منو
 کاربر Online
239 کاربر online
تاریخچه ی: آشکارسازی ذرات

در حال مقایسه نگارشها

نگارش واقعی نگارش:3
آشکار سازی ذرات (Particale detector)

فهرست مقالات آشکار سازی ذرات

مباحث علمی مباحث کاربردی و تجربی
انواع آشکار ساز آشکار ساز گازی
آشکار ساز اتاقک یونیزاسیون
مبانی آشکار سازی آشکار ساز گایگر مولر
اتاقک حبابی آشکار ساز نیم‌ رسانا
اتاقک جرقه‌ای آشکار ساز سوسوزن
امولسیون هسته‌ای آشکار ساز چرنکوف
آشکار سازی تابش هسته‌ای وسایل ردنگاری
اثر تابش بر ماده اثر فوتوالکتریک
اثر کامپتون امولسیون عکاسی
پدیده تولید زوج پدیده نابودی زوج
آشکار ساز تلسکوپی آشکار ساز نوری
آشکار ساز تناسبی



آشکار سازی 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 واکنش‌های هسته‌ای بوجود می‌آید، توسط دستگاهی (اغلب آشکار ساز) تعیین می‌شود.

!دید کلی
فرآیند آشکار سازی متشکل از یک دستگاه آشکار ساز است که بسته به نوع ذره تابشی و آشکار سازی خصیصه‌ای از ذره ، نوع دستگاه فرق می‌کند. سهم عمده در آشکار سازی ذره توسط ماده‌ای متناسب با ذره تابشی در دستگاه آشکار ساز انجام می‌شود که عبارت است از برهمکنش ذره باردار حامل انرژی با الکترونهای مداری ماده آشکار سازی که این برهمکنش توسط مدارهای الکترونیکی آشکار ساز ، به یک پالس الکتریکی تبدیل می‌شود. عوامل موثر بر آشکار سازی ذرات در این مقوله مورد بررسی قرار می‌گیرد.

ذرات تابشی

واپاشی هسته‌ای یک فرآیند خودبخودی است، یعنی سیستم بطور خودبه‌خودی ، از حالتی به حالتی دیگر تغییر می‌کند. پایستگی انرژی ایجاب می‌کند که انرژی حالت نهایی پایین‌تر از حالت اولیه باشد. این اختلاف انرژی به طریقی به خارج سیستم فرستاده می‌شود. در تمام این موارد ، این امر با گسیل ذرات حامل انرژی بدست می‌آید که این ذرات یک یا ترکیبی از گسیل الکترومغناطیسی ، گسیل بتا و گسیل نوکلئون است که کلا می‌توان ذرات تابشی را به دو بخش ، ذرات تابشی باردار حامل انرژی و ذرات بی‌بار حامل انرژی ، تقسیم‌بندی کرد.

ذرات تابشی باردار حامل انرژی

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

روش‌های کلی آشکار کردن ذرات باردار حامل انرژی

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


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

  • وقتی که زوج الکترون _ یون دوباره ترکیب می‌شوند، نور گسیل شده را با یک دستگاه حساس به نور می‌توان آشکار سازی کرد.

  • با استفاده از یک میدان الکتریکی می‌توان الکترونها و یونها را جمع‌آوری کرد و از این طریق یک علامت الکتریکی تولید کرد.



تصویر

ذرات تابشی بی‌بار حامل انرژی

  • در آشکار سازی ذرات باردار حامل انرژی ، بار ذره عامل مهمی در آشکار سازی ذره بود ولی نوترونها و فوتونها (در ناحیه پرتوهای ایکس و گاما) فاقد بار هستند، لذا روش‌هایی که برای آشکار سازی آنها بکار رفته، کمتر از ذرات باردار است. احتمال برهمکنش نوترونها یا پرتوهای ایکس و گاما با اتم یا هسته آن به‌صورت سطح مقطع کل بیان می‌شود.

  • 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 می‌کنند. برای پرتوهای ایکس و گاما سطح مقطع کل با مجموع سطح مقطع‌های سه برهمکنش اساسی یاد شده در بالا برابر است.

  • نوترونها: نوترونها می‌توانند پراکنده شوند و یا واکنشهای هسته‌ای ایجاد کنند که بسیاری از این واکنشها منجر به گسیل ذرات باردار حامل انرژی می‌شود. تمام روشهای آشکار سازی نوترونها در نهایت به آشکار سازی ذرات باردار منجر می‌شود که بعد از تابش نوترون به یک ماده خاص ذره باردار تابش می‌شود. برای نوترون سطح مقطع کل با مجموع سطح مقطع‌های واکنش و پراکندگی برابر می‌باشد.



