מצלמת קומפטון מודדת קיטוב של קרני גמא בניסוי בפיסיקה גרעינית - עולם הפיזיקה

מצלמת קומפטון שימשה למדידת הקיטוב של קרני גמא בניסוי בפיסיקה גרעינית. זה נעשה על ידי צוות בראשות שינטארו גו באשכול RIKEN למחקר חלוצי של יפן. הם אומרים שהגישה החדשה שלהם יכולה לעזור לפיזיקאים לחקור את המבנה של גרעיני אטום בפירוט הרבה יותר טוב.

גרעינים אטומיים מכילים פרוטונים וניטרונים המחוברים יחדיו על ידי הכוח החזק. בדומה לאלקטרונים באטום או מולקולה, הפרוטונים והנייטרונים הללו יכולים להתקיים במספר מצבי אנרגיה שונים - הקשורים לעתים קרובות לצורות שונות של הגרעין. מעברים בין מצבים אלה כרוכים לעתים קרובות בפליטת פוטונים של קרני גמא וחקר הפוטונים הללו מספק מידע חשוב על המבנה הפנימי של הגרעינים - דיסציפלינה הנקראת ספקטרוסקופיה גרעינית.

מחקרים אלה כוללים קביעת הספין והשוויון של הגרעינים, דבר שניתן לעשות על ידי מדידת הקיטוב של קרני הגמא הנפלטות. עם זאת, ביצוע מדידות מדויקות של קיטוב קרני גמא אינה משימה קלה.

מצלמה רב שכבתית

לאחרונה, הזדמנויות חדשות למדידות באיכות גבוהה הגיעו מעיצוב מצלמת קדמיום-טלורייד קומפטון רב-שכבתית שפותחה לראשונה על ידי טדאיוקי טקהאשי ועמיתים באוניברסיטת טוקיו.

מצלמת קומפטון כוללת לפחות שתי שכבות של חומר המתקשרות עם קרני גמא ומזהות אותן. התהליך מתחיל בפיזור של פוטון קרני גמא באופן לא גמיש (Compton) מהשכבה הראשונה. לאחר מכן הפוטון נספג בשכבה השנייה. על ידי שימוש במידע מיקום מזיהוי שני האירועים הללו, ניתן לאתר את מקור קרני הגמא המתרחשות למעגל בחלל. על ידי מדידת אינטראקציות רבות כאלה, ניתן לאתר את מקורה של אלומת קרני גמא לצומת המעגלים. כתוצאה מכך, מצלמות קומפטון מילאו תפקיד חשוב באסטרונומיה של קרני גמא.

ואכן, העיצוב של Takahashi פותח לראשונה לשימוש במשימת Hitomi של יפן, שהייתה טלסקופ חלל לא מוצלח ששוגר בשנת 2016. עם זאת, Go מציין כי "גלאי מסוג זה יושם מאז במגוון רחב של תחומים. היישומים שלו נעים מאיתור חומרים רדיואקטיביים ששוחררו לאחר תאונת תחנת הכוח הגרעינית ביפן, ועד לשמש כגשש מרובה בדיקות ברפואה גרעינית".

תלוי בקיטוב

כעת, הצוות של Go השתמש במצלמת Compton של Takahashi בניסוי ספקטרוסקופיה גרעינית שמדד את הקיטוב של קרני גמא. הטכניקה שלהם מנצלת את העובדה שההסתברות שפוטון הוא קומפטון מפוזר בזווית מסוימת תלויה בקיטוב שלו. המשמעות היא שניתן להשתמש במצלמת קומפטון כדי לקבוע את הקיטוב של קרן גמא שמקורה במקור במיקום ידוע.

"גישה זו מספקת מידע רב ערך על הקיטוב הליניארי של קרני גמא מגרעינים נרגשים", אומר גו.

בניסוי, החוקרים ירו קרן של פרוטונים לעבר נייר כסף דק של ברזל. חלק מהפרוטונים הללו מתפזרים מגרעיני ברזל-56 - מכניסים את הגרעינים למצב נרגש שמתפרק על ידי פליטת פוטון קרני גמא. בניסוי הוכחת העיקרון הזה, המעבר הגרעיני הזה נבחר מכיוון שקרני הגמא נפלטות בקיטוב ידוע.

לשמחתם של Go ועמיתיו, קיטוב הפוטונים שנמדד על ידי מצלמת Compton שלהם תאם מאוד את הערך הידוע. לאחר שהדגימו בהצלחה את הטכניקה הניסויית החדשה שלהם, הצוות של Go מקווה שבקרוב ניתן יהיה ליישם את המצלמה בצורה רחבה יותר בניסויי ספקטרוסקופיה גרעיניים מתקדמים.

"הממצאים שלנו כוללים רגישות גבוהה להפליא ויעילות זיהוי יעילה", מתאר גו. הוא אומר שזה יהיה שימושי מאוד לחקר גרעינים רדיואקטיביים נדירים, הכוללים זיהוי מספר קטן מאוד של פוטונים.

המחקר מתואר ב דוחות מדעיים.

• הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. העצים את עצמך. גישה כאן.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. הידע מוגבר. גישה כאן.
• PlatoESG. פחמן, קלינטק, אנרגיה, סביבה, שמש, ניהול פסולת. גישה כאן.
• PlatoHealth. מודיעין ביוטכנולוגיה וניסויים קליניים. גישה כאן.
• מקור: https://physicsworld.com/a/compton-camera-measures-gamma-ray-polarization-in-nuclear-physics-experiment/