En NIMS -forskargrupp lyckades utveckla nya tekniker för att utföra analys och avbildning av kemiska element genom att ta bilder av ett målmaterial med ett vanligt, synlig ljuskamera med en liten ändring, och erhållande av röntgenspektra från bearbetade bilder.

Kenji Sakurai och Wenyang Zhao, gruppledare och juniorforskare, respektive, X-Ray Physics Group, RCAMC, NIMS, lyckats utveckla nya tekniker för att utföra analys och avbildning av kemiska element genom att ta bilder av ett målmaterial med en vanlig, synlig ljuskamera med en liten ändring, och erhållande av röntgenspektra från bearbetade bilder. Tekniken förväntas möjliggöra enklare och bekväm röntgenanalys som kan tillämpas på ett större antal områden under olika förhållanden.

Material består av olika kemiska element, och deras fysikaliska/kemiska egenskaper påverkas starkt av deras kompositioner. Därför, Det är viktigt att utföra kvalitativ och kvantitativ analys av kemiska grundämnen som innehåller ett material för djupare förståelse av materialet och utveckling av nya material. Det är känt att typerna och mängderna av kemiska element som finns i ett material kan bestämmas genom att bestråla materialet med röntgenstrålar och mäta energinivåerna och intensiteten hos de fluorescerande röntgenstrålarna som emitteras från materialet som svar på bestrålningen. För närvarande, analysen av fluorescerande röntgenstrålar kräver användning av en röntgenfluorescensspektrometer eller röntgendetektor. Dessutom, att undersöka fördelningen av olika element över ett urval, det är nödvändigt att använda en dyrare detektor.

Forskargruppen upptäckte nyligen metoder för att utföra analys och avbildning av kemiska element med hjälp av fluorescerande röntgendata som erhållits från en digitalkamera utrustad med en CMOS-enhet (komplementär-metalloxid-halvledare) för synligt ljus, som ofta ingår i optiska mikroskop. Kameran var också utrustad med ett ogenomskinligt och tunt fönster, som bara tillåter röntgenstrålar att tränga in, mellan linsen och sensorn. När fluorescerande röntgenstrålar från ett prov passerar genom fönstret och går in i CMOS-enheten, elektriska laddningar genereras. Energin för infallande röntgenstrålar kan kvantifieras genom att omedelbart mäta mängden laddningar som genereras. Dock, avgifter som genereras registreras över flera pixlar, och pixeldata går ofta förlorad. För att lösa detta problem, laget utvecklade en metod för att hämta förlorade data genom att undersöka laddningens spridningstillstånd över pixlar och genom att bearbeta bilder för både mängden och positionen för laddningar som ursprungligen registrerades. Med denna metod, laget kunde få stabila röntgenspektra på ett stabilt sätt. Teamet analyserade fluorescerande röntgenstrålar från en keramisk platta som visas i figuren nedan med hjälp av den utvecklade metoden, och detekterade kobolt endast i den övre plattans yta som var målad blå, men inte i bottenytan.

Forskargruppen lyckades också skapa bilder som visar fördelningen av olika element över ett urval, med hjälp av pinhole -kameraprincipen. I framtida studier, laget hoppas kunna bidra till materialutveckling genom att tillämpa teknikerna för att visualisera rörelsen av kemiska element i videobilder och spåra kemiska reaktionsprocesser.