موضوعات اصلي
آشکار سازی ذرات عبارت است از فرآیندی که در آن خصوصیاتی مانند جرم، انرژی، بار الکتریکی، مسیر حرکت و ... و در مجموع نوع یک ذره حامل انرژی که در واکنش های هسته‌ای بوجود می آید، توسط دستگاهی(اغلب آشکار ساز) تعیین می شود. فرآیند آشکار سازی متشکل از یک دستگاه آشکار ساز است که بسته به نوع ذره تابشی و آشکار سازی خصیصه‌ای از ذره، نوع دستگاه فرق می کند. سهم عمده در آشکار سازی ذره توسط ماده‌ای متناسب با ذره تابشی در دستگاه آشکار ساز انجام می شود که عبارت است از برهمکنش ذره باردار حامل انرژی با الکترون های مداری ماده آشکار سازی که این برهمکنش توسط مدارهای الکترونیکی آشکار ساز، به یک پالس الکتریکی تبدیل می شود.
ذرات تابشی
واپاشی هسته‌ای یک فرآیند خودبخودی است، یعنی سیستم بطور خود به خودی، از حالتی به حالتی دیگر تغییر می کند. پایستگی انرژی ایجاب می کند که انرژی حالت نهایی پایین تر از حالت اولیه باشد. این اختلاف انرژی به طریقی به خارج سیستم فرستاده می شود. در تمام این موارد، این امر با گسیل ذرات حامل انرژی بدست می آید که این ذرات یک یا ترکیبی از گسیل الکترو مغناطیسی، گسیل بتا و گسیل نوکلئون است که کلا می توان ذرات تابشی را به دو بخش، ذرات تابشی باردار حامل انرژی و ذرات بی بار حامل انرژی، تقسیم بندی کرد.
ذرات تابشی باردار حامل انرژی
روش های کلی آشکار کردن ذرات باردار حامل انرژی
سه روش اساسی برای آشکار کردن ذرات باردار تابشی با استفاده از یونش وجود دارد:
بار الکتریکی ذرات باردار حامل انرژی سهم مهمی در آشکار سازی ذره دارد. وقتی ذره تابشی از کنار اتم ها عبور می کند، به علت باردار بودن، بر الکترون های مداری نیروی الکتریکی وارد می کند. در این برهمکنش انرژی مبادله می شود که باعث کند شدن حرکت ذره تابشی و کنده شدن الکترون ها از مدارشان می شود. این الکترون های جدا شده از مدار اساس بسیاری از روش های آشکار سازی ذرات تابشی و اندازه گیری جرم، بار، انرژی و ... آن ها است. 
یونش را می توان قابل روئیت کرد، بطوری که رد ذرات را بتوان دید و یا عکسبرداری کرد. وقتی که زوج الکترون _ یون دوباره ترکیب می شوند، نور گسیل شده را با یک دستگاه حساس به نور می توان آشکار سازی کرد. با استفاده از یک میدان الکتریکی می‌توان الکترون ها و یون ها را جمع آوری کرد و از این طریق یک علامت الکتریکی تولید کرد. : شبکه رشد
ذرات تابشی بی بار حامل انرژی
در آشکار سازی ذرات باردار حامل انرژی، بار ذره عامل مهمی در آشکار سازی ذره بود ولی نوترون ها و فوتون ها(در ناحیه پرتوهای ایکس و گاما) فاقد بار هستند، لذا روش هایی که برای آشکار سازی آن ها بکار رفته، کمتر از ذرات باردار است. احتمال برهمکنش نوترون ها یا پرتوهای ایکس و گاما با اتم یا هسته آن به صورت سطح مقطع کل بیان می شود.
فوتون ها(در ناحیه پرتوهای ایکس و گاما): پرتوهای ایکس و گاما با الکترون های مداری ماده از طریق سه برهمکنش شناخته شده، یعنی اثر فوتوالکتریک، پراکندگی کامپتون و تولید زوج الکترون _ پوزیترون برهمکنش می کنند. برای پرتوهای ایکس و گاما سطح مقطع کل با مجموع سطح مقطع های سه برهمکنش اساسی یاد شده در بالا برابر است.
نوترون ها: نوترون ها می توانند پراکنده شوند و یا واکنش های هسته‌ای ایجاد کنند که بسیاری از این واکنش ها منجر به گسیل ذرات باردار حامل انرژی می شود. تمام روش های آشکار سازی نوترون ها در نهایت به آشکار سازی ذرات باردار منجر می شود که بعد از تابش نوترون به یک ماده خاص ذره باردار تابش می شود. برای نوترون سطح مقطع کل با مجموع سطح مقطع های واکنش و پراکندگی برابر می باشد.
اصول کار دستگاه های آشکار ساز
اصول کار اغلب دستگاه های آشکار ساز مشابه است. تابش وارد آشکار ساز می شود، با اتم های ماده آشکار ساز برهمکنش می کند(اثر تابش بر ماده) و ذره ورودی بخشی از انرژی خود را صرف جداسازی الکترون های کم‌انرژی ماده آشکار ساز از مدارهای اتمی خود می‌کند. این الکترون ها و یونش ایجاد شده جمع آوری می شود و توسط یک مدار الکترونیکی برای تحلیل به صورت یک تپ ولتاژ یا جریان در می‌آید.
