Een NIMS-onderzoeksgroep is erin geslaagd nieuwe technieken te ontwikkelen om analyse en beeldvorming van chemische elementen uit te voeren door afbeeldingen te maken van een doelmateriaal met behulp van een gewone, zichtbaar licht digitale camera met een kleine aanpassing, en het verkrijgen van röntgenspectra van bewerkte beelden.

Kenji Sakurai en Wenyang Zhao, groepsleider en junior onderzoeker, respectievelijk, Röntgenfysica Groep, RCAMC, NIMS, is erin geslaagd nieuwe technieken te ontwikkelen om analyse en beeldvorming van chemische elementen uit te voeren door afbeeldingen te maken van een doelmateriaal met behulp van een gewone, zichtbaar licht digitale camera met een kleine aanpassing, en het verkrijgen van röntgenspectra van bewerkte beelden. De techniek zal naar verwachting een eenvoudigere en gemakkelijke röntgenanalyse mogelijk maken die toepasbaar is op een breder scala aan velden onder verschillende omstandigheden.

Materialen bestaan ​​uit verschillende chemische elementen, en hun fysische/chemische eigenschappen worden sterk beïnvloed door hun samenstelling. Daarom, het is belangrijk om kwalitatieve en kwantitatieve analyses uit te voeren van chemische elementen waaruit een materiaal bestaat voor een dieper begrip van het materiaal en de ontwikkeling van nieuwe materialen. Het is bekend dat de soorten en hoeveelheden chemische elementen die in een materiaal aanwezig zijn, kunnen worden bepaald door het materiaal te bestralen met röntgenstralen en de energieniveaus en intensiteiten te meten van de fluorescerende röntgenstralen die door het materiaal worden uitgezonden als reactie op de bestraling. Momenteel, de analyse van fluorescerende röntgenstralen vereist het gebruik van een röntgenfluorescentiespectrometer of röntgendetector. In aanvulling, om de verdeling van verschillende elementen over een steekproef te onderzoeken, het is noodzakelijk om een ​​duurdere detector te gebruiken.

Het onderzoeksteam heeft onlangs methoden ontdekt om analyse en beeldvorming van chemische elementen uit te voeren met behulp van fluorescerende röntgengegevens die zijn verkregen van een digitale camera die is uitgerust met een CMOS-apparaat (complementary-metal-oxide-halfgeleider) met zichtbaar licht, die vaak wordt ingebouwd in optische microscopen. De camera was ook uitgerust met een ondoorzichtig en dun venster, waardoor alleen röntgenstralen kunnen doordringen, tussen de lens en de sensor. Wanneer fluorescerende röntgenstralen die door een monster worden uitgezonden door het raam gaan en het CMOS-apparaat binnengaan, elektrische ladingen worden gegenereerd. De energie van invallende röntgenstralen kan worden gekwantificeerd door onmiddellijk de hoeveelheid opgewekte ladingen te meten. Echter, gegenereerde kosten worden geregistreerd over meerdere pixels, en pixelgegevens gaan vaak verloren. Om dit probleem aan te pakken, het team ontwikkelde een methode om de verloren gegevens op te halen door de dispersiestatus van ladingen over pixels te onderzoeken en door afbeeldingen te verwerken voor zowel de hoeveelheid als de positie van de aanvankelijk geregistreerde ladingen. Met behulp van deze methode, het team was in staat om betrouwbare röntgenspectra op een stabiele manier te verkrijgen. Het team analyseerde fluorescerende röntgenstralen die werden uitgezonden door een keramische plaat die wordt weergegeven in de onderstaande afbeelding met behulp van de ontwikkelde methode, en ontdekte alleen kobalt in het bovenste plaatoppervlak dat blauw was geverfd, maar niet in de bodem.

Het onderzoeksteam slaagde er ook in om afbeeldingen te maken die de verdeling van verschillende elementen over een monster laten zien, volgens het pinhole camera principe. In toekomstige studies, het team hoopt bij te dragen aan de ontwikkeling van materialen door de technieken toe te passen om de beweging van chemische elementen in videobeelden te visualiseren en chemische reactieprocessen te traceren.