آشکارساز ذرات بنیادی

آشکارسازها ابزاری هستند که برای سنجش و آشکارسازی شدت و یا طیف یونیزاسیون و یا غیر یونیزاسیون به کار می‌رود و اساس کار آشکارساز گایگر مولر را نیز بررسی کردید، حال در اینجا در مورد آشکارسازهای ذرات بنیادی توضیحاتی خواهیم داد.

آشکار سازی ذرات
آشکارسازی ذرات عبارتست از فرآیندی که در آن خصوصیاتی مانند جرم، انرژی، بار الکتری ، 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.

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 الکترون های مداری ماده آشکارسازی که این برهمکنش توسط مدارهای الکترونیکی آشکارساز، به یک پالس الکتریکی تبدیل می شود.

پیشتر با وسایل آشکار سازی ریز ذره ها از جمله (اتاقک ابر ویلسون، شمارگر سوسوزن و شمارگر تخلیه گازی ) آشنا شده اید. هر چند این آشکار سازها را اغلب برای بررسی ذرات بنیادی به کار می برند، اما کار کردن با آنها گاهی چندان راحت نمی باشد. در واقع مناسب ترین فرایندهای اندرکنش که با تبدیل متقابل ذرات همراه می باشند رویدادهای نسبتا نادری هستند. قبل از آنکه برخورد مناسبی رخ دهد، ذره در طی مسیر خود باید با شمار زیادی الکترون و هستک برخورد کند. در واقع ، در ماده چگال باید مسافتی برابر با دهها سانتی متر یا حتی متر را بپیماید .
(ذرات بارداری با انرژی میلیاردها الکترون ولت در چنین فاصله ای فقط کسری از انرژی خود را در نتیجه یونش از دست می دهد.) 

هر گاه مواد لیان مانند سولفید روی یا نفتالین با ذرات باردار تند بمباران شوند، بخش قابل توجهی از انرژی ذرات باردار که در ماده کند شده اند به نور مرئی تبدیل می شود: برخورد یک ذره باردار تند به یک لایه از چنین ماده ای موجب درخشش نور کوتاهی می شود که به سوسوزنی معروف است. روشنایی درخشش های سوسوزنی به ویژه برای ذرات آلفا بیشتر می باشد.

اما در اتاقک ابر ویلسون با شمارگر تخلیه گازی لایه حساس بسیار نازک است (هر گاه در مقایسه با ماده چگال حساب شود.) به این دلیل برای آشکارسازی ذرات روش های دیگری اندیشیده شده است. از این روش ها، روش عکسبرداری بسیار کارساز است. با گذشتن ذره باردار از میان صفحه حساس عکاسی زیر دانه خاص ردی باقی می ماند که هر گاه پس از ظهور و ثبوت از زیر میکروسکوپ نگاه شود به صورت زنجیری با دانه های سیاه دیده می شود. نوع ذره را می توان از روی شکل رد باقی مانده از آن در صفحه حساس عکاسی معین نمود.

اصول کار دستگاه آشکارساز

اصول کار اغلب دستگاه های آشکارساز مشابه است. تابش وارد آشکارساز می شود، با اتم های ماده آشکارساز برهمکنش می کند  (اثر تابش بر ماده) و ذره ورودی بخشی از انرژی خود را صرف جداسازی الکترون های کم انرژی ماده آشکارساز از مدارهای اتمی خود می کند. این الکترون ها 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 بکار رفته در آشکارسازها
◄ماده مناسب برای آشکارسازی هر ذره بستگی به نوع ذره تابشی دارد.

◄برای تعیین انرژی تابشی بایستی تعداد الکترون های آزاد شده از ماده زیاد باشد .

◄برای تعیین زمان گسیل تابش باید ماده ای را انتخاب کنیم که در آن الکترون ها 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 .

منبـــع: ketabnak.com