कॉम्पटन कैमरा परमाणु भौतिकी प्रयोग में गामा-किरण ध्रुवीकरण को मापता है

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परमाणु संरचना: मल्टीलेयर कॉम्पटन कैमरे का उपयोग करके कुछ दुर्लभ नाभिकों की आंतरिक कार्यप्रणाली को जल्द ही बेहतर ढंग से समझा जा सकता है। (सौजन्य: आईस्टॉक/गिरोलामो-स्फेराज़ा-पापा)

परमाणु भौतिकी प्रयोग में गामा किरणों के ध्रुवीकरण को मापने के लिए एक कॉम्पटन कैमरे का उपयोग किया गया है। के नेतृत्व वाली एक टीम द्वारा यह कार्य किया गया शिंतारो गो पायनियरिंग रिसर्च के लिए जापान के रिकेन क्लस्टर में। उनका कहना है कि उनका नया दृष्टिकोण भौतिकविदों को परमाणु नाभिक की संरचना की बेहतर विस्तार से जांच करने में मदद कर सकता है।

परमाणु नाभिक में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन होते हैं जो मजबूत बल द्वारा एक साथ बंधे होते हैं। किसी परमाणु या अणु में इलेक्ट्रॉनों की तरह, ये प्रोटॉन और न्यूट्रॉन कई अलग-अलग ऊर्जा अवस्थाओं में मौजूद हो सकते हैं - अक्सर नाभिक के विभिन्न आकारों से जुड़े होते हैं। इन अवस्थाओं के बीच संक्रमण में अक्सर गामा-किरण फोटॉनों का उत्सर्जन शामिल होता है और इन फोटॉनों के अध्ययन से नाभिक की आंतरिक संरचना के बारे में महत्वपूर्ण जानकारी मिलती है - एक अनुशासन जिसे परमाणु स्पेक्ट्रोस्कोपी कहा जाता है।

इन अध्ययनों में नाभिक के स्पिन और समता दोनों का निर्धारण शामिल है, जो उत्सर्जित गामा किरणों के ध्रुवीकरण को मापकर किया जा सकता है। हालाँकि, गामा-किरण ध्रुवीकरण का सटीक माप करना कोई आसान काम नहीं है।

बहुपरत कैमरा

हाल ही में, उच्च-गुणवत्ता माप के नए अवसर मल्टीलेयर कैडमियम-टेलुराइड कॉम्पटन कैमरा डिज़ाइन से आए हैं जिसे पहली बार विकसित किया गया था तादायुकी ताकाहाशी और टोक्यो विश्वविद्यालय में सहकर्मी।

कॉम्पटन कैमरे में सामग्री की कम से कम दो परतें होती हैं जो गामा किरणों के साथ संपर्क करती हैं और उनका पता लगाती हैं। यह प्रक्रिया पहली परत से गामा-किरण फोटॉन इनलैस्टिकली (कॉम्पटन) के बिखरने से शुरू होती है। फिर फोटॉन को दूसरी परत द्वारा अवशोषित कर लिया जाता है। इन दोनों घटनाओं का पता लगाने से स्थिति की जानकारी का उपयोग करके, घटना गामा किरण के स्रोत का पता अंतरिक्ष में एक सर्कल में लगाया जा सकता है। ऐसी कई अंतःक्रियाओं को मापकर, गामा किरणों की किरण के स्रोत को वृत्तों के प्रतिच्छेदन पर इंगित किया जा सकता है। परिणामस्वरूप, कॉम्पटन कैमरों ने गामा-किरण खगोल विज्ञान में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाई है।

दरअसल, ताकाहाशी का डिज़ाइन पहली बार जापान के हिटोमी मिशन पर उपयोग के लिए विकसित किया गया था, जो 2016 में लॉन्च किया गया एक दुर्भाग्यपूर्ण अंतरिक्ष दूरबीन था। हालांकि, गो बताते हैं कि "इस प्रकार के डिटेक्टर को तब से व्यापक क्षेत्रों में लागू किया गया है। इसके अनुप्रयोगों में जापान में परमाणु ऊर्जा संयंत्र दुर्घटना के बाद जारी रेडियोधर्मी सामग्रियों का पता लगाने से लेकर परमाणु चिकित्सा में बहु-जांच ट्रैकर के रूप में काम करना शामिल है।

ध्रुवीकरण पर निर्भर

अब, गो की टीम ने परमाणु स्पेक्ट्रोस्कोपी प्रयोग में ताकाहाशी के कॉम्पटन कैमरे का उपयोग किया है जिसने गामा किरणों के ध्रुवीकरण को मापा है। उनकी तकनीक इस तथ्य का लाभ उठाती है कि एक फोटॉन के एक विशेष कोण पर बिखरे हुए कॉम्पटन होने की संभावना उसके ध्रुवीकरण पर निर्भर करती है। इसका मतलब यह है कि किसी ज्ञात स्थान पर किसी स्रोत से निकलने वाली गामा-किरण किरण के ध्रुवीकरण को निर्धारित करने के लिए कॉम्पटन कैमरे का उपयोग किया जा सकता है।

गो कहते हैं, "यह दृष्टिकोण उत्तेजित नाभिक से गामा-किरणों के रैखिक ध्रुवीकरण के बारे में बहुमूल्य जानकारी प्रदान करता है।"

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प्रयोग में, शोधकर्ताओं ने लोहे की एक पतली पन्नी पर प्रोटॉन की एक किरण दागी। इनमें से कुछ प्रोटॉन लौह-56 नाभिक से बिखर जाते हैं - नाभिक को उत्तेजित अवस्था में डाल देते हैं जो गामा-किरण फोटॉन के उत्सर्जन से क्षय हो जाता है। इस प्रमाण-सिद्धांत प्रयोग में, इस परमाणु संक्रमण को चुना गया क्योंकि गामा किरणें एक प्रसिद्ध ध्रुवीकरण के साथ उत्सर्जित होती हैं।

गो और सहकर्मियों की खुशी के लिए, उनके कॉम्पटन कैमरे द्वारा मापा गया फोटॉन ध्रुवीकरण ज्ञात मूल्य से काफी मेल खाता है। अपनी नई प्रायोगिक तकनीक का सफलतापूर्वक प्रदर्शन करने के बाद, गो की टीम को उम्मीद है कि कैमरे को जल्द ही अत्याधुनिक परमाणु स्पेक्ट्रोस्कोपी प्रयोगों में अधिक व्यापक रूप से लागू किया जा सकता है।

गो बताते हैं, "हमारे निष्कर्षों में उल्लेखनीय रूप से उच्च संवेदनशीलता और कुशल पहचान दक्षता शामिल है।" उनका कहना है कि यह दुर्लभ रेडियोधर्मी नाभिकों के अध्ययन के लिए बहुत उपयोगी होगा, जिसमें बहुत कम संख्या में फोटॉन का पता लगाना शामिल है।

में अनुसंधान वर्णित है वैज्ञानिक रिपोर्ट.