تصویر

اصول کار دستگاههای آشکار ساز

اصول کار اغلب دستگاههای آشکار ساز مشابه است. تابش وارد آشکار ساز می‌شود، با اتمهای ماده آشکار ساز برهمکنش می‌کند (اثر تابش بر ماده) و ذره ورودی بخشی از انرژی خود را صرف جداسازی الکترونهای کم‌انرژی ماده آشکار ساز از مدارهای اتمی خود می‌کند. این الکترونها و یونش ایجاد شده جمع‌آوری می‌شود و توسط یک مدار الکترونیکی برای تحلیل به صورت یک تپ ولتاژ یا جریان در می‌آید.

خصوصیات مواد آشکار ساز بکار رفته در آشکار سازها

  • ماده مناسب برای آشکار سازی 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 ماده‌ای را انتخاب کنیم که در آن الکترونها به سرعت تبدیل به تپ شوند.

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

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

انواع آشکار سازها

اتاقک ابر

اتاقک ابر متشکل از محفظه‌ای از هوا و بخار آب به حالت اشباع است. در اطراف یونهای تشکیل شده از تابش ذرات باردار حامل انرژی ، قطره‌های آب تشکیل می‌شود که با نوردهی مناسب می‌توان مسیر حرکت ذره را دید یا عکسبردای کرد.

اتاقک حبابی

اتاقک حباب متشکل از محفظه‌ای از مایع فوق گرم است. در اتاقک حباب وقتی به طرز ناگهانی از فشار کاسته می‌شود، مایع شروع به جوشیدن می‌کند. حبابها بر روی یونهایی که در مسیر ذرات باردار تابشی پرانرژی قرار دارند، تشکیل می‌شوند که می‌توان آنها را روئیت کرد یا از آنها عکسبرداری کرد.

اتاقک جرقه‌ای

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

امولسیون عکاسی

در مسیر ذرات تابشی باردار حامل انرژی دانه‌های هالوژنه نقره تشکیل می‌شود که می‌توان آن را پس از ظهور فیلم عکاسی روئیت کرد.

آشکار ساز سوسوزن (سینتیلاسیون)

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

آشکار ساز گازی

در آشکار ساز گازی ذره باردار حامل انرژی در گاز پر شده میان دو الکترود فلزی تولید زوج الکترون _ یون می‌کند. میدان الکتریکی از برقراری ولتاژ حاصل می‌شود که این میدان باعث شتاب الکترونها و یون‌ها به ترتیب به طرف الکترود مثبت و منفی می‌شود. چون در مسیر حرکت با اتمهای دیگر برخورد می‌کنند، حرکت آنها حرکت سوقی است.

آشکار سازهای حالت جامد یا نیم رسانا

این نوع آشکار سازها از یک اتصال p - n میان سیلیسیم یا ژرمانیوم نوع P و نوع n تشکیل یافته است. وقتی ولتاژی در خلاف جهت رسانش دیود اعمال می‌شود، ناحیه‌ای تهی از حاملهای بار در پیوندگاه بوجود می‌آید. هنگامی که ذره باردار حامل انرژی در طول ناحیه تهی حرکت می‌کند، در نتیجه برهمکنش آن با الکترونهای داخل بلور مسیر با زوجهای الکترون _ حفره معین می‌شود. الکترونها و حفره‌ها جمع می‌شوند و تپی الکتریکی در شمارشگر بوجود می‌آید.

طیف ‌سنجهای مغناطیسی

در طیف‌سنج‌های مغناطیسی از میدان مغناطیسی یکنواخت استفاده می‌کنند. اگر از یک منبع چند تابش مختلف داشته باشیم، وقتی ذرات باردار حامل انرژی تابشی وارد میدان مغناطیسی یکنواخت می‌شوند، مسیرهای دایره‌ای متفاوت می‌گیرند. از برخورد این مسیرهای دایره‌ای متفاوت با وسیله ثابتی مثلا فیلم عکاسی به تعداد ذرات باردار تابشی ، تصویر تشکیل می‌شود.

