كاميرا كومبتون تقيس استقطاب أشعة جاما في تجربة الفيزياء النووية – عالم الفيزياء

تم استخدام كاميرا كومبتون لقياس استقطاب أشعة جاما في تجربة فيزياء نووية. وقد تم ذلك من قبل فريق بقيادة شينتارو اذهب في مجموعة RIKEN اليابانية للأبحاث الرائدة. ويقولون إن نهجهم الجديد يمكن أن يساعد الفيزيائيين على استكشاف بنية النوى الذرية بتفاصيل أفضل بكثير.

تحتوي النوى الذرية على بروتونات ونيوترونات مرتبطة ببعضها البعض بواسطة القوة الشديدة. تشبه إلى حد كبير الإلكترونات الموجودة في الذرة أو الجزيء، يمكن لهذه البروتونات والنيوترونات أن توجد في عدد من حالات الطاقة المتميزة - والتي غالبًا ما ترتبط بأشكال مختلفة للنواة. غالبًا ما تتضمن التحولات بين هذه الحالات انبعاث فوتونات أشعة جاما، وتوفر دراسة هذه الفوتونات معلومات مهمة حول البنية الداخلية للنوى - وهو مجال يسمى التحليل الطيفي النووي.

تتضمن هذه الدراسات تحديد كل من الدوران والتكافؤ للنواة، وهو ما يمكن إجراؤه عن طريق قياس استقطاب أشعة جاما المنبعثة. ومع ذلك، فإن إجراء قياسات دقيقة لاستقطاب أشعة جاما ليس بالمهمة السهلة.

كاميرا متعددة الطبقات

في الآونة الأخيرة، ظهرت فرص جديدة لإجراء قياسات عالية الجودة من خلال تصميم كاميرا كومبتون متعددة الطبقات التي تحتوي على الكادميوم والتيلوريد والتي تم تطويرها لأول مرة بواسطة تادايوكي تاكاهاشي وزملاؤه في جامعة طوكيو.

تتكون كاميرا كومبتون من طبقتين على الأقل من المواد التي تتفاعل مع أشعة جاما وتكتشفها. تبدأ العملية بتشتت فوتون أشعة جاما بشكل غير مرن (كومبتون) من الطبقة الأولى. ثم يتم امتصاص الفوتون بواسطة الطبقة الثانية. باستخدام معلومات الموقع من اكتشاف كلا الحدثين، يمكن إرجاع مصدر أشعة جاما الساقطة إلى دائرة في الفضاء. ومن خلال قياس العديد من هذه التفاعلات، يمكن تحديد مصدر شعاع أشعة جاما عند تقاطع الدوائر. ونتيجة لذلك، لعبت كاميرات كومبتون دورًا مهمًا في علم فلك أشعة جاما.

في الواقع، تم تطوير تصميم تاكاهاشي لأول مرة لاستخدامه في مهمة هيتومي اليابانية، والتي كانت عبارة عن تلسكوب فضائي مشؤوم تم إطلاقه في عام 2016. ومع ذلك، يشير جو إلى أن "هذا النوع من الكاشف تم تطبيقه منذ ذلك الحين على مجموعة واسعة من المجالات. وتتراوح تطبيقاته بين تحديد موقع المواد المشعة التي تم إطلاقها بعد حادث محطة الطاقة النووية في اليابان، إلى العمل كمتعقب متعدد المسبار في الطب النووي.

يعتمد على الاستقطاب

الآن، استخدم فريق جو كاميرا كومبتون الخاصة بتاكاهاشي في تجربة التحليل الطيفي النووي التي قامت بقياس استقطاب أشعة جاما. تستفيد تقنيتهم ​​من حقيقة أن احتمالية أن يكون الفوتون منتشرًا من كومبتون بزاوية معينة يعتمد على استقطابه. وهذا يعني أنه يمكن استخدام كاميرا كومبتون لتحديد استقطاب شعاع جاما الناشئ من مصدر في موقع معروف.

يقول جو: "يوفر هذا النهج معلومات قيمة حول الاستقطاب الخطي لأشعة جاما من النوى المثارة".

في التجربة، أطلق الباحثون شعاعًا من البروتونات على شريحة رقيقة من الحديد. وتنتشر بعض هذه البروتونات من نوى الحديد 56، مما يضع النوى في حالة مثارة تضمحل عن طريق انبعاث فوتون أشعة جاما. في تجربة إثبات المبدأ هذه، تم اختيار هذا التحول النووي لأن أشعة جاما تنبعث باستقطاب معروف.

ومن دواعي سرور جو وزملائه أن استقطاب الفوتون الذي تم قياسه بواسطة كاميرا كومبتون الخاصة بهم كان مطابقًا بشكل كبير للقيمة المعروفة. وبعد أن أثبتوا بنجاح تقنيتهم ​​التجريبية الجديدة، يأمل فريق Go أن يتم تطبيق الكاميرا قريبًا على نطاق أوسع في تجارب التحليل الطيفي النووي الحديثة.

يصف جو: "تتضمن النتائج التي توصلنا إليها حساسية عالية بشكل ملحوظ وكفاءة كشف فعالة". ويقول إن هذا سيكون مفيدًا جدًا لدراسة النوى المشعة النادرة، والتي تتضمن اكتشاف أعداد صغيرة جدًا من الفوتونات.

تم وصف البحث في تقارير علمية.

• محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. تمكين نفسك. الوصول هنا.
• أفلاطونايستريم. ذكاء Web3. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
• أفلاطون كربون، كلينتك ، الطاقة، بيئة، شمسي، إدارة المخلفات. الوصول هنا.
• أفلاطون هيلث. التكنولوجيا الحيوية وذكاء التجارب السريرية. الوصول هنا.
• المصدر https://physicsworld.com/a/compton-camera-measures-gamma-ray-polarization-in-nuclear-physics-experiment/