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普通のデジカメでX線を計測し元素分析する技術を開発―特別な機器や装置など使わないで実現:物質・材料研究機構

(2017年4月10日発表)

 (国)物質・材料研究機構は410日、普通のデジタルカメラを使ってX線を計測して物質に含まれている元素の種類や量を分析する新技術を開発したと発表した。特別な機器や装置などを必要としないだけに実用化が期待される。

 物質は、さまざまな元素からできており、その組成によって物理的・化学的性質が大きく左右される。そのため、物質の解明や新材料の開発には、含まれている元素の分析が重要で、試料に触れることなく非破壊で元素分析できる方法に蛍光X線分析がある。

 物質にX線を当てると原子の種類によって特定の波長のX線が出てくる。これを蛍光X線といい、そのエネルギーから元素の種類を、また強度から量を知るというのが蛍光X線分析で、製造業の品質管理や科学研究などに使われている。

 ただ、この蛍光X線分析を行うには、専用のX線分光器やX線検出器が必要で、どの元素が試料内のどの場所にあるかを調べるにはさらに高価な検出器や光学素子がいる。

 それに対し、同機構の桜井健次上席研究員らのチームは、広く社会に普及しているCMOS素子(シーモス素子)を使ったデジタルカメラをほぼそのままの形でX線検出器として用い蛍光X線による元素分析やイメージング(画像化、視覚化)を行う方法を開発した。

 CMOS素子を使ったデジタルカメラは、肉眼で見ることのできる可視光下で使用されるのが一般的だが、原理的にはX線の領域でも使用できる。

 新技術は、CMOS素子の中に蛍光X線が入ると、そのエネルギーに対応した数の電荷が作られることからその電荷の数を瞬時に計測するという方法によりデジタルカメラによる蛍光X線分析を可能にした。

 研究チームは、このデジタルカメラによる元素分析や元素イメージング技術をさらに高度化して一層短い時間で動画像の計測が行なえるようにすることを目指している。