آشکار ساز تلسکوپی

آشکار سازی تلسکوپی متشکل از دو یا چند شمازشگر است که در آن تابش به ترتیب از شمارشگرها عبور می‌کند. شمارشگرهای اولیه نازک هستند، بطوری که ذره نسبتی از انرژی خود را به آنها می‌دهد، ولی در آخرین شمارشگر بطور کامل انرژی ذره جذب می‌شود. این شمارشگر بیشتر برای زمان‌سنجی استفاده می‌شوند.

شمارشگر تناسبی چندسیمی

این شمارشگر به عنوان آشکار سازی که نسبت به محل برهمکنش ذره حساس است، استفاده می‌شود.

قطب‌ سنجها

اغلب برای اندازه گیری قطبیدگی تابش استفاده می‌شود.


آشکارسازی ذرات (Particale detector)

فهرست مقالات آشکارسازی ذرات

مباحث علمی مباحث کاربردی و تجربی
آشکارسازی ذرات آشکارسازهای گازی
انواع آشکارساز آشکارسازهای اتاقک یونش
مبانی آشکارسازی شمارشگر گایگر مولر
اتاقک ابری شمارشگر تناسبی
اتاقک حبابی آشکارسازهای نیمه‌ هادی
اتاقک جرقه‌ای آشکارسازهای سوسوزن
امولسیونهای هسته‌ای آشکارساز چرنکوف
آشکارسازی تابش‌های هسته‌ای وسایل ردنگاری

دید کلی

آشکارسازی ذرات عبارتست از فرآیندی که در آن جرم ، انرژی ، بار ، مسیر حرکت و ... و در مجموع نوع یک ذره حامل انرژی که در واکنش‌های هسته‌ای بوجود می‌آید، تعیین می‌شود. این فرآیند متشکل از یک دستگاه آشکارساز است. که بسته به نوع ذره تابشی و آشکارسازی خصیصه‌ای از ذره ، نوع دستگاه فرق می‌کند. سهم عمده در آشکارسازی ذره توسط ماده‌ای متناسب با ذره تابشی در دستگاه آشکارساز انجام می‌شود که عبارت است از برهم‌کنش ذره باردار حامل انرژی مداری ماده آشکارسازی که این برهم کنش به یک تپ الکتریکی توسط مدارهای الکترونیکی آشکارساز تبدیل می‌شود.

ذرات تابشی

واپاشیهای هسته‌ای یک فرآیند خودبخودی است. یعنی سیستم از حالتی به حالتی دیگر بطور خودبخودی تغییر می‌کند. پایستگی انرژی ایجاب می‌کند که انرژی حالت نهایی پایین‌تر از حالت اولیه باشد این اختلاف انرژی بطریقی به خارج سیستم فرستاده می‌شود. در تمام این موارد ، این امر با گسیل ذرات حامل انرژی بدست می‌آید. که این ذرات یک یا ترکیبی از گسیل الکترومغناطیسی ، گسیل بتا و گسیل نوکلئون است. که کلا می‌توان ذرات تابشی را به دو بخش ذرات تابشی باردار حامل انرژی و ذرات بی‌بار حامل انرژی تقسیم‌بندی کرد.

ذرات تابشی باردار حامل انرژی

بار الکتریکی ذرات باردار حامل انرژی سهم همی در آشکارسازی ذره دارد وقتی ذره تابشی از کنار اتمها عبور می‌کند. به علت باردار بودن نیروی الکتریکی بر الکترونهای مداری وارد می‌کند. در این برهمکنش انرژی تبادل می‌شود که باعث کند شدن حرکت ذره تابشی و کنده شدن الکترون از مدارشان می‌شود. این الکترونهای جدا شده از مدارشان اساس بسیاری از روشهای آشکارسازی ذرات تابشی و اندازه‌گیری جرم ، بار ، انرژی و ... آنها است.

روش‌های کلی آشکار کردن ذرات باردار حامل انرژی

سه روش اساسی برای آشکار کردن ذرات باردار تابشی با استفاده از یونش وجود دارد.
  • یونش را می‌توان قابل رویت کرد بطوری که رد ذرات را بتوان دید و یا عکس‌برداری کرد.
  • وقتی که زوج الکترون - یون دوباره ترکیب می‌شوند نور گسیل شده را با یک دستگاه حساس به نور می‌توان آشکارسازی کرد.
  • با استفاده از یک میدان الکتریکی می‌توان الکترونها و یونها را جمع‌آوری کرد و از این طریق یک علامت الکتریکی تولید کرد.

