تويت
حجرات وعدادات نوويه
Nuclear chambers and counters - Chambres et compteurs nucléaires
الحجرات والعدادات النووية
تستعمل الحجرات والعدادات النووية nuclear chambers and counters لتحديد خواص الجسيمات النووية،مثل كتلتها وشحنتها وطاقتها، كما تستعمل للتعرف على التفاعلات النووية وشداتها النسبية. لقد ظهرت في البدء أنواع محددة الوظيفة والمجال الطاقي، ثم تطورت لتؤدي وظائف عدة، ومنها ما طور ليصبح عداداً يقيس شدة الإشعاعات[ر].
تعتمد طرائق الكشف التي تقوم الحجرات والعدادات بها على تأيين الوسط بصورة رئيسة، وقد يكون الوسط غازياً أوسائلاً أوصلباً. وقد يكون التأيين نتيجة تصادمات جسيم نووي مشحون، مثل البروتونات والإلكترونات، أونتيجة امتصاص أشعة كهرومغنطيسية[ر]، مثل الضوء المرئي والأشعة السينية[ر] وأشعة غاما. كما يمكن أن يكون التأيين نتيجة تفاعل نووي سببه جسيم معتدل الشحنة الكهربائية ينتج جسيمات مشحونة، كما في الكشف عن النترونات[ر].
حجرة السحاب cloud chamber: تعد أولى الحجرات، وقد استعملها تاونسند J.S.Townsend عام 1897 وتومسون J.J.Thomson عام 1898 لتحديد شحنة الإلكترون، وذلك قبل استعمال الأخير أنبوب الأشعة المهبطية. تتلخص الطريقة بتحضير بخار الماء الموجود في حجرة ضمن شروط قريبة من شروط التكثف[ر]، وما إن تتواجد الأيونات حتى يتكاثف البخار عليها مكونة سحابة على طول المسار. تقاس بعد ذلك الشحنة الكهربائية التي تحملها السحابة وتقسم على عدد القطيرات لتستنتج واحدة الشحنة الكهربائية. طوّر س.ت.ويلسن C.T.R.Wilson ومن بعده هـ.أ.ويلسن H.A.Wilson، هذه الفكرة فصنعا حجرة أسطوانية ذات مكبس قابل للحركة يستعمل لتهيئة الشروط المناسبة للتكاثف، مغلقة بنافذة شفافة تجعل التصوير ممكناً في اللحظة المناسبة. كما أدخلا إمكانية تطبيق حقول مغنطيسية وكهربائية تساعد على تحديد خواص الجسيمات بتتبع المسارات وانحناءاتها الناتجة من تطبيق الحقول،مثل كتلة الجسيم وطاقته إضافة إلى شحنته. وقد استعمل فيما بعد خليط من الغازات والأبخرة، فلم تعد مقتصرة على بخار الماء بهدف تحسين مقدرة فصلها وتوسيع مجالاتها الطاقية، وتعرف أيضاً باسم حجرة ويلسن.
طورت بعد ذلك حجرة الفقاعات bubble chamber التي يستعاض فيها عن البخار فوق المشبع بسائل فائق التسخين superheated، فإذا ما خفض الضغط المطبّق على السائل فجأة تشكلت فقاعات تنمو على الأيونات أو الإلكترونات الموجودة. وغالباً ما يستخدم الهدروجين السائل الذي يعد التفاعل مع نوياته تفاعلاً مع بروتونات. استطاعت مثل هذه الحجرات الكشف عن مكونات الأشعة الكونية[ر] التي تحتوي على جسيمات ذات طاقة عالية وعن تفاعلاتها النووية ونواتجها من الجسيمات قصيرة العمر، دعمت بذلك ووجهت النظريات المتعلقة بالإشعاع النووي الناشط[ر] بعد أن كان يعتمد على صفائح التصوير للكشف عنها اعتماداً كلياً.
تقدم تصميم الحجرة خطوة أخرى، من حجرة مكونة من سطحين دائريين مستويين متوازيين إلى سطح أسطواني وسلك رفيع عند محور الأسطوانة معزول عنها، يربط كل منهما بأحد قطبي مدخرة فيجمع أحدهما الشحنات الموجبة بينما يجمع الآخر الشحنات السالبة، ويقومان، إضافة إلى ذلك، بتسريعها، مما يؤدي إلى قيامها بتأيينات إضافية في الوسط، فتتشكل نبضة كهربائية عند مخرج الدارة الكهربائية؛ يمكن باختيار مناسب للكمون المطبق ولمزيج من الغازات، مثل الأرغون والآزوت والكحول، أن يقابل كل نبضة جسيم وارد، ومن ثم يكون عدد النبضات متناسباً مع عدد الجسيمات، فيسمى عداد غايغر - موللر التناسبي. وقد يطلى السطح الداخلي للأسطوانة بمادة تتفاعل مع النترونات تفاعلاً نووياً مثل البورون فتستعمل عندها عدادات للجسيمات المعتدلة كهربائياً.
