آيه الله
07-15-2010, 11:04 AM
لقد لعبت دراسة الأشعة الكونية وتفاعلاتها مع الغلاف الجوى دوراً بارزاً فى إكتشاف فيزياء الجسيماتpractical physics.لقد عرف منذ بدايات هذا القرن أن الهواء الجوى "الإشعاع الكونى" هو المصدر الوحيد لهذه الجسيمات.ومع تقدم التقنية أمكن بناء معجلات تستطيع تعجيل الجسيمات إلى طاقات تماثل أوتزيد عن طاقات الإشعاع الكونى .ومن ثم يمثل تطوير المعجلات قفزة حقيقية ونوعية فى عالم الجسيمات الأولية ومن ثم تم إدخال فرع جديد من فروع الفيزياء يهتم بهذه الجسيمات وإنتاجها والكشف عنها وتحليل المعلومات المتعلقة بها ألا وهو فرع فيزياء الطاقات العالية....
ويتم الكشف عن هذه الجسيمات بواسطة كاشفات تقنية الرؤية
Vision technology والتى هى عبارة عن مستحلبات نووية
(أ) المستحلب الفوتوغرافى Emulsion Photographic
تعتبر الأفلام الفوتوغرافية هى أول جهاز استخدم للكشف عن الإشعاع وتم ذلك قدراً بعد أن لاحظ العالم بكريل عام 1896م أن الألواح الفوتوغرافية الحساسة تتأثر بإشعاع لم يكن معروفاً من قبل وكان مصدره بعض العناصر المشعة.وحتى يومنا هذا تستخدم بعض المستحلبات للكشف عن الإشعاع فهى شبيهة بالكاميرا "الفيلم الفوتوغرافى"
(ب)المستحلب النووى Nuclear Emulsion
يتركب المستحلب النووى من هاليدات الفضة "الفلور والكلور والبروم واليود" ويقذف بمادة أخرى يكون الغرض دراستها وقد تكون هذه المادة ماغنسيوم Mg24أو ليثيوم Li7 أوكربونc12 حيث تكون هذه المادة عبارة عن projectileوتكون نواة الهدف عبارة عن نواة الفضة (target)
حيث نجد أن حبيبات الفضة تكون موزعة على طبقة من الجيلاتين ومغلفة بغشاء من الزجاج أو السليلوز وتأثير الإشعاع على الفيلم يشبه تأثير الضوء عليه فعندما يسقط الإشعاع الذى يحمل الطاقة على الفيلم فإنه يعمل على تأيين أو إثارة جزيئات الهاليد مما يعمل على فصل روابط الهاليد وتنفصل الفضة عن الهاليد وبعد تحميض الفيلم يمكن تثبيت حبيبات الفضة على الفيلم ثم تغسل حبيبات الهاليد التى لم تتأثر بالإشعاع وبالتالى نحصل على صورة واضحة ودائمة لمسار الجسيمات الإشعاعية فى المستحلب.
تطبيقات المستحلب الفوتوغرافى
(1) التصوير الإشعاعى Radiography
وهنا يتم تسجيل التأثير الناتج عن الجسيمات الإشعاعية جميعها وبذلك تعبر الصورة الموجودة على الفيلم عن شدة الإشعاع الساقط عليه وتشبه الأفلام المستخدمة لذلك الأفلام المستخدمة فى التصوير الفوتوغرافى العادى وتستخدم فى حالة التصوير الإشعاعى الطبى لتحديد مقدار الجرعة الإشعاعية التى يتعرض لها الشخص.
