Un gruppo di ricerca NIMS è riuscito a sviluppare nuove tecniche per eseguire l'analisi e l'imaging di elementi chimici prendendo immagini di un materiale bersaglio utilizzando un normale, fotocamera digitale a luce visibile con una leggera modifica, e ottenere spettri di raggi X da immagini elaborate.

Kenji Sakurai e Wenyang Zhao, capogruppo e ricercatore junior, rispettivamente, Gruppo di fisica dei raggi X, RCAMC, NIM, è riuscito a sviluppare nuove tecniche per eseguire l'analisi e l'imaging di elementi chimici prendendo immagini di un materiale bersaglio utilizzando un normale, fotocamera digitale a luce visibile con una leggera modifica, e ottenere spettri di raggi X da immagini elaborate. Si prevede che la tecnica consentirà un'analisi a raggi X più semplice e conveniente applicabile a una gamma più ampia di campi in condizioni diverse.

I materiali sono costituiti da vari elementi chimici, e le loro proprietà fisico/chimiche sono fortemente influenzate dalla loro composizione. Perciò, è importante eseguire un'analisi qualitativa e quantitativa degli elementi chimici che compongono un materiale per una comprensione più profonda del materiale e lo sviluppo di nuovi materiali. È noto che i tipi e le quantità di elementi chimici presenti in un materiale possono essere determinati irraggiando il materiale con raggi X e misurando i livelli di energia e le intensità dei raggi X fluorescenti emessi dal materiale in risposta all'irraggiamento. Attualmente, l'analisi dei raggi X fluorescenti richiede l'uso di uno spettrometro a fluorescenza a raggi X o di un rivelatore di raggi X. Inoltre, studiare la distribuzione di diversi elementi in un campione, è necessario utilizzare un rilevatore più costoso.

Il team di ricerca ha recentemente scoperto metodi per condurre analisi e imaging di elementi chimici utilizzando dati a raggi X fluorescenti ottenuti da una fotocamera digitale dotata di un dispositivo CMOS (complementary-metal-oxide-semiconductor) a luce visibile, che è spesso incorporato nei microscopi ottici. La fotocamera era inoltre dotata di una finestra opaca e sottile, che consente solo ai raggi X di penetrare, tra obiettivo e sensore. Quando i raggi X fluorescenti emessi da un campione passano attraverso la finestra ed entrano nel dispositivo CMOS, si generano cariche elettriche. L'energia dei raggi X incidenti può essere quantificata misurando istantaneamente la quantità di cariche generate. Però, gli addebiti generati sono registrati su più pixel, e i dati dei pixel vengono spesso persi. Per affrontare questo problema, il team ha sviluppato un metodo per recuperare i dati persi esaminando lo stato di dispersione delle cariche tra i pixel ed elaborando le immagini sia per la quantità che per la posizione delle cariche inizialmente registrate. Usando questo metodo, il team è stato in grado di ottenere spettri di raggi X affidabili in modo stabile. Il team ha analizzato i raggi X fluorescenti emessi da una piastra in ceramica mostrata nella figura seguente utilizzando il metodo sviluppato, e ha rilevato il cobalto solo nella superficie della piastra superiore che era dipinta di blu, ma non nella superficie inferiore.

Il team di ricerca è anche riuscito a creare immagini che mostrano la distribuzione di diversi elementi in un campione, utilizzando il principio della fotocamera stenopeica. Negli studi futuri, il team spera di contribuire allo sviluppo dei materiali applicando le tecniche per visualizzare il movimento degli elementi chimici nelle immagini video e tracciare i processi di reazione chimica.