ذرات تابشی بی‌بار حامل انرژی

در آشکارسازی ذرات باردار حامل انرژی ، بار ذره عامل مهمی در آشکارسازی ذره بود ولی نوترونها و فوتونها (در ناحیه پرتوها x و گاما) فاقد بار هستند. لذا روش‌هایی که برای آشکارسازی آنها بکاررفته کمتر از ذرات باردار است احتمال برهم‌کنش نوترونها یا پرتوهای ایکس و گاما با اتم یا هسته آن به صورت سطح مقطع کل بیان می‌شود.
  • فوتونها (در ناحیه پرتوها ایکس و گاما)
پرتوهای ایکس و گاما با الکترونهای مداری ماده از طریق سه برهم‌کنش شناخته شده یعنی اثر فتوالکتریک ، پراکندگی کامپتون و تولید زوج الکترون - پوزیترون برهم‌کنش می‌کنند. برای پرتوهای ایکس و گاما سطح مقطع کل با مجموع سطح مقطع‌های سه برهم‌کنش اساسی یادشده در بالا برابر است.
  • نوترونها
نوترونها می‌توانند پراکنده شوند و یا واکنشهای هسته‌ای ایجاد کنند که بسیاری از این واکنشها منجر به گسیل ذرات باردار حامل انرژی می‌شود، تمام روشهای آشکارسازی نوترونها در نهایت به آشکارسازی ذرات باردار تمام می‌شود که بعد از تابش نوترون به یک ماده خاص ذره باردار تابش می‌شود. برای نوترون سطح مقطع کل با مجموع سطح مقطع‌های واکنش و پراکندگی برابر می‌شود.

اصول کار دستگاههای آشکارساز

اصول کار اغلب دستگاههای آشکارسازی مشابه است. تابش وارد آشکارساز می‌شود با اتمهای ماده آشکارساز برهم‌کنش می‌کند و ذره ورودی بخشی از انرژی خود را صرف جداسازی الکترونهای کم‌انرژی ماده آشکارساز از مدارهای اتمی خود می‌کند. این الکترونها و یونش ایجاد شده جمع‌آوری می‌شود و توسط یک مدار الکترونیکی برای تحلیل به صورت یک تپ ولتاژ یا جریان در می‌آید.

خصوصیات مواد آشکارساز بکاررفته در آشکارسازها

ماده مناسب برای آشکارسازی هر ذره بستگی به نوع ذره تابشی دراد. برای تعیین انرژی تابشی بایستی تعداد الکترونهای آزاد شده از ماده زیاد باشد و برای تعیین زمان گسیل تابش باید ماده‌ای را انتخاب کنیم که در آن الکترونها به سرعت تبدیل به تپ شوند و برای تعیین نوع ذره باید ماده‌ای انتخاب شود که جرم و بار ذره اثر مشخصی بر روی ماده داشته باشد. و اگر بخواهیم مسیر ذره تابشی را دنبال کنیم باید ماده آشکار ساز نسبت به محل ورود ذره تابشی حساس باشد.