(2) المستحلب النووى Nuclear Emulsion
حيث نقوم هنا بتسجيل مسار الجسيم خلال المستحلب النووى ويتم إختيار المستحلب بحيث يكون سمكه أكبر من الفيلم الحساس العادى ويصل سمك المستحلب هنا إلى حوالى 600ميكرون وذلك لتسجيل مسارات معظم الجسيمات ولزيادة كثافة الحبيبات المتأثرة بالإشعاع يتم زيادة تركيز هاليد المادة المراد دراستها مثلاً AgأوLiأوMg ويصل تركيزها إلى حوالى 83% وتركيز الجيلاتين إلى حوالى 17% وعندما يدخل الإشعاع إلى بزاوية معينة فإنه يسير مسافة معينة تتناسب مع طاقة الإشعاع ويحدث تصادم بين الإشعاع و المادة التى ندرسها وهذا التصادم قد يكون تصادم مرن فلا يحدث شئ أو تصادم غير مرن فيحدث تفاعل والتى تؤدى إلى وصول النواة المقذوفة إلى إحدى حالات الإثارة العالية والتى يعقبها تفتت النواة إلى شظايا صغيرة مكونة ما يعرف ب star والتى تدل على حدوث تفاعل ويمكن أن نرى مسار الجسيمات "tracks" بواسطة ميكروسكوب ذو قوة تكبير مناسبة. ونلاحظ أن هذه الstar تتكون من:-
(1) Shower
وهى تعبر عن جسيم طاقته عالية وله زخم كمى كبير ويتحرك بسرعة عالية بالتالى فقده للطاقة بطئ وهو يعبرعن -mesonsΠ أو
K-mesons أوhyperons
(2) Grey
وهى تعبر عن جسيم طاقته أقل من ال showerوله زخم زاوى أقل وفقده طاقة أكثر من ال shower مثل deuterons وtritonsو
slow pions وhelium nuclei
(3) Black
وهى تعبر عن جسيم طاقته منخفضة جداً وبالتالى فقده للطاقة عالى ويمكن تقدير الزخم وطاقة جسيمات الإشعاع المختلفة بمعرفة مداها فى المستحلب.
مميزات المستحلب النووى Emulsion
1- يمتاز المستحلب النووى عن غيره من الكاشفات بالبساطة ورخص الثمن والحساسية المستمرة وصغر الحجم كما أن الكثافة العالية له تساعد على الكشف عن الجسيمات ذات الطاقة العالية مثل الميزونات.
2- تم إكتشاف أغلب الجسيمات الأولية بواسطة المستحلب النووى مثل الجسيميات المبينة بالجدول الآتى:
Specific behavior of measurement
Source of radiation
particle
Π μ decay at rest
Cosmic rays
+∏
Nuclear interaction at rest
Cosmic rays
-∏
decay∏ K 3
Cosmic rays
K+
Nuclear interaction at rest
Cosmic rays
K-
decay at rest
Cosmic rays
Σ+
decay in fligh
Accelerator
Λo
3- المسارات التى نلاحظها بواسطة المستحلب النووى يمكن إستخدامها فى تعيين طاقات وزوايا الجسيمات بدرجة تحليل عالية.
4- يمكن إستخدامه للحصول على معلومات تفصيلية عن ميل النواه للإنحلال وذلك عن طريق حساسيته العالية للجسيمات البطيئة الخارجة من النواة بالتالى نعرف التركيب الداخلى لهذه النواة.
5- يمكن إستخدامه فى الكشف عن الجسيمات المتعادلة مثل neutronsو o-mesonsΠ و Ko-mesonsوneutral hyperons
وذلك من خلال سلوك تفاعلاتهم مع الأنوية أو من خلال تحللهم إلى جسيمات مشحونة أو من خلال تفاعلات نواتج التحلل هذه مع الأنوية.
6- بسبب أن المستحلب النووى له قوة إيقاف عالية فإن جزء كبير من الجسيمات قصيرة العمر تسكن داخله قبل تحللها بالتالى يمكن قياس المدى وفترة العمر لها بدقة.
7- يمكن إستخدامه كهدف وكاشف فى آن واحد.
8- يمكننا تعيين كمية التحرك والشحنة للجسيمات ذات الطاقة العالية جداً وذلك بمساعدة مجال مغناطيسى.
