مُوَجِّه

مثال على مُجمِّع الجسيمات

الموجه هو جهاز يعمل على تضييق حزمة من الجسيمات أو الموجات. ويمكن أن يعني "التضييق" إما جعل اتجاهات الحركة أكثر اصطفافًا في اتجاه محدد (أي إنتاج ضوء متوازي أو أشعة متوازية )، أو جعل المقطع العرضي المكاني للحزمة أصغر ( جهاز تحديد الحزمة ).

تاريخ

كان الفيزيائي الإنجليزي هنري كاتر مخترع جهاز التوجيه العائم ، الذي قدم خدمة جليلة لعلم الفلك التطبيقي. وقد نشر تقريراً عن اختراعه في يناير 1825. [ 1 ] وفي تقريره، أشار كاتر إلى أعمال سابقة في هذا المجال قام بها كارل فريدريش جاوس وفريدريش بيسل .

مجمعات ضوئية

مثال على مجمع ضوئي مزود ببصلة وفتحة (A) وعدسة محدبة مستوية (L)

في علم البصريات ، قد يتكون المجمّع الضوئي من مرآة أو عدسة منحنية مع نوع من مصادر الضوء و/أو صورة في بؤرتها . ويمكن استخدامه لتكرار هدف مركز على اللانهاية مع اختلاف منظر ضئيل أو معدوم .

في مجال الإضاءة ، يتم تصميم الموازيات عادةً باستخدام مبادئ البصريات غير التصويرية . [ 2 ]

يمكن استخدام أجهزة المحاذاة البصرية لمعايرة الأجهزة البصرية الأخرى، [ 3 ] وللتحقق من محاذاة جميع العناصر على المحور البصري ، ولضبط العناصر في البؤرة الصحيحة، أو لمحاذاة جهازين أو أكثر مثل المناظير أو فوهات البنادق وأجهزة التصويب . [ 4 ] ويمكن محاذاة كاميرا المسح عن طريق ضبط علاماتها المرجعية بحيث تحدد النقطة الرئيسية، كما هو الحال في التصوير المساحي .

تُستخدم مُجمِّعات الضوء البصرية أيضًا كأجهزة تصويب في منظار التصويب ، وهو عبارة عن مُجمِّع ضوء بصري بسيط مزود بشبكة تصويب أو شعيرات متقاطعة في بؤرته. لا يرى المستخدم سوى صورة شبكة التصويب. ويتعين عليه استخدامه إما بكلتا عينيه مفتوحتين مع توجيه إحداهما نحو منظار التصويب، أو بعين واحدة مفتوحة مع تحريك الرأس للتناوب بين رؤية المنظار والهدف، أو بعين واحدة لرؤية المنظار والهدف جزئيًا في الوقت نفسه. [ 5 ] يُتيح إضافة مُقسِّم شعاع للمستخدم رؤية شبكة التصويب ومجال الرؤية ، مما يُنتج منظارًا عاكسًا .

يمكن استخدام الموازيات مع ثنائيات الليزر وليزر القطع بثاني أكسيد الكربون . ويمكن التحقق من التوازي الصحيح لمصدر الليزر ذي طول التماسك الكافي باستخدام مقياس التداخل القصي .

مجمعات الأشعة السينية وأشعة جاما والنيوترونات

أجهزة التجميع المستخدمة لتسجيل أشعة جاما والنيوترونات الناتجة عن التجارب النووية.

في مجال بصريات الأشعة السينية ، وبصريات أشعة غاما ، وبصريات النيوترونات ، يُعدّ المجمّع الضوئي جهازًا يُرشّح حزمة الأشعة بحيث لا تسمح إلا بمرور تلك التي تسير بالتوازي مع اتجاه مُحدّد. تُستخدم المجمّعات الضوئية في تصوير الأشعة السينية، وأشعة غاما، والنيوترونات، لصعوبة تركيز هذه الأنواع من الإشعاع في صورة باستخدام العدسات، كما هو الحال مع الإشعاع الكهرومغناطيسي عند الأطوال الموجية الضوئية أو شبه الضوئية. كما تُستخدم المجمّعات الضوئية في كواشف الإشعاع في محطات الطاقة النووية لجعلها حساسة للاتجاه.

