كاشفات تتبع الحفر
عندما يتباطأ الجسيم المشحون ويتوقف في مادة صلبة ، فإن الطاقة التي ترسبها على طول مسارها يمكن أن تسبب تلفًا دائمًا في المادة. من الصعب ملاحظة دليل مباشر على هذا الضرر المحلي ، حتى في ظل الفحص المجهري الدقيق. ومع ذلك ، في بعض المواد العازلة ، يمكن الكشف عن وجود المسار التالف من خلال النقش الكيميائي (التآكل) لسطح المواد باستخدام محلول حمض أو قاعدة. إذا قامت الجسيمات المشحونة بإشعاع السطح في وقت ما في الماضي ، فإن كل منها يترك ممرًا من المواد التالفة التي تبدأ عند السطح وتمتد إلى عمق يساوي نطاق الجسيم. في المواد المفضلة ، يكون معدل النقش الكيميائي على طول هذا المسار أعلى من معدل النقش على السطح غير التالف. لذلك ، مع تقدم النقش ، يتم تشكيل حفرة في موضع كل مسار. في غضون بضع ساعات ، يمكن أن تصبح هذه الحفر كبيرة بما يكفي بحيث يمكن رؤيتها مباشرة تحت مجهر منخفض الطاقة. إن قياس عدد هذه الحفر لكل وحدة مساحة هو قياس تدفق الجسيمات التي تعرض لها السطح.
هناك حد أدنى من كثافة الضرر على طول المسار المطلوب قبل أن يكون معدل الحفر كافياً لإنشاء حفرة. نظرًا لأن كثافة الضرر ترتبط بـ dE / dx للجسيم ، فهي أعلى نسبة للجسيمات المشحونة الثقيلة. في أي مادة معينة ، يلزم وجود حد أدنى معين للقيمة dE / dx قبل ظهور الحفر. على سبيل المثال ، في الميكا المعدنية ، تتم ملاحظة الحفر فقط من الأيونات الثقيلة النشطة التي تبلغ كتلتها 10 أو 20 وحدة كتلة ذرية أو أكبر. تكون العديد من المواد البلاستيكية الشائعة أكثر حساسية وستطور حفر حفر للأيونات منخفضة الكتلة مثل الهليوم (جسيمات ألفا). ستطور بعض المواد البلاستيكية الحساسة بشكل خاص مثل نترات السليلوز حفرًا حتى بالنسبة للبروتونات ، وهي الأقل ضررًا للجسيمات المشحونة الثقيلة. لم يتم العثور على مواد من شأنها أن تنتج حفر لمسارات منخفضة dE / dx للإلكترونات السريعة. يجعل سلوك العتبة هذا الكاشفات غير حساسة تمامًا لجزيئات بيتا وأشعة جاما. يمكن استغلال هذه المناعة في بعض التطبيقات حيث يتم تسجيل تدفقات ضعيفة من الجسيمات المشحونة الثقيلة في وجود خلفية أكثر كثافة لأشعة جاما. على سبيل المثال ، يتم إجراء العديد من القياسات البيئية لجسيمات ألفا التي ينتجها اضمحلال غاز الرادون ومنتجاته الفرعية باستخدام فيلم حفر مسار البلاستيك. تهيمن خلفية أشعة جاما الموجودة في كل مكان على استجابة العديد من الأنواع الأخرى من أجهزة الكشف في ظل هذه الظروف. في بعض المواد ، ثبت أن مسار الضرر يبقى في المادة لفترات غير محددة ، ويمكن حفر الحفر بعد سنوات عديدة من التعرض. ومع ذلك ، قد تتأثر خصائص النقش بالتعرض لدرجات الحرارة العالية والخفيفة ، لذلك يجب توخي الحذر في التخزين المطول للعينات المكشوفة لمنع تلاشي مسارات الضرر.