9- يمكن إستخدام أنوية ثقيلة فى المستحلب مثل WوPbوAu بأشكال مختلفة(powder or nets)
10- الإحتفاظ بصورة التفاعل لفترة طويلة
عيوبه
المستحلب النووى له بعض العيوب وهى:-
1-أنه لا يمكن إستخدامه للكشف عن الجسيمات ذات الطاقة المنخفضة لأن مسافة الإختراق لها ستكون صغيرة بحيث يتعذر دراستها.
2-ضرورة إستخدام الميكروسكوب فى البحث عن المسارات ودراستها.
ويتم الكشف عن هذه الجسيمات بواسطة كاشفات تقنية الرؤية
Vision technology والتى هى عبارة عن مستحلبات نووية
(أ) المستحلب الفوتوغرافى Emulsion Photographic
تعتبر الأفلام الفوتوغرافية هى أول جهاز استخدم للكشف عن الإشعاع وتم ذلك قدراً بعد أن لاحظ العالم بكريل عام 1896م أن الألواح الفوتوغرافية الحساسة تتأثر بإشعاع لم يكن معروفاً من قبل وكان مصدره بعض العناصر المشعة.وحتى يومنا هذا تستخدم بعض المستحلبات للكشف عن الإشعاع فهى شبيهة بالكاميرا "الفيلم الفوتوغرافى"
(ب)المستحلب النووى Nuclear Emulsion
يتركب المستحلب النووى من هاليدات الفضة "الفلور والكلور والبروم واليود" ويقذف بمادة أخرى يكون الغرض دراستها وقد تكون هذه المادة ماغنسيوم Mg24أو ليثيوم Li7 أوكربونc12 حيث تكون هذه المادة عبارة عن projectileوتكون نواة الهدف عبارة عن نواة الفضة (target)
حيث نجد أن حبيبات الفضة تكون موزعة على طبقة من الجيلاتين ومغلفة بغشاء من الزجاج أو السليلوز وتأثير الإشعاع على الفيلم يشبه تأثير الضوء عليه فعندما يسقط الإشعاع الذى يحمل الطاقة على الفيلم فإنه يعمل على تأيين أو إثارة جزيئات الهاليد مما يعمل على فصل روابط الهاليد وتنفصل الفضة عن الهاليد وبعد تحميض الفيلم يمكن تثبيت حبيبات الفضة على الفيلم ثم تغسل حبيبات الهاليد التى لم تتأثر بالإشعاع وبالتالى نحصل على صورة واضحة ودائمة لمسار الجسيمات الإشعاعية فى المستحلب.
تطبيقات المستحلب الفوتوغرافى
(1) التصوير الإشعاعى Radiography
وهنا يتم تسجيل التأثير الناتج عن الجسيمات الإشعاعية جميعها وبذلك تعبر الصورة الموجودة على الفيلم عن شدة الإشعاع الساقط عليه وتشبه الأفلام المستخدمة لذلك الأفلام المستخدمة فى التصوير الفوتوغرافى العادى وتستخدم فى حالة التصوير الإشعاعى الطبى لتحديد مقدار الجرعة الإشعاعية التى يتعرض لها الشخص.