انواع آشکارسازها

  • اتاقک ابر : متشکل از محفظه‌ای از هوا و بخار آب بحالت اشباع است. در اطراف یونهای تشکیل شده از تابش ذرات باردار حامل انرژی قطره‌های آب تشکیل می‌شود که با نوردهی مناسب می‌توان مسیر حرکت ذره را دید یا عکس‌بردای کرد.
  • اتاقک حباب : متشکل از محفظه‌ای از مایع فوق گرم است. در اتاقک حباب وقتی به طرز ناگهانی از فشار کاسته می‌شود. مایع شروع به جوشیدن می‌کند. حبابها بر روی یونهایی که در مسیر ذرات باردار تابشی پرانرژی قرار دارند تشکیل می‌شوند که می‌توان آنها را رویت کرد یا عکس‌برداری کرد.
  • امولسیون عکاسی : در مسیر ذرات تابشی باردار حامل انرژی دانه‌های هالوژنه نقره تشکیل می‌شود که می‌توان آن را پس از ظهور فیلم عکاسی رویت کرد.
  • اتاقک جرقه : متشکل از دو صفحه یا دو سیم موازی است که ولتاژ قوی میان هر جفت از صفحه‌ها برقرار است در مواقعی که جرقه‌های قوی بین دو صفر زده می‌شود که به احتمال قوی جرقه‌ها در همان مسیر حرکت ذره باردار حامل انرژی است که در گاز مربوطه یونش ایجاد کرده است که می‌توان آن را دید یا عکس برداری کرد.
  • آشکار ساز سوسوزن (سینتیلاسیون) : در یک بلور جسم جامد برهم‌کنش ذره باردار پرانرژی با الکترونها مداری باعث کنده شدن آنها می‌شود. الکترون کنده شده وقتی در تهیجا (مدار الکترونی فاقد الکترون) می‌افتد نور گسیل می‌کند. اگر بلور به این نور شفاف باشد عبور ذره باردار حامل انرژی با سینتیلاسیون یا سوسوزن نور گسیل شده از بلور علامت داده می‌شود که این علامت نوری توسط اثر فتوالکتریک به یک تپ الکتریکی تبدیل می‌شود.
  • آشکارساز گازی : در آشکارساز گازی ذره باردار حامل انرژی در گاز پرشده میان دو الکترود فلزی تولید زوج الکترون-یون می‌کند. میدان الکتریکی از برقراری ولتاژ حاصل شده که میدان الکتریکی باعث شتاب الکترونها و یون‌ها به ترتیب به طرف الکترود مثبت و منفی می‌شود. چون در مسیر حرکت با اتمهای دیگر برخورد می‌کنند. حرکت آنها حرکت سوتی است.
  • آشکارسازهای حالت جامد یا نیمرسانا :
این نوع آشکارسازها از یک پیوند P-n میان سیلیسیم با ژرمنیم نوع P و نوع n تشکیل یافته است. وقتی ولتاژی در خلاف جهت رسانش دیود اعمال می شود ناحیه‌ای تهی از حاملهای بار در پیوندگاه بوجود می‌آید. هنگامی که ذره باردار حامل انرژی در طول ناحیه تهی حرکت می‌کند. در نتیجه برهم‌کنش آن با الکترودهای داخل بلور مسیر با زوجهای الکترون-حفره معین می‌شود. الکترونها و حفره‌ها جمع می‌شوند و تپی الکتریکی در شمارشگر بوجود می‌آید.
  • طیف‌سنجهای مغناطیسی : در طیف‌سنجهای مغناطیسی از میدان مغناطیسی یکنواخت استفاده می‌کنند. اگر از یک منبع چند تابش مختلف داشته باشیم وقتی ذرات باردار حامل انرژی تابشی وارد میدان مغناطیسی یکنواخت می‌شوند مسیرهای دایره‌ای متفاوت می‌گیرند. از برخورد این مسیرهای دایره‌ای متفاوت با وسیله ثابتی مثلا فیلم عکاسی به تعداد ذرات باردار تابشی تصویر تشکیل می‌شود.
  • شمارشگر تلسکوپی : متشکل از دو یا چند شمارشکرهای اولیه نازک هستند بطوریکه ذره نسبتی از انرژی خود را به آنها می‌دهد. ولی در آخرین شمارشگر به طور کامل انرژی ذره جذب می‌شود. این شمارشگر بیشتر برای زمان‌سنجی استفاده می‌شوند.
  • شمارشگر تناسبی چند سیمی : به عنوان آشکارسازی که نسبت به حمل برهم‌کنش ذره حساس است استفاده می‌شود.
  • قطب‌سنجها : اغلب برای اندازه گیری قطبیدگی تابش استفاده می‌شود.


تاریخ شماره نسخه کاربر توضیح اقدام
 یکشنبه 05 شهریور 1385 [09:39 ]   6   مجید آقاپور      جاری 
 پنج شنبه 10 دی 1383 [05:50 ]   4   حسین خادم      v  c  d  s 
 پنج شنبه 10 دی 1383 [05:46 ]   3   حسین خادم      v  c  d  s 
 پنج شنبه 10 دی 1383 [05:41 ]   2   حسین خادم      v  c  d  s 
 سه شنبه 10 آذر 1383 [12:35 ]   1   حسین خادم      v  c  d  s 


ارسال توضیح جدید
الزامی
big grin confused جالب cry eek evil فریاد اخم خبر lol عصبانی mr green خنثی سوال razz redface rolleyes غمگین smile surprised twisted چشمک arrow



از پیوند [http://www.foo.com] یا [http://www.foo.com|شرح] برای پیوندها.
برچسب های HTML در داخل توضیحات مجاز نیستند و تمام نوشته ها ی بین علامت های > و < حذف خواهند شد..