خصوصیات مواد آشکار ساز بکار رفته در آشکار سازها
ماده مناسب برای آشکار سازی هر ذره بستگی به نوع ذره تابشی دارد. برای تعیین انرژی تابشی بایستی تعداد الکترون های آزاد شده از ماده زیاد باشد. برای تعیین زمان گسیل تابش باید ماده‌ای را انتخاب کنیم که در آن الکترون ها به سرعت تبدیل به تپ شوند. برای تعیین نوع ذره باید ماده‌ای انتخاب شود که جرم و بار ذره اثر مشخصی بر روی ماده داشته باشد. اگر بخواهیم مسیر ذره تابشی را دنبال کنیم، باید ماده آشکار ساز نسبت به محل ورود ذره تابشی حساس باشد.
انواع آشکار سازها
اتاقک ابر
اتاقک ابر متشکل از محفظه‌ای از هوا و بخار آب به حالت اشباع است. در اطراف یون های تشکیل شده از تابش ذرات باردار حامل انرژی، قطره‌های آب تشکیل می شود که با نوردهی مناسب می توان مسیر حرکت ذره را دید یا عکسبردای کرد.
اتاقک حبابی
اتاقک حباب متشکل از محفظه‌ای از مایع فوق گرم است. در اتاقک حباب وقتی به طرز ناگهانی از فشار کاسته می شود، مایع شروع به جوشیدن می کند. حباب ها بر روی یون هایی که در مسیر ذرات باردار تابشی پرانرژی قرار دارند، تشکیل می شوند که می توان آن ها را روئیت کرد یا از آن ها عکسبرداری کرد.
اتاقک جرقه‌ای
اتاقک جرقه متشکل از دو صفحه یا دو سیم موازی است که ولتاژ قوی میان هر جفت از صفحه‌ها برقرار است. در مواقعی که جرقه های قوی بین دو صفحه زده می شود که به احتمال قوی جرقه ها در همان مسیر حرکت ذره باردار حامل انرژی است که در گاز مربوطه یونش ایجاد کرده است که می توان آن را دید یا عکسبرداری کرد.
امولسیون عکاسی
در مسیر ذرات تابشی باردار حامل انرژی دانه های هالوژنه نقره تشکیل می شود که می توان آن را پس از ظهور فیلم عکاسی روئیت کرد.
آشکار ساز سوسوزن(سینتیلاسیون)
در یک بلور جسم جامد، برهمکنش ذره باردار پرانرژی با الکترون های مداری باعث کنده شدن آن ها می شود. الکترون کنده شده وقتی در تهیجا(مدار الکترونی فاقد الکترون) می افتد، نور گسیل می کند. اگر بلور به این نور شفاف باشد، عبور ذره باردار حامل انرژی با سینتیلاسیون یا سوسوزنی نور گسیل شده از بلور علامت داده می شود که این علامت نوری توسط اثر فتوالکتریک به یک تپ الکتریکی تبدیل می شود.
آشکار ساز گازی
در آشکار ساز گازی ذره باردار حامل انرژی در گاز پر شده میان دو الکترود فلزی تولید زوج الکترون _ یون می کند. میدان الکتریکی از برقراری ولتاژ حاصل می شود که این میدان باعث شتاب الکترون ها و یون ها به ترتیب به طرف الکترود مثبت و منفی می شود. چون در مسیر حرکت با اتم های دیگر برخورد می کنند، حرکت آن ها حرکت سوقی است.
آشکار سازهای حالت جامد یا نیم رسانا
این نوع آشکار سازها از یک اتصال p - n میان سیلیسیم یا ژرمانیوم نوع P و نوع n تشکیل یافته است. وقتی ولتاژی در خلاف جهت رسانش دیود اعمال می شود، ناحیه‌ای تهی از حامل های بار در پیوندگاه بوجود می آید. هنگامی که ذره باردار حامل انرژی در طول ناحیه تهی حرکت می کند، در نتیجه برهمکنش آن با الکترون های داخل بلور مسیر با زوج های الکترون _ حفره معین می شود. الکترون ها و حفره ها جمع می شوند و تپی الکتریکی در شمارش گر بوجود می‌آید.
طیف سنج های مغناطیسی
در طیف سنج های مغناطیسی از میدان مغناطیسی یکنواخت استفاده می کنند. اگر از یک منبع چند تابش مختلف داشته باشیم، وقتی ذرات باردار حامل انرژی تابشی وارد میدان مغناطیسی یکنواخت می شوند، مسیرهای دایره‌ای متفاوت می گیرند. از برخورد این مسیرهای دایره‌ای متفاوت با وسیله ثابتی مثلا فیلم عکاسی به تعداد ذرات باردار تابشی، تصویر تشکیل می شود.
آشکار ساز تلسکوپی
آشکار سازی تلسکوپی متشکل از دو یا چند شمارش گر است که در آن تابش به ترتیب از شمارش گرها عبور می کند. شمارش گرهای اولیه نازک هستند، بطوری که ذره نسبتی از انرژی خود را به آن ها می دهد، ولی در آخرین شمارش گر بطور کامل انرژی ذره جذب می شود. این شمارش گر بیشتر برای زمان سنجی استفاده می شوند.
شمارش گر تناسبی چندسیمی
این شمارش گر به عنوان آشکار سازی که نسبت به محل برهمکنش ذره حساس است، استفاده می شود.
قطب سنج ها
اغلب برای اندازه گیری قطبیدگی تابش استفاده می شود.
منبع
