阪大ら,ミュオンで非破壊三次元元素分析に成功

大阪大学,東京大学カブリ数物連携宇宙研究機構,高エネルギー加速器研究機構は,J-PARCミュオン科学実験施設(MUSE)から得られる世界最高強度のパルスミュオンを利用して,物体の三次元的な元素分布を,非破壊で可視化することに世界で初めて成功した(ニュースリリース)。

物体の内部を可視化する方法として,例えばCTがあるが,これは物質内部の密度の情報は得られる一方で,実際にどの元素が入っているかの情報を明快に得ることは難しい。

近年,加速器により大強度のミュオンビームが得られるようになり,文化財など貴重なサンプルの分析などに利用されている。この分析は,ミュオンをサンプルに打ち込むことで出てくる,ミュオン特性X線の測定により行なう。ミュオン特性X線は元素に固有のエネルギーを持っており,エネルギーを調べることで元素を特定することができる。

この方法は蛍光X線分析と似ているが,ミュオン特性X線は非常に高いエネルギーを持つという特徴がある。このため,蛍光X線分析では分析の難しい炭素のような軽い元素についても,物質の奥深くの情報を非破壊で得ることができるという利点がある。

近年,天文学における宇宙観測衛星に搭載するために大立体角かつ高い空間分解能を持つ,テルル化カドミウム(CdTe)半導体イメージング検出器が開発された。今回,研究グループは,素粒子ミュオンを使った非破壊元素分析法と,このイメージング検出器を組み合わせることで,炭素に特定した元素分布の二次元の投影図を得ることができた。

そしてこの投影図に医療診断でも利用される画像再構成の技術を応用することで,三次元的な元素分布を明らかにすることに成功した。炭素のような軽元素を含めて,このように三次元的な元素分布を得る方法は他にない。

研究グループは,この技術を利用することで文化財など,破壊することのできない貴重な試料についての分析も可能となり,基礎研究にとどまらない広い応用利用が期待されるとしている。

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