آشکارسازی ذرات عبارتست از فرآیندی که در آن خصوصیاتی مانند جرم ، انرژی ، بار الکتریکی ، مسیر حرکت و ... و در مجموع نوع یک ذره حامل انرژی که در واکنش های هسته ای بوجود می آید، توسط دستگاهی (اغلب آشکارساز) تعیین می شود.

آشکار سازی ذرات - آکا

دید کلی

فرآیند آشکارسازی متشکل از یک دستگاه آشکارساز است که بسته به نوع ذره تابشی و آشکارسازی خصیصه ای از ذره ، نوع دستگاه فرق می کند. سهم عمده در آشکارسازی ذره توسط ماده ای متناسب با ذره تابشی در دستگاه آشکارساز انجام می شود که عبارت است از برهمکنش ذره باردار حامل انرژی با الکترونهای مداری ماده آشکارسازی که این برهمکنش توسط مدارهای الکترونیکی آشکارساز ، به یک پالس الکتریکی تبدیل می شود. عوامل موثر بر آشکارسازی ذرات در این مقوله مورد بررسی قرار می گیرد.

ذرات تابشی

واپاشی هسته ای یک فرآیند خودبخودی است، یعنی سیستم بطور خودبه خودی ، از حالتی به حالتی دیگر تغییر می کند. پایستگی انرژی ایجاب می کند که انرژی حالت نهایی پایین تر از حالت اولیه باشد. این اختلاف انرژی به طریقی به خارج سیستم فرستاده می شود. در تمام این موارد ، این امر با گسیل ذرات حامل انرژی بدست می آید که این ذرات یک یا ترکیبی از گسیل الکترومغناطیسی ، گسیل بتا و گسیل نوکلئون است که کلا می توان ذرات تابشی را به دو بخش ، ذرات تابشی باردار حامل انرژی و ذرات بی بار حامل انرژی ، تقسیم بندی کرد.

ذرات تابشی باردار حامل انرژی

بار الکتریکی ذرات باردار حامل انرژی سهم مهمی در آشکارسازی ذره دارد. وقتی ذره تابشی از کنار اتمها عبور می کند، به علت باردار بودن ، بر الکترونهای مداری نیروی الکتریکی وارد می کند. در این برهم کنش انرژی مبادله می شود که باعث کند شدن حرکت ذره تابشی و کنده شدن الکترونها از مدارشان می شود. این الکترونهای جدا شده از مدار اساس بسیاری از روشهای آشکارسازی ذرات تابشی و اندازه گیری جرم ، بار ، انرژی و ... آنها است.

روش های کلی آشکار کردن ذرات باردار حامل انرژی

سه روش اساسی برای آشکار کردن ذرات باردار تابشی با استفاده از یونش وجود دارد :

یونش را می توان قابل روئیت کرد، بطوری که رد ذرات را بتوان دید و یا عکسبرداری کرد.

وقتی که زوج الکترون _ یون دوباره ترکیب می شوند، نور گسیل شده را با یک دستگاه حساس به نور می توان آشکارسازی کرد.

با استفاده از یک میدان الکتریکی می توان الکترونها و یونها را جمع آوری کرد و از این طریق یک علامت الکتریکی تولید کرد.

ذرات تابشی بی بار حامل انرژی در آشکارسازی ذرات باردار حامل انرژی ، بار ذره عامل مهمی در آشکارسازی ذره بود ولی نوترونها و فوتونها (در ناحیه پرتوهای ایکس و گاما) فاقد بار هستند، لذا روش هایی که برای آشکارسازی آنها بکار رفته، کمتر از ذرات باردار است. احتمال برهمکنش نوترونها یا پرتوهای ایکس و گاما با اتم یا هسته آن به صورت سطح مقطع کل بیان می شود.

فوتونها (در ناحیه پرتوهای ایکس و گاما)

پرتوهای ایکس و گاما با الکترونهای مداری ماده از طریق سه برهمکنش شناخته شده ، یعنی اثر فوتوالکتریک ، پراکندگی کامپتون و تولید زوج الکترون _ پوزیترون برهمکنش می کنند. برای پرتوهای ایکس و گاما سطح مقطع کل با مجموع سطح مقطع های سه برهمکنش اساسی یاد شده در بالا برابر است.

نوترونها

نوترونها می توانند پراکنده شوند و یا واکنشهای هسته ای ایجاد کنند که بسیاری از این واکنشها منجر به گسیل ذرات باردار حامل انرژی می شود. تمام روشهای آشکارسازی نوترونها در نهایت به آشکارسازی ذرات باردار منجر می شود که بعد از تابش نوترون به یک ماده خاص ذره باردار تابش می شود. برای نوترون سطح مقطع کل با مجموع سطح مقطع های واکنش و پراکندگی برابر می باشد.

