חוקרים מאוניברסיטת בר־אילן ושותפיהם באירופה פיתחו שיטת הדמיית רנטגן שממפה בתלת־ממד את היסודות הכימיים בתוך דגימה. בעזרת מסכה בעלת דוגמה ואלגוריתם שחזור, השיטה דרשה פי 43 פחות מדידות מסריקה רגילה.
למה סריקה רגילה איטית כל כך
הדמיית רנטגן פלואורסצנטית היא כלי מרכזי במדע החומרים. כאשר קרן רנטגן פוגעת באטום, האטום פולט קרינה משנית. לכל יסוד יש חתימה אופיינית באנרגיה של הקרינה הזאת. לכן אפשר לדעת אילו יסודות נמצאים בדגימה, למשל נחושת או כסף, והיכן בדיוק הם נמצאים.
עם זאת, לשיטה המקובלת יש מחיר כבד. כדי לקבל מפה תלת־ממדית, סורקים את הדגימה נקודה אחר נקודה, ולעתים מכמה זוויות. כתוצאה מכך נדרשות לא פעם אלפי מדידות. בנוסף, מדידות כאלה נעשות בדרך כלל במאיצי סינכרוטרון, שבהם זמן הקרן מוגבל ומבוקש מאוד.
כך פועלת הדמיית רנטגן "רפאים"
הצוות, בהובלת הדוקטורנטית עדי בן־יהודה ופרופ' שרון שוורץ מהמחלקה לפיזיקה בבר־אילן, בחר בגישה אחרת. החוקרים הציבו מול קרן הרנטגן מסכה עשויה טונגסטן ובה דוגמה מיוחדת. המסכה מעצבת את התאורה, כך שבכל רגע מוארים חלקים שונים של הדגימה.
בזמן שהדגימה מסתובבת, גלאי אוסף את האותות שהיסודות פולטים. הגלאי עצמו אינו מצלם תמונה. אולם אלגוריתם שפיתחו החוקרים משחזר מתוך האותות מפה תלת־ממדית של היסודות. שיטות כאלה נקראות "דימות רפאים" (Ghost imaging), משום שהתמונה נוצרת בחישוב ולא בצילום ישיר.
במחקר השתתפו גם ד"ר אלכסנדר ראק ממתקן הסינכרוטרון האירופי ESRF בגרנובל, וד"ר ניקולה ויגאנו מהסוכנות הצרפתית CEA ומאוניברסיטת גרנובל־אלפ. המחקר מומן על ידי הקרן הלאומית למדע ועל ידי ESRF.
מה הראה הניסוי
החוקרים בחנו את השיטה על דגימה שהכילה נחושת, זירקוניום וכסף. הם הצליחו לשחזר את מיקומם של חוטים וחלקיקים מיקרוסקופיים. זאת עם פי 43 פחות מדידות מסריקה נקודתית רגילה, כלומר חיסכון של יותר מ־97%.
"החלק המפתיע היה כמה מידע הצלחנו לשחזר מכמות נתונים קטנה כל כך", אמרה בן־יהודה. פרופ' שוורץ התייחס לפשרה המקובלת בתחום, שבה מידע מפורט מחייב מספר עצום של מדידות. "הגישה שלנו מראה שאפשר לשנות את הפשרה הזאת", אמר.
מה המשמעות המעשית? חיסכון כזה עשוי לאפשר סריקה של דגימות גדולות יותר באותו זמן קרן. בנוסף, אפשר יהיה לבדוק יותר דגימות בכל הקצאה של זמן במתקן. פחות מדידות עשויות גם לסייע בהדמיה של חומרים עדינים.
מגבלות והצעדים הבאים
חשוב לזכור שהשיטה עדיין בשלב מחקרי. עד כה היא נבדקה על דגימה פשוטה יחסית, שהכילה כמה מתכות. דגימות ביולוגיות וגאולוגיות מורכבות יותר הן יעד להמשך. החוקרים מתכננים גם לבחון שימוש בבינה מלאכותית ובלמידה עמוקה, כדי לשפר את המהירות ואת הרזולוציה.
אם השיטה תעמוד במבחנים האלה, היישומים עשויים להיות רחבים. בין היתר מדובר במדע החומרים, בחומרים לסוללות ולאנרגיה ירוקה, בדגימות ביולוגיות ובגאולוגיה.
שאלות ותשובות
מהי הדמיית רנטגן פלואורסצנטית?
זו שיטה שבה קרן רנטגן מעוררת את האטומים בדגימה לפלוט קרינה. לכל יסוד יש אנרגיה אופיינית, ולכן אפשר לזהות ממה עשויה הדגימה ולמפות היכן נמצא כל יסוד.
מה חדש בשיטה של חוקרי בר־אילן?
במקום לסרוק נקודה אחר נקודה, מאירים את הדגימה דרך מסכה בעלת דוגמה. אחר כך אלגוריתם משחזר את המפה התלת־ממדית. כך נדרשו פי 43 פחות מדידות.
למה זה חשוב?
הזמן במתקני סינכרוטרון מוגבל. פחות מדידות פירושן יותר דגימות בכל הקצאה, דגימות גדולות יותר, ואולי גם בדיקה של חומרים רגישים.
האם השיטה כבר מוכנה לשימוש?
עדיין לא. היא נבחנה על דגימת מתכות פשוטה, והחוקרים מתכננים לבדוק אותה על דגימות מורכבות יותר.
המאמר המדעי
Direct volumetric reconstruction for highly compressive X-ray fluorescence ghost tomography, Optica, כרך 13, גיליון 9 (2026).
עוד בנושא באתר הידען
- שיטה חדשה המשלבת את היתרונות של קרני־רנטגן ומיקרוסקופיה
- דימות בקרני־רנטגן עבור אבטחת איכות
- הדמיות רנטגן של תאי חיידקים בסקאלות ננומטריות
- מכונת הרנטגן המופלאה
- מייסדי SESAME זכו בפרס AAAS
מקור: הודעה לעיתונות של אוניברסיטת בר־אילן