تم تطوير طرق آلية لقياس كثافة حفرة الحفر باستخدام مراحل المجهر مقرونة بأجهزة الكمبيوتر مع برنامج التحليل البصري المناسب. هذه الأنظمة قادرة إلى حد ما على التمييز ضد "التحف" مثل الخدوش على سطح العينة ويمكن أن توفر قياسًا دقيقًا بشكل معقول لعدد المسارات لكل وحدة مساحة. تتضمن تقنية أخرى أغشية بلاستيكية رقيقة نسبيًا ، حيث يتم حفر المسارات تمامًا من خلال الفيلم لتشكيل ثقوب صغيرة. يمكن بعد ذلك حساب هذه الثقوب تلقائيًا بتمرير الفيلم ببطء بين مجموعة من أقطاب الجهد العالي والشرر الإلكتروني الذي يحدث أثناء مرور الثقب.
رقائق تنشيط النيوترون
بالنسبة للطاقات الإشعاعية للعديد من MeV والأدنى ، لا تحفز الجسيمات المشحونة والإلكترونات السريعة التفاعلات النووية في المواد الممتصة. كما أن أشعة جاما التي تحتوي على طاقة أقل من عدد قليل من MeV لا تثير تفاعلات بسهولة مع النوى. لذلك ، عندما يتم قصف أي مادة تقريبًا بهذه الأشكال من الإشعاع ، تظل النوى غير متأثرة ولا يتم إحداث أي نشاط إشعاعي في المادة المشعة.
من بين الأشكال الشائعة للإشعاع ، النيوترونات هي استثناء لهذا السلوك العام. ولأنها لا تحمل أي شحنة ، فإن النيوترونات ذات الطاقة المنخفضة يمكن أن تتفاعل بسهولة مع النوى وتحفز مجموعة واسعة من التفاعلات النووية. تؤدي العديد من هذه التفاعلات إلى منتجات مشعة يمكن قياس وجودها لاحقًا باستخدام أجهزة الكشف التقليدية لاستشعار الإشعاعات المنبعثة في اضمحلالها. على سبيل المثال ، تمتص أنواع عديدة من النوى النيوترون لإنتاج نواة مشعة. خلال الوقت الذي تتعرض فيه عينة من هذه المادة للنيوترونات ، يتراكم عدد من النوى المشعة. عندما تتم إزالة العينة من التعرض للنيوترونات ، فسوف يتحلل السكان مع نصف عمر معين. غالبًا ما تنبعث بعض أنواع الإشعاع في هذا الاضمحلال ، وغالبًا ما تكون جزيئات بيتا أو أشعة جاما أو كليهما ، والتي يمكن بعد ذلك حسابها باستخدام إحدى طرق الكشف النشطة الموضحة أدناه. لأنه يمكن أن يكون مرتبطًا بمستوى النشاط الإشعاعي المستحث ، يمكن استنتاج شدة التدفق النيوتروني الذي تعرضت له العينة من قياس النشاط الإشعاعي هذا. من أجل إحداث نشاط إشعاعي كافٍ للسماح بقياس دقيق بشكل معقول ، يلزم وجود تدفقات نيوترونية شديدة نسبيًا. لذلك ، كثيرا ما تستخدم رقائق التنشيط كتقنية لقياس حقول النيوترونات حول المفاعلات ، والمسرعات ، أو مصادر مكثفة أخرى من النيوترونات.
تُستخدم مواد مثل الفضة والإنديوم والذهب بشكل شائع لقياس النيوترونات البطيئة ، في حين أن الحديد والمغنيسيوم والألمنيوم هي خيارات ممكنة للقياسات النيوترونية السريعة. في هذه الحالات ، يكون نصف عمر النشاط المستحث في حدود بضع دقائق خلال أيام قليلة. من أجل تكوين مجموعة من النوى المشعة تقترب من الحد الأقصى الممكن ، يجب أن تكون نصف عمر النشاط الإشعاعي المستحث أقصر من وقت التعرض لتدفق النيوترونات. في الوقت نفسه ، يجب أن يكون عمر النصف طويلًا بما يكفي للسماح بالعد المناسب للنشاط الإشعاعي بمجرد إزالة العينة من المجال النيوتروني.
