Teknikker til elementær analyse og billeddannelse ved hjælp af røntgenmålinger hentet fra et almindeligt digitalkamera

Det er lykkedes en NIMS -forskningsgruppe at udvikle nye teknikker til at udføre analyse og billeddannelse af kemiske elementer ved at tage billeder af et målmateriale ved hjælp af et almindeligt, digitalt kamera i synligt lys med en lille ændring, og opnåelse af røntgenspektre fra behandlede billeder.

Kenji Sakurai og Wenyang Zhao, gruppeleder og juniorforsker, henholdsvis, X-Ray Physics Group, RCAMC, NIMS, lykkedes at udvikle nye teknikker til at udføre analyse og billeddannelse af kemiske elementer ved at tage billeder af et målmateriale ved hjælp af en almindelig, digitalt kamera i synligt lys med en lille ændring, og opnåelse af røntgenspektre fra behandlede billeder. Teknikken forventes at muliggøre enklere og praktisk røntgenanalyse, der kan anvendes på en bredere vifte af områder under forskellige betingelser.

Materialer består af forskellige kemiske elementer, og deres fysiske/kemiske egenskaber er stærkt påvirket af deres sammensætninger. Derfor, det er vigtigt at udføre kvalitativ og kvantitativ analyse af kemiske elementer, der sammensætter et materiale til en dybere forståelse af materialet og udviklingen af ​​nye materialer. Det er kendt, at typerne og mængderne af kemiske elementer i et materiale kan bestemmes ved at bestråle materialet med røntgenstråler og måle energiniveauer og intensiteter af de fluorescerende røntgenstråler, der udsendes fra materialet som reaktion på bestrålingen. I øjeblikket, analysen af ​​fluorescerende røntgenstråler kræver brug af et røntgenfluorescensspektrometer eller røntgendetektor. Ud over, at undersøge fordelingen af ​​forskellige elementer på tværs af en prøve, det er nødvendigt at bruge en dyrere detektor.

Forskergruppen har for nylig opdaget metoder til at foretage analyse og billeddannelse af kemiske elementer ved hjælp af fluorescerende røntgendata hentet fra et digitalt kamera udstyret med en CMOS-enhed (komplementær-metaloxid-halvleder) med synligt lys, som ofte er inkorporeret i optiske mikroskoper. Kameraet var også udstyret med et uigennemsigtigt og tyndt vindue, som kun tillader røntgenstråler at trænge ind, mellem linsen og sensoren. Når fluorescerende røntgenstråler udsendt fra en prøve passerer gennem vinduet og kommer ind i CMOS-enheden, elektriske ladninger genereres. Energien ved indfaldende røntgenstråler kan kvantificeres ved øjeblikkeligt at måle mængden af ​​ladninger, der genereres. Imidlertid, genererede gebyrer registreres på tværs af flere pixels, og pixeldata går ofte tabt. For at løse dette problem, teamet udviklede en metode til at hente de tabte data ved at undersøge dispersionstilstanden for ladninger på tværs af pixels og ved at behandle billeder for både mængden og positionen af ​​ladninger, der oprindeligt blev registreret. Ved hjælp af denne metode, holdet var i stand til at opnå pålidelige røntgenspektre på en stabil måde. Holdet analyserede fluorescerende røntgenstråler udsendt fra en keramisk plade vist i figuren nedenfor ved hjælp af den udviklede metode, og detekterede kun kobolt i den øverste pladeoverflade, der var malet blå, men ikke i bundfladen.

Det er også lykkedes forskergruppen at skabe billeder, der viser fordelingen af ​​forskellige elementer på tværs af en prøve, ved hjælp af pinhole kamera -princippet. I fremtidige undersøgelser, teamet håber at bidrage til udvikling af materialer ved at anvende teknikkerne til at visualisere bevægelsen af ​​kemiske elementer i videobilleder og spore kemiske reaktionsprocesser.