Door technologieën te combineren die oorspronkelijk waren ontworpen voor hoogenergetische deeltjesversnellers en astronomische waarnemingen, kunnen onderzoekers nu voor het eerst de elementaire samenstelling van monsters analyseren zonder ze te beschadigen, wat nuttig zou kunnen zijn voor onderzoekers die op andere gebieden werken, zoals archeologie, meldt een nieuwe studie in Wetenschappelijke rapporten .

Muonen zijn een van de vele elementaire deeltjes in het universum, die momenteel door natuurkundigen worden gebruikt als muonstralen in experimenten met hoge energieversnellers. Maar onderzoekers op andere gebieden zijn ook geïnteresseerd in muonen vanwege het potentieel om de elementaire samenstelling van kostbare monsters te analyseren, zoals het binnenste van meteorieten.

Röntgenfluorescentiespectroscopie wordt veel gebruikt in gebieden zoals archeologie en planetaire wetenschap, maar ze kunnen alleen de elementaire samenstelling van monsters nabij het oppervlak analyseren en het kan lichte elementen zoals koolstof niet nauwkeurig kwantificeren.

Muonen hebben een voordeel ten opzichte van de huidige methoden. Wanneer een negatief muon wordt opgevangen door een bestraald materiaal, wordt een muonisch atoom gecreëerd. De muonische röntgenstralen die door de nieuwe muonische atomen worden uitgezonden, hebben een hoge energie en kunnen met een hoge gevoeligheid worden gedetecteerd zonder door het monster zelf te worden geabsorbeerd.

Door de energie van muonen aan te passen die worden versneld door hoogenergetische versnellers, hebben onderzoekers monsters op een 1-dimensionaal niveau kunnen analyseren.

Wat een team van onderzoekers, geleid door Osaka University Radioisotope Research Center Projectonderzoeker I-Huan Chiu en Associate Professor Kazuhiko Ninomiya, Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe Project Assistant Professor Shin'ichiro Takeda, en High Energy Accelerator Research Organization Professor Yasuhiro Miyake heeft dit gedaan door dit te combineren met een cadmiumtelluride dubbelzijdige stripdetector (CdTe-DSD), die oorspronkelijk was ontworpen voor 2-dimensionale beeldanalyse voor harde röntgen- en γ-stralingsmetingen in de ruimte, om een methode waarmee de gebruiker een driedimensionaal beeld kan maken van de elementaire samenstelling van een monster.

Om hun niet-destructieve 3D-elementanalyse op basis van muonische röntgenstraling en een CdTe-DSD te testen, hebben de onderzoekers hun experiment opgezet op de D2-muonbundellijn van de Muon Science Establishment (MUSE) in J-PARC, een protonversneller met hoge intensiteit faciliteit ten noorden van Tokio.

De opstelling omvatte het voorbereiden van twee kleine en twee grotere bolvormige plastic ballen, die tijdens muonbestraling telkens met een stapgrootte van 22,5 graden werden gedraaid. Eén volledige rotatie zorgde voor in totaal 16 beelden die zijn opgenomen door de CdTe-DSD, en een algoritme dat gewoonlijk in de geneeskunde wordt gebruikt om een ​​3D-beeld van het monster te reconstrueren.

De resultaten toonden duidelijk aan dat er twee soorten ballen waren met verschillende afmetingen, en konden detecteren dat het interieur van koolstof was gemaakt.

De onderzoekers zeggen dat hun methode een belangrijke verbetering biedt voor de huidige elementaire analyse op verschillende gebieden, en kan worden gebruikt voor elementaire diepteprofilering van archeologische monsters.

Details van deze studie zijn gepubliceerd in Scientific Reports op 29 maart. + Verder verkennen

Muon-bundelanalyse van organisch materiaal in monsters uit de ruimte