03.05.2022 - Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe (Kavli IPMU)

Analyse élémentaire 3D non-destructive

Des chercheurs utilisent des rayons X muoniques pour déterminer la composition élémentaire d'échantillons sans les endommager.

En combinant des technologies initialement conçues pour les accélérateurs de particules à haute énergie et les observations astronomiques, les chercheurs peuvent désormais, pour la première fois, analyser la composition élémentaire d'échantillons sans les endommager, ce qui pourrait être utile aux chercheurs travaillant dans d'autres domaines tels que l'archéologie, rapporte une nouvelle étude parue dans Scientific Reports.

Les muons sont l'une des nombreuses particules élémentaires de l'univers. Les physiciens les utilisent actuellement sous forme de faisceaux de muons dans des expériences menées dans des accélérateurs à haute énergie. Mais les chercheurs d'autres domaines se sont également intéressés aux muons en raison de leur potentiel pour analyser la composition élémentaire d'échantillons précieux, comme l'intérieur des météorites.

La spectroscopie par fluorescence X est largement utilisée dans des domaines tels que l'archéologie et les sciences planétaires, mais elle ne peut analyser que la composition élémentaire d'échantillons proches de la surface et ne peut quantifier avec précision des éléments légers comme le carbone.

Les muons présentent un avantage par rapport aux méthodes actuelles. Lorsqu'un muon négatif est capturé par un matériau irradié, un atome muonique est créé. Les rayons X muoniques émis par les nouveaux atomes muoniques ont une énergie élevée, et peuvent être détectés avec une grande sensibilité sans être absorbés par l'échantillon lui-même.

En ajustant l'énergie des muons accélérés par des accélérateurs à haute énergie, les chercheurs ont pu analyser des échantillons à un niveau unidimensionnel.

Une équipe de chercheurs, dirigée par I-Huan Chiu, chercheur du projet du Centre de recherche sur les radioisotopes de l'université d'Osaka, et Kazuhiko Ninomiya, professeur associé, Shin'ichiro Takeda, professeur adjoint du projet de l'Institut Kavli pour la physique et les mathématiques de l'univers, et le professeur Yasuhiro Miyake de la High Energy Accelerator Research Organisation ont combiné cette méthode avec un détecteur à bande double face en tellurure de cadmium (CdTe-DSD), conçu à l'origine pour l'analyse d'images bidimensionnelles pour les mesures de rayons X durs et de rayons γ dans l'espace, afin de développer une méthode permettant à l'utilisateur de créer une image tridimensionnelle de la composition élémentaire d'un échantillon.

Pour tester leur analyse élémentaire 3D non destructive basée sur les rayons X muoniques et un CdTe-DSD, les chercheurs ont mis en place leur expérience sur la ligne de faisceau muonique D2 du Muon Science Establishment (MUSE) au J-PARC, un accélérateur de protons de haute intensité situé au nord de Tokyo.

L'installation consistait à préparer deux petites et deux plus grandes boules sphériques en plastique, qui ont été tournées avec un pas de 22,5 degrés à chaque fois pendant l'irradiation par muons. Une rotation complète a créé un total de 16 images enregistrées par le CdTe-DSD, et un algorithme habituellement utilisé en médecine a permis de reconstruire une image 3D de l'échantillon.

Les résultats ont clairement montré qu'il y avait deux types de boules de tailles différentes, et ont permis de détecter que l'intérieur était composé de carbone.

Les chercheurs affirment que leur méthode constitue une amélioration importante pour l'analyse élémentaire actuelle dans divers domaines, et qu'elle peut être utilisée pour le profilage élémentaire en profondeur d'échantillons archéologiques.

Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.

Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe (Kavli IPMU)

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