اصول کار دستگاههای آشکارساز

اصول کار اغلب دستگاههای آشکارساز مشابه است. تابش وارد آشکارساز می شود، با اتمهای ماده آشکارساز برهمکنش می کند (اثر تابش بر ماده) و ذره ورودی بخشی از انرژی خود را صرف جداسازی الکترونهای کم انرژی ماده آشکارساز از مدارهای اتمی خود می کند. این الکترونها و یونش ایجاد شده جمع آوری می شود و توسط یک مدار الکترونیکی برای تحلیل به صورت یک تپ ولتاژ یا جریان در می آید.

خصوصیات مواد آشکارساز بکار رفته در آشکارسازها

ماده مناسب برای آشکارسازی هر ذره بستگی به نوع ذره تابشی دارد.

برای تعیین انرژی تابشی بایستی تعداد الکترونهای آزاد شده از ماده زیاد باشد.

برای تعیین زمان گسیل تابش باید ماده ای را انتخاب کنیم که در آن الکترونها به سرعت تبدیل به تپ شوند.

برای تعیین نوع ذره باید ماده ای انتخاب شود که جرم و بار ذره اثر مشخصی بر روی ماده داشته باشد.

اگر بخواهیم مسیر ذره تابشی را دنبال کنیم، باید ماده آشکارساز نسبت به محل ورود ذره تابشی حساس باشد.

انواع آشکارسازها

آشکار سازی ذرات - آکا

اتاقک ابر

اتاقک ابر متشکل از محفظه ای از هوا و بخار آب به حالت اشباع است. در اطراف یونهای تشکیل شده از تابش ذرات باردار حامل انرژی ، قطره های آب تشکیل می شود که با نوردهی مناسب می توان مسیر حرکت ذره را دید یا عکسبردای کرد.

اتاقک حبابی

اتاقک حباب متشکل از محفظه ای از مایع فوق گرم است. در اتاقک حباب وقتی به طرز ناگهانی از فشار کاسته می شود، مایع شروع به جوشیدن می کند. حبابها بر روی یونهایی که در مسیر ذرات باردار تابشی پرانرژی قرار دارند، تشکیل می شوند که می توان آنها را روئیت کرد یا از آنها عکسبرداری کرد.

اتاقک جرقه ای

اتاقک جرقه متشکل از دو صفحه یا دو سیم موازی است که ولتاژ قوی میان هر جفت از صفحه ها برقرار است. در مواقعی که جرقه های قوی بین دو صفحه زده می شود که به احتمال قوی جرقه ها در همان مسیر حرکت ذره باردار حامل انرژی است که در گاز مربوطه یونش ایجاد کرده است که می توان آن را دید یا عکسبرداری کرد.

آشکار سازی ذرات - آکا

امولسیون عکاسی

در مسیر ذرات تابشی باردار حامل انرژی دانه های هالوژنه نقره تشکیل می شود که می توان آن را پس از ظهور فیلم عکاسی روئیت کرد.

آشکارساز سوسوزن (سینتیلاسیون)

در یک بلور جسم جامد ، برهمکنش ذره باردار پرانرژی با الکترونهای مداری باعث کنده شدن آنها می شود. الکترون کنده شده وقتی در تهیجا (مدار الکترونی فاقد الکترون) می افتد، نور گسیل می کند. اگر بلور به این نور شفاف باشد، عبور ذره باردار حامل انرژی با سینتیلاسیون یا سوسوزنی نور گسیل شده از بلور علامت داده می شود که این علامت نوری توسط اثر فتوالکتریک به یک تپ الکتریکی تبدیل می شود.

آشکارساز گازی

در آشکارساز گازی ذره باردار حامل انرژی در گاز پر شده میان دو الکترود فلزی تولید زوج الکترون _ یون می کند. میدان الکتریکی از برقراری ولتاژ حاصل می شود که این میدان باعث شتاب الکترونها و یون ها به ترتیب به طرف الکترود مثبت و منفی می شود. چون در مسیر حرکت با اتمهای دیگر برخورد می کنند، حرکت آنها حرکت سوقی است.

آشکارسازهای حالت جامد یا نیم رسانا

این نوع آشکارسازها از یک اتصال p - n میان سیلیسیم یا ژرمانیم نوع P و نوع n تشکیل یافته است. وقتی ولتاژی در خلاف جهت رسانش دیود اعمال می شود، ناحیه ای تهی از حاملهای بار در پیوندگاه بوجود می آید. هنگامی که ذره باردار حامل انرژی در طول ناحیه تهی حرکت می کند، در نتیجه برهمکنش آن با الکترونهای داخل بلور مسیر با زوجهای الکترون _ حفره معین می شود. الکترونها و حفره ها جمع می شوند و تپی الکتریکی در شمارشگر بوجود می آید.

طیف سنج های مغناطیسی

در طیف سنج های مغناطیسی از میدان مغناطیسی یکنواخت استفاده می کنند. اگر از یک

منبع : tebyan.net


شما احتمالا با جستجوی کلمات زیر وارد مقاله شده اید چنانچه مطلب مرتبط با جستجوی شما نبوده همان کلمه را در جستجوی سایت وارد کنید

علامت بار در میدان مغناطیسی , دستگاه آشکار ساز رگ

گردآوری توسط بخش مقالات فیزیک سایت آکاایران
تبلیغات