Figura 1. Un'immagine 3D di un campione di carbonio, ottenuta utilizzando il nuovo metodo del ricercatore e senza danneggiare il campione. Credito:Università di Osaka
Combinando tecnologie originariamente progettate per acceleratori di particelle ad alta energia e osservazioni astronomiche, i ricercatori possono ora per la prima volta analizzare la composizione elementare dei campioni senza danneggiarli, il che potrebbe essere utile per i ricercatori che lavorano in altri campi come l'archeologia, riporta un nuovo studio in Rapporti scientifici .
I muoni sono una delle tante particelle elementari nell'universo, attualmente utilizzate come fasci di muoni negli esperimenti con acceleratori ad alta energia dai fisici. Ma i ricercatori in altri campi si sono interessati anche ai muoni per il loro potenziale di analizzare la composizione elementare di campioni preziosi, come l'interno dei meteoriti.
La spettroscopia di fluorescenza a raggi X è ampiamente utilizzata in campi tra cui l'archeologia e la scienza planetaria, ma può solo analizzare la composizione elementare di campioni vicino alla superficie e non può quantificare con precisione elementi luminosi come il carbonio.
I muoni hanno un vantaggio rispetto ai metodi attuali. Quando un muone negativo viene catturato da un materiale irradiato, viene creato un atomo muonico. I raggi X muonici emessi dai nuovi atomi muonici hanno un'elevata energia e possono essere rilevati con elevata sensibilità senza essere assorbiti dal campione stesso.
Regolando l'energia dei muoni accelerati da acceleratori ad alta energia, i ricercatori sono stati in grado di analizzare i campioni a livello unidimensionale.
Che team di ricercatori, guidato dal ricercatore del progetto del Centro di ricerca sui radioisotopi dell'Università di Osaka I-Huan Chiu e dal professore associato Kazuhiko Ninomiya, dal professore associato del progetto Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe Shin'ichiro Takeda e dal professore dell'organizzazione di ricerca sugli acceleratori di alta energia Yasuhiro Miyake ha combinato questo con un rivelatore di strisce a doppia faccia al tellururo di cadmio (CdTe-DSD), originariamente progettato per l'analisi di imaging bidimensionale per misurazioni di raggi X e raggi γ nello spazio, per sviluppare un metodo che consente all'utente di creare un'immagine tridimensionale della composizione elementare di un campione.
Figura 2. L'esperimento di imaging allestito coinvolge quattro sfere di polipropilene che vengono irradiate con un fascio di muoni negativi. I raggi X del muone risultanti verrebbero analizzati dal sensore CdTe-DSD attraverso il collimatore a foro stenopeico per creare un'immagine 2D. Credito:Università di Osaka
Figura 3. Spettri energetici del campione e supporto in alluminio, utilizzando un rivelatore di strisce a doppia faccia di tellururo di cadmio e raggi X muonici. Credito:Università di Osaka
Per testare la loro analisi elementare 3D non distruttiva basata su raggi X muonici e un CdTe-DSD, i ricercatori hanno impostato il loro esperimento presso la linea di fascio di muoni D2 del Muon Science Establishment (MUSE) in J-PARC, un acceleratore di protoni ad alta intensità struttura a nord di Tokyo.
La configurazione prevedeva la preparazione di due palline di plastica sferiche piccole e due più grandi, che venivano ruotate con un passo di 22,5 gradi ogni volta durante l'irradiazione del muone. Una rotazione completa ha creato un totale di 16 immagini registrate dal CdTe-DSD e un algoritmo solitamente utilizzato in medicina utilizzato per ricostruire un'immagine 3D del campione.
Figura 4. Immagini di proiezione dei campioni prelevati dal rivelatore a striscia bifacciale CdTe a diversi angoli di rotazione, insieme al posizionamento effettivo dei campioni. Credito:Università di Osaka
I risultati hanno mostrato chiaramente che c'erano due tipi di palline con dimensioni diverse ed è stato in grado di rilevare che l'interno era costituito da carbonio.
I ricercatori affermano che il loro metodo fornisce un importante miglioramento per l'attuale analisi elementare in vari campi e può essere utilizzato per la profilazione elementare della profondità di campioni archeologici.
I dettagli di questo studio sono stati pubblicati in Rapporti scientifici il 29 marzo. + Esplora ulteriormente
