الكشف عن الإشعاع

تستخدم في معظم كاشفات الجسيمات والإشعاع ذات الطاقة المرتفعة، حقيقة مفادها أن الأيونات تتكون على طول مسارات الجسيمات. وقد كانت المستحلبات الفوتوغرافية هي اول كاشفتا للإشعاع، وقد استخدمها للكشف عن الإشعاع الصادر عن اليورانيوم عام 1896. ويكمن عيب المستحلبات في أنها لا تستخدم سوى مرة واحدة، كما أنها تفتقر إلى الحساسية الفائقة للطرق الأحدث.

وهناك جهاز يتيح لنا أن نرى مسار الجسيم الذي يحدث التأين وهو غرفة التأين وهو غرفة ويلسون السحابية. وتتلخص فكرتها في أن قطيرات من البخار فوق المشبع تفضل التكون على أيونات البخار. وعلى ذلك، فإذا اخترق جسيم مؤين منطقة توشك قطيرات البخار أن تتكون فيها، فإن تلك القطيرات ستتكون اولاً على طول مسار الجسيم بحيث يبدو المسار كآثار من القطيرات. وهناك جهاز آخر مشابه يسمى الغرفة الفقاعية، يستخدم فيها سائل فائق التسخين، أي سائل على وشك الغليان، وتتكون فقاعات البخار بحيث تفضل مواقع الأيونات ولذلك تصبح مسارات الجسيم مرئية على هيئة آثار من الفقاعات.

الشكل (1): عداد جايجر.

أما الأجهزة الإلكترونية المستخدمة للكشف عن الجسيمات عالية الطاقة، فاستخدمها مناسب وهي  أكثر أنواع كشافات الجسيمات شيوعاً. ومن نماذجها المألوفة عداد جايجر الذي يصوره الشكل 1)). عندما لا يكون هناك إشعاع داخل إلى العداد فإنه لا توجد شحنات في الغاز الذي يملأ الانبوبة المعدنية ولذلك لا يمر أي تيار في الدائرة. أما إذا داخل جسيم مؤين إلى الأنبوبة فإن ما يحرره ما أيونات وإلكترونات تتحرك عبر الأنبوبة تحت تأثير المجال الكهربي القائم بين الأسطوانة والسلك المركزي. ويكون المجال الكهربي من الكبر بحيث تقوم الأيونات والإلكترونات بتأيين ذرات اخرى بالغاز كلما تحركت عبر الأنبوبة مما ينشأ عنه انهمار للشحنات. ونتيجة لذلك يصبح التيار المار عبر الأنبوبة أكبر بكثير من التيار الذي من الممكن أن ينشأ عن الأيونات الأصلية بمفردها. وبمجرد اختراق الجسيم للأنبوبة تماما، فإن جميع الايونات تجمع ويختفى التيار، وعلى ذلك يؤدي كل جسيم مؤين إلى ظهور نبضة تيار تسري في المقاوم. ثم تطبق نبضات الجهد الناتجة على نظام تسجيل إلكتروني يتيح تسجيلاً لعدد الجسيمات المؤينة التي دخلت إلى العداد.

تستخدم عدادات الوميض نوعاً من المواد التي ينطلق منها الضوء إذا ما اخترقتها جسيمات ذات طاقة كبيرة. ومن بين تلك المواد بلورات يوديد الصوديوم المحتوية على قليل من عنصر الثاليوم وكذا بعض أنواع البلاستيك العضوي. ثم تصطدم الفوتونات المنبعثة بواسطة الجسيمات الساقطة بمهبط انبوبة المضاعف الضوئي فتنبعث منه إلكترونات ضوئية (الشكل 2))). وتتسارع هذه الإلكترونات في جهد كهربي قيمته نحو 100 V لتصل إلى قطب ثان حيث ينتج كل منها عدداً من الالكترونات الإضافية. وتتكرر هذه العملية عبر عدد من المراحل يتراوح بين 12 إلى 15 مرحلة ليتكون في النهاية انهمار الإلكترونات، وبالتالي نبضة تيار مكبرة عند خرج الأنبوبة. .وتعتبر هذه النبضة عن وجود الجسيم الأصلي الذي اصطدم بالكاشف.

الشكل 2)): تحول أنبوبة المضاعف الضوئي الفوتون الناج من الإشعاع الساقط إلى نبضة مكبرة من الإلكترونات . ويعرف هذا الجهاز بعداد الوميض.

وتعتبر وصلة pn شبه الموصلة أحد انواع الكاشفات، وتستخدم بها نبضات تتولد عندما يتسبب شعاع جاما أو جسيم ما في وجود شحنات داخل شبه الموصل والمثل هذه الكاشفات زمن استجابة سريع، وهو رخيصة نسبياً وذات كفاءة.