تستعمل للكشف أحياناً حجرات مملوءة بمحلول مادة تتألق إذا أثيرت نتيجة امتصاص الإشعاعات، وقد تستعمل مواد صلبة تحتوي ذرات تتألق أوتومض نتيجة التصادمات. تسمى مثل هذه الكواشف أو العدادات عدادات وميضية أوتألقية scintillation counters، يقوم بتضخيمها ضوئياً وتعدادها أجهزة مناسبة.
ظهر أخيراً أنواع من العدادات أو الكواشف المصنعة من أنصاف النواقل المطعّمة بشوائب مناسبة لتشكل ثنائياً بلورياً diode يوصل بمدخرة وبمتممات إلكترونية للكشف عن الجسيمات والإشعاعات وتعدادها .تنتقى الحجرات والعدادات لتناسب أشعة معينة مثل أشعة غاما أو أشعة ألفا ولمجال طاقات مناسب، إذ إن لكل منها كفاءة تختلف باختلاف النوع وباختلاف مجال الطاقة . وأصبح ممكناً باقتران الكواشف والمعالجات الإلكترونية تحديد أطياف الإشعاعات المختلفة الصادرة عن المنابع وعن التفاعلات النووية بدقة عالية.
تنصبّ الاستعمالات الأولى للحجرات والعدادات في المؤسسات التي تتعامل مع المواد النووية مثل المسرّعات والمفاعلات والمستشفيات. لكن انتشار أجهزة الأشعة السينية وحدوث بعض الحوادث النووية التي تسببت بفاعلية إشعاعية في مناطق شاسعة،دخلت في الأغذية ومواد كثيرة جعل استعمال الحجرات والعدادات والكواشف النووية شائعاً جداً وفي مقدمتها أفلام التصوير وعدادات غايغر - موللر.
فوزي عوض
Nuclear chambers and counters - Chambres et compteurs nucléaires
الحجرات والعدادات النووية
تستعمل الحجرات والعدادات النووية nuclear chambers and counters لتحديد خواص الجسيمات النووية،مثل كتلتها وشحنتها وطاقتها، كما تستعمل للتعرف على التفاعلات النووية وشداتها النسبية. لقد ظهرت في البدء أنواع محددة الوظيفة والمجال الطاقي، ثم تطورت لتؤدي وظائف عدة، ومنها ما طور ليصبح عداداً يقيس شدة الإشعاعات[ر].
تعتمد طرائق الكشف التي تقوم الحجرات والعدادات بها على تأيين الوسط بصورة رئيسة، وقد يكون الوسط غازياً أوسائلاً أوصلباً. وقد يكون التأيين نتيجة تصادمات جسيم نووي مشحون، مثل البروتونات والإلكترونات، أونتيجة امتصاص أشعة كهرومغنطيسية[ر]، مثل الضوء المرئي والأشعة السينية[ر] وأشعة غاما. كما يمكن أن يكون التأيين نتيجة تفاعل نووي سببه جسيم معتدل الشحنة الكهربائية ينتج جسيمات مشحونة، كما في الكشف عن النترونات[ر].
حجرة السحاب cloud chamber: تعد أولى الحجرات، وقد استعملها تاونسند J.S.Townsend عام 1897 وتومسون J.J.Thomson عام 1898 لتحديد شحنة الإلكترون، وذلك قبل استعمال الأخير أنبوب الأشعة المهبطية. تتلخص الطريقة بتحضير بخار الماء الموجود في حجرة ضمن شروط قريبة من شروط التكثف[ر]، وما إن تتواجد الأيونات حتى يتكاثف البخار عليها مكونة سحابة على طول المسار. تقاس بعد ذلك الشحنة الكهربائية التي تحملها السحابة وتقسم على عدد القطيرات لتستنتج واحدة الشحنة الكهربائية. طوّر س.ت.ويلسن C.T.R.Wilson ومن بعده هـ.أ.ويلسن H.A.Wilson، هذه الفكرة فصنعا حجرة أسطوانية ذات مكبس قابل للحركة يستعمل لتهيئة الشروط المناسبة للتكاثف، مغلقة بنافذة شفافة تجعل التصوير ممكناً في اللحظة المناسبة. كما أدخلا إمكانية تطبيق حقول مغنطيسية وكهربائية تساعد على تحديد خواص الجسيمات بتتبع المسارات وانحناءاتها الناتجة من تطبيق الحقول،مثل كتلة الجسيم وطاقته إضافة إلى شحنته. وقد استعمل فيما بعد خليط من الغازات والأبخرة، فلم تعد مقتصرة على بخار الماء بهدف تحسين مقدرة فصلها وتوسيع مجالاتها الطاقية، وتعرف أيضاً باسم حجرة ويلسن.