(2) المستحلب النووى Nuclear Emulsion
حيث نقوم هنا بتسجيل مسار الجسيم خلال المستحلب النووى ويتم إختيار المستحلب بحيث يكون سمكه أكبر من الفيلم الحساس العادى ويصل سمك المستحلب هنا إلى حوالى 600ميكرون وذلك لتسجيل مسارات معظم الجسيمات ولزيادة كثافة الحبيبات المتأثرة بالإشعاع يتم زيادة تركيز هاليد المادة المراد دراستها مثلاً AgأوLiأوMg ويصل تركيزها إلى حوالى 83% وتركيز الجيلاتين إلى حوالى 17% وعندما يدخل الإشعاع إلى بزاوية معينة فإنه يسير مسافة معينة تتناسب مع طاقة الإشعاع ويحدث تصادم بين الإشعاع و المادة التى ندرسها وهذا التصادم قد يكون تصادم مرن فلا يحدث شئ أو تصادم غير مرن فيحدث تفاعل والتى تؤدى إلى وصول النواة المقذوفة إلى إحدى حالات الإثارة العالية والتى يعقبها تفتت النواة إلى شظايا صغيرة مكونة ما يعرف ب star والتى تدل على حدوث تفاعل ويمكن أن نرى مسار الجسيمات "tracks" بواسطة ميكروسكوب ذو قوة تكبير مناسبة. ونلاحظ أن هذه الstar تتكون من:-
(1) Shower
وهى تعبر عن جسيم طاقته عالية وله زخم كمى كبير ويتحرك بسرعة عالية بالتالى فقده للطاقة بطئ وهو يعبرعن -mesonsΠ أو
K-mesons أوhyperons
(2) Grey
وهى تعبر عن جسيم طاقته أقل من ال showerوله زخم زاوى أقل وفقده طاقة أكثر من ال shower مثل deuterons وtritonsو
slow pions وhelium nuclei
(3) Black
وهى تعبر عن جسيم طاقته منخفضة جداً وبالتالى فقده للطاقة عالى ويمكن تقدير الزخم وطاقة جسيمات الإشعاع المختلفة بمعرفة مداها فى المستحلب.
مميزات المستحلب النووى Emulsion
1- يمتاز المستحلب النووى عن غيره من الكاشفات بالبساطة ورخص الثمن والحساسية المستمرة وصغر الحجم كما أن الكثافة العالية له تساعد على الكشف عن الجسيمات ذات الطاقة العالية مثل الميزونات.
2- تم إكتشاف أغلب الجسيمات الأولية بواسطة المستحلب النووى مثل الجسيميات المبينة بالجدول الآتى:
Specific behavior of measurement
Source of radiation
particle
Π μ decay at rest
Cosmic rays
+∏
Nuclear interaction at rest
Cosmic rays
-∏
decay∏ K 3
Cosmic rays
K+
Nuclear interaction at rest
Cosmic rays
K-
decay at rest
Cosmic rays
Σ+
decay in fligh
Accelerator
Λo
3- المسارات التى نلاحظها بواسطة المستحلب النووى يمكن إستخدامها فى تعيين طاقات وزوايا الجسيمات بدرجة تحليل عالية.
4- يمكن إستخدامه للحصول على معلومات تفصيلية عن ميل النواه للإنحلال وذلك عن طريق حساسيته العالية للجسيمات البطيئة الخارجة من النواة بالتالى نعرف التركيب الداخلى لهذه النواة.
5- يمكن إستخدامه فى الكشف عن الجسيمات المتعادلة مثل neutronsو o-mesonsΠ و Ko-mesonsوneutral hyperons
وذلك من خلال سلوك تفاعلاتهم مع الأنوية أو من خلال تحللهم إلى جسيمات مشحونة أو من خلال تفاعلات نواتج التحلل هذه مع الأنوية.
6- بسبب أن المستحلب النووى له قوة إيقاف عالية فإن جزء كبير من الجسيمات قصيرة العمر تسكن داخله قبل تحللها بالتالى يمكن قياس المدى وفترة العمر لها بدقة.
7- يمكن إستخدامه كهدف وكاشف فى آن واحد.
8- يمكننا تعيين كمية التحرك والشحنة للجسيمات ذات الطاقة العالية جداً وذلك بمساعدة مجال مغناطيسى.
9- يمكن إستخدام أنوية ثقيلة فى المستحلب مثل WوPbوAu بأشكال مختلفة(powder or nets)
10- الإحتفاظ بصورة التفاعل لفترة طويلة
عيوبه
المستحلب النووى له بعض العيوب وهى:-
1-أنه لا يمكن إستخدامه للكشف عن الجسيمات ذات الطاقة المنخفضة لأن مسافة الإختراق لها ستكون صغيرة بحيث يتعذر دراستها.
2-ضرورة إستخدام الميكروسكوب فى البحث عن المسارات ودراستها.