Figura 1. Imagen 3D de una muestra de carbón, obtenida con el nuevo método del investigador y sin dañar la muestra. Crédito:Universidad de Osaka
Al combinar tecnologías diseñadas originalmente para aceleradores de partículas de alta energía y observaciones astronómicas, los investigadores ahora pueden analizar por primera vez la composición elemental de las muestras sin dañarlas, lo que podría ser útil para los investigadores que trabajan en otros campos como la arqueología, informa un nuevo estudio. en Informes científicos .
Los muones son una de las muchas partículas elementales del universo, que los físicos utilizan actualmente como haces de muones en experimentos con aceleradores de alta energía. Pero los investigadores de otros campos también se han interesado en los muones debido a su potencial para analizar la composición elemental de muestras preciosas, como el interior de los meteoritos.
La espectroscopia de fluorescencia de rayos X se usa ampliamente en campos que incluyen la arqueología y la ciencia planetaria, pero solo pueden analizar la composición elemental de las muestras cerca de la superficie y no pueden cuantificar con precisión elementos ligeros como el carbono.
Los muones tienen una ventaja sobre los métodos actuales. Cuando un muón negativo es capturado por un material irradiado, se crea un átomo muónico. Los rayos X muónicos emitidos por los nuevos átomos muónicos tienen alta energía y pueden detectarse con alta sensibilidad sin ser absorbidos por la propia muestra.
Al ajustar la energía de los muones acelerados por aceleradores de alta energía, los investigadores han podido analizar muestras en un nivel unidimensional.
Qué equipo de investigadores, dirigido por el investigador del Proyecto del Centro de Investigación de Radioisótopos de la Universidad de Osaka, I-Huan Chiu, y el Profesor Asociado Kazuhiko Ninomiya, el Profesor Asistente del Proyecto del Instituto Kavli para la Física y las Matemáticas del Universo, el Profesor Asistente Shin'ichiro Takeda, y el Profesor de Organización de Investigación de Aceleradores de Alta Energía. Yasuhiro Miyake ha sido combinar esto con un detector de tira de doble cara de telururo de cadmio (CdTe-DSD), que fue diseñado originalmente para el análisis de imágenes bidimensionales para mediciones de rayos X duros y rayos γ en el espacio, para desarrollar un método que permite al usuario crear una imagen tridimensional de la composición elemental de una muestra.
Figura 2. El experimento de creación de imágenes implica cuatro bolas de polipropileno que se irradian con un haz de muones negativos. Los rayos X de muones resultantes serían analizados por el sensor CdTe-DSD a través del colimador estenopeico para crear una imagen 2D. Crédito:Universidad de Osaka
Figura 3. Espectros de energía de la muestra y el soporte de aluminio, utilizando un detector de tira de doble cara de telururo de cadmio y rayos X muónicos. Crédito:Universidad de Osaka
Para probar su análisis elemental 3D no destructivo basado en rayos X muónicos y CdTe-DSD, los investigadores establecieron su experimento en la línea de luz de muones D2 del Muon Science Establishment (MUSE) en J-PARC, un acelerador de protones de alta intensidad. instalación al norte de Tokio.
La configuración involucró la preparación de dos bolas de plástico esféricas pequeñas y dos más grandes, que se giraron con un tamaño de paso de 22,5 grados cada vez durante la irradiación de muones. Una rotación completa creó un total de 16 imágenes grabadas por el CdTe-DSD, y un algoritmo generalmente utilizado en medicina se utilizó para reconstruir una imagen 3D de la muestra.
Figura 4. Imágenes de proyección de las muestras tomadas por el detector de tira de doble cara CdTe en diferentes ángulos de rotación, junto con el posicionamiento real de las muestras. Crédito:Universidad de Osaka
Los resultados mostraron claramente que había dos tipos de bolas con diferentes tamaños y se pudo detectar que el interior estaba hecho de carbono.
Los investigadores dicen que su método proporciona una mejora importante para el análisis elemental actual en varios campos, y puede usarse para el perfilado de profundidad elemental de muestras arqueológicas.
Los detalles de este estudio se publicaron en Scientific Reports el 29 de marzo. + Explora más