طورت بعد ذلك حجرة الفقاعات bubble chamber التي يستعاض فيها عن البخار فوق المشبع بسائل فائق التسخين superheated، فإذا ما خفض الضغط المطبّق على السائل فجأة تشكلت فقاعات تنمو على الأيونات أو الإلكترونات الموجودة. وغالباً ما يستخدم الهدروجين السائل الذي يعد التفاعل مع نوياته تفاعلاً مع بروتونات. استطاعت مثل هذه الحجرات الكشف عن مكونات الأشعة الكونية[ر] التي تحتوي على جسيمات ذات طاقة عالية وعن تفاعلاتها النووية ونواتجها من الجسيمات قصيرة العمر، دعمت بذلك ووجهت النظريات المتعلقة بالإشعاع النووي الناشط[ر] بعد أن كان يعتمد على صفائح التصوير للكشف عنها اعتماداً كلياً.
تقدم تصميم الحجرة خطوة أخرى، من حجرة مكونة من سطحين دائريين مستويين متوازيين إلى سطح أسطواني وسلك رفيع عند محور الأسطوانة معزول عنها، يربط كل منهما بأحد قطبي مدخرة فيجمع أحدهما الشحنات الموجبة بينما يجمع الآخر الشحنات السالبة، ويقومان، إضافة إلى ذلك، بتسريعها، مما يؤدي إلى قيامها بتأيينات إضافية في الوسط، فتتشكل نبضة كهربائية عند مخرج الدارة الكهربائية؛ يمكن باختيار مناسب للكمون المطبق ولمزيج من الغازات، مثل الأرغون والآزوت والكحول، أن يقابل كل نبضة جسيم وارد، ومن ثم يكون عدد النبضات متناسباً مع عدد الجسيمات، فيسمى عداد غايغر - موللر التناسبي. وقد يطلى السطح الداخلي للأسطوانة بمادة تتفاعل مع النترونات تفاعلاً نووياً مثل البورون فتستعمل عندها عدادات للجسيمات المعتدلة كهربائياً.
تستعمل للكشف أحياناً حجرات مملوءة بمحلول مادة تتألق إذا أثيرت نتيجة امتصاص الإشعاعات، وقد تستعمل مواد صلبة تحتوي ذرات تتألق أوتومض نتيجة التصادمات. تسمى مثل هذه الكواشف أو العدادات عدادات وميضية أوتألقية scintillation counters، يقوم بتضخيمها ضوئياً وتعدادها أجهزة مناسبة.
ظهر أخيراً أنواع من العدادات أو الكواشف المصنعة من أنصاف النواقل المطعّمة بشوائب مناسبة لتشكل ثنائياً بلورياً diode يوصل بمدخرة وبمتممات إلكترونية للكشف عن الجسيمات والإشعاعات وتعدادها .تنتقى الحجرات والعدادات لتناسب أشعة معينة مثل أشعة غاما أو أشعة ألفا ولمجال طاقات مناسب، إذ إن لكل منها كفاءة تختلف باختلاف النوع وباختلاف مجال الطاقة . وأصبح ممكناً باقتران الكواشف والمعالجات الإلكترونية تحديد أطياف الإشعاعات المختلفة الصادرة عن المنابع وعن التفاعلات النووية بدقة عالية.
تنصبّ الاستعمالات الأولى للحجرات والعدادات في المؤسسات التي تتعامل مع المواد النووية مثل المسرّعات والمفاعلات والمستشفيات. لكن انتشار أجهزة الأشعة السينية وحدوث بعض الحوادث النووية التي تسببت بفاعلية إشعاعية في مناطق شاسعة،دخلت في الأغذية ومواد كثيرة جعل استعمال الحجرات والعدادات والكواشف النووية شائعاً جداً وفي مقدمتها أفلام التصوير وعدادات غايغر - موللر.
فوزي عوض