Un groupe de recherche NIMS a réussi à développer de nouvelles techniques pour effectuer l'analyse et l'imagerie d'éléments chimiques en prenant des images d'un matériau cible à l'aide d'un appareil photo numérique à lumière visible avec une légère modification, et l'obtention de spectres de rayons X à partir d'images traitées.

Kenji Sakurai et Wenyang Zhao, chef de groupe et chercheur junior, respectivement, Groupe de physique des rayons X, RCAMC, NIMS, a réussi à développer de nouvelles techniques pour effectuer l'analyse et l'imagerie des éléments chimiques en prenant des images d'un matériau cible à l'aide d'un ordinaire, appareil photo numérique à lumière visible avec une légère modification, et l'obtention de spectres de rayons X à partir d'images traitées. La technique devrait permettre une analyse aux rayons X plus simple et pratique applicable à un plus large éventail de champs dans diverses conditions.

Les matériaux sont constitués de divers éléments chimiques, et leurs propriétés physiques/chimiques sont fortement influencées par leurs compositions. Par conséquent, il est important d'effectuer une analyse qualitative et quantitative des éléments chimiques composant un matériau pour une meilleure compréhension du matériau et le développement de nouveaux matériaux. Il est connu que les types et les quantités d'éléments chimiques présents dans un matériau peuvent être déterminés en irradiant le matériau avec des rayons X et en mesurant les niveaux d'énergie et les intensités des rayons X fluorescents émis par le matériau en réponse à l'irradiation. Actuellement, l'analyse des rayons X fluorescents nécessite l'utilisation d'un spectromètre à fluorescence X ou d'un détecteur de rayons X. En outre, pour étudier la distribution de différents éléments à travers un échantillon, il est nécessaire d'utiliser un détecteur plus cher.

L'équipe de recherche a récemment découvert des méthodes pour effectuer l'analyse et l'imagerie d'éléments chimiques à l'aide de données de rayons X fluorescentes obtenues à partir d'un appareil photo numérique équipé d'un dispositif CMOS (complémentaire-métal-oxyde-semiconducteur) à lumière visible, qui est souvent incorporé dans les microscopes optiques. La caméra était également équipée d'une fenêtre opaque et fine, qui ne laisse pénétrer que les rayons X, entre l'objectif et le capteur. Lorsque les rayons X fluorescents émis par un échantillon traversent la fenêtre et pénètrent dans le dispositif CMOS, des charges électriques sont générées. L'énergie des rayons X incidents peut être quantifiée en mesurant instantanément la quantité de charges générées. Cependant, les charges générées sont enregistrées sur plusieurs pixels, et les données de pixels sont fréquemment perdues. Pour résoudre ce problème, l'équipe a développé une méthode pour récupérer les données perdues en examinant l'état de dispersion des charges à travers les pixels et en traitant les images à la fois pour la quantité et la position des charges initialement enregistrées. En utilisant cette méthode, l'équipe a pu obtenir des spectres de rayons X fiables de manière stable. L'équipe a analysé les rayons X fluorescents émis par une plaque en céramique illustrée dans la figure ci-dessous à l'aide de la méthode développée, et détecté du cobalt uniquement dans la surface supérieure de la plaque qui était peinte en bleu, mais pas dans la surface inférieure.

L'équipe de recherche a également réussi à créer des images montrant la distribution de différents éléments à travers un échantillon, en utilisant le principe de la caméra sténopé. Dans les études futures, l'équipe espère contribuer au développement de matériaux en appliquant les techniques pour visualiser le mouvement des éléments chimiques dans les images vidéo et tracer les processus de réaction chimique.