on both the employed model and the quality of the pore space image on which the model runs. Given the technicality and the cross-disciplinary nature of this matter, this review aims to provide a practical and accessible introduction to both the experimental and numerical state-of-the-art, intended for students and researchers with backgrounds in experimental geo-sciences or computational sciences alike.

The technique of X-ray microtomography using X-ray tube radiation offers an interesting tool for the non-destructive investigation of a wide range of materials. A major challenge lies in the analysis and quantification of the resulting data, allowing for a full characterization of the sample under investigation. In this paper, we discuss the software tools for reconstruction and analysis of tomographic data that are being developed at the UGCT. The tomographic reconstruction is performed using Octopus, a high-performance and user-friendly software package. The reconstruction process transforms the raw acquisition data into a stack of 2D cross-sections through the sample, resulting in a 3D data set. A number of artifact and noise reduction algorithms are integrated to reduce ring artifacts, beam hardening artifacts, COR misalignment, detector or stage tilt, pixel non-linearities, etc. These corrections are very important to facilitate the analysis of the 3D data. The analysis of the 3D data focuses primarily on the characterization of pore structures, but will be extended to other applications. A first package for the analysis of pore structures in three dimensions was developed under Matlab®. A new package, called Morpho+, is being developed in a C++ environment, with optimizations and extensions of the previously used algorithms. The current status of this project will be discussed. Examples of pore analysis can be found in pharmaceuticals, material science, geology and numerous other fields.

The density of trans-1,2-dichloroethene within a pressure range from 1 to 150 bar and temperatures from +6 °C down to −26 °C was investigated in order to study the thermophysical properties of this material under extreme conditions. In this study, we determined the thermal expansion coefficient and isothermal compressibility of trans-1,2-dichloroethene. X-ray radiography used for these measurements was demonstrated to be a convenient tool for studying the density of liquids inside the nontransparent high-pressure reservoir in a broad range of temperatures.

The massive extraction of virgin raw materials has substantially intensified the focus on circular economy of building materials. As a Cradle-to-Cradle service life and circular approach for lime-based construction materials (LBCM) is lacking, the present study evaluates the environmental impact and feasibility of creating a fully recycled second-life render (SL) by designing a closed-loop upcycling process for first-life renders (FL). To achieve this, a second-life binder was thermally activated (900, 1000, 1100, 1200 °C), while its microstructure, compressive strength, and thermal conductivity were investigated. SL had up to 33 % open porosity (FL 29 %), its compressive strength ranged from 2.5 to 3.4 MPa (FL 4.4 MPa) and the thermal conductivity from 1.002 to 1.107 W/mK (FL 1.231 W/mK). Resistance of SL and FL against sulfate attack was found to be equivalent, measured based on the recent RILEM TC 271-ASC recommendation. The environmental impact indicators integrating material properties and durability confirm that the second life-render can reduce CO2 emissions up to 55 %. The present research provides insights into unlocking essential sustainability gains through circular practices in the life-cycle of LBCM.