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

Análisis elemental 3D no destructivo

Los investigadores utilizan rayos X muónicos para encontrar la composición elemental de las muestras sin dañarlas

Mediante la combinación de tecnologías originalmente diseñadas para aceleradores de partículas de alta energía y observaciones astronómicas, los investigadores pueden ahora, por primera vez, analizar 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 Scientific Reports.

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 por 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 utiliza ampliamente en campos como la arqueología y la ciencia planetaria, pero sólo puede analizar la composición elemental de muestras cercanas a la superficie, y no puede cuantificar con precisión elementos ligeros como el carbono.

Los muones tienen una ventaja sobre los métodos actuales. Cuando un material irradiado captura un muón negativo, se crea un átomo muónico. Los rayos X muónicos emitidos por los nuevos átomos muónicos tienen una gran energía y pueden ser detectados con gran sensibilidad sin ser absorbidos por la propia muestra.

Ajustando la energía de los muones acelerados por los aceleradores de alta energía, los investigadores han podido analizar muestras a nivel unidimensional.

Lo que un 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 adjunto del proyecto del Instituto Kavli de Física y Matemáticas del Universo, Shin'ichiro Takeda, y el profesor de la Organización de Investigación de Aceleradores de Alta Energía Yasuhiro Miyake ha sido combinar esto con un detector de tiras de doble cara de teluro de cadmio (CdTe-DSD), que se diseñó 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.

Para probar su análisis elemental 3D no destructivo basado en rayos X muónicos y un CdTe-DSD, los investigadores montaron su experimento en la línea de luz de muones D2 del Muon Science Establishment (MUSE) en el J-PARC, una instalación de aceleración de protones de alta intensidad al norte de Tokio.

El montaje consistió en preparar dos bolas esféricas de plástico pequeñas y otras dos más grandes, que se hicieron girar 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 registradas por el CdTe-DSD, y un algoritmo habitualmente utilizado en medicina sirvió para reconstruir una imagen 3D de la muestra.

Los resultados mostraron claramente que había dos tipos de bolas con tamaños diferentes, y se pudo detectar que el interior estaba formado por carbono.

Los investigadores afirman que su método supone una importante mejora para el análisis elemental actual en diversos campos, y puede utilizarse para el perfilado elemental en profundidad de muestras arqueológicas.

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

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