التطبيقات

كيف يقوم جهاز سولر لتصفية حزمة الأشعة. أعلى: بدون جهاز تصفية. أسفل: مع جهاز تصفية.

يوضح الشكل على اليمين كيفية استخدام مُجمِّع الأشعة من نوع سولر في أجهزة النيوترونات والأشعة السينية. يُظهر الجزء العلوي حالة عدم استخدام مُجمِّع الأشعة، بينما يُظهر الجزء السفلي استخدامه. في كلا الجزأين، يقع مصدر الإشعاع على اليمين، وتُسجَّل الصورة على اللوحة الرمادية الموجودة على يسار الجزأين.

بدون استخدام مُجمِّع الأشعة، ستُسجَّل الأشعة القادمة من جميع الاتجاهات؛ فعلى سبيل المثال، قد يُسجَّل شعاعٌ مرّ عبر الجزء العلوي من العينة (إلى يمين الرسم التوضيحي) ولكنه يسير في اتجاهٍ هابط، في أسفل اللوحة. وستكون الصورة الناتجة ضبابية وغير واضحة لدرجة تجعلها عديمة الفائدة.

في الجزء السفلي من الشكل، أُضيف مُجمِّع أشعة (الأشرطة الزرقاء). قد يكون هذا المُجمِّع صفيحة من الرصاص أو أي مادة أخرى معتمة للإشعاع الوارد، مثقوبة بثقوب صغيرة عديدة. أما في حالة النيوترونات، فقد يكون ترتيبًا شطيريًا (يصل طوله إلى عدة أقدام؛ انظر ENGIN-X ) يتكون من طبقات متعددة تتناوب بين مادة ماصة للنيوترونات (مثل الغادولينيوم ) ومادة ناقلة لها. يمكن أن تكون هذه المادة بسيطة، كالهواء؛ أو، إذا لزم الأمر، يمكن استخدام مادة كالألومنيوم لزيادة المتانة الميكانيكية. إذا كان هذا الترتيب الشطيري جزءًا من مجموعة دوارة، فقد يكون مُقوَّسًا. يسمح هذا بانتقاء الطاقة بالإضافة إلى تجميع الأشعة؛ إذ يُوفِّر انحناء المُجمِّع ودورانه مسارًا مستقيمًا لطاقة واحدة فقط من النيوترونات. تمر الأشعة التي تسير بشكل شبه موازٍ للثقوب فقط، بينما تُمتص الأشعة الأخرى عند اصطدامها بسطح الصفيحة أو جانب أحد الثقوب. يضمن هذا تسجيل الأشعة في موضعها الصحيح على الصفيحة، مما يُنتج صورة واضحة.

في التصوير الإشعاعي الصناعي باستخدام مصادر أشعة غاما مثل الإيريديوم-192 أو الكوبالت-60 ، يسمح المِصَفِّي (جهاز تحديد الشعاع) لفني الأشعة بالتحكم في كمية الإشعاع اللازمة لتعريض الفيلم وإنشاء صورة شعاعية، وذلك لفحص المواد بحثًا عن العيوب. يُصنع المِصَفِّي في هذه الحالة غالبًا من التنجستن ، ويُصنَّف وفقًا لعدد طبقات نصف القيمة التي يحتويها، أي عدد المرات التي يُخفِّض فيها الإشعاع غير المرغوب فيه إلى النصف. على سبيل المثال، تُخفِّض الجدران الرقيقة على جانبي مِصَفِّي التنجستن ذي 4 طبقات نصف قيمة، بسماكة 13 مم (0.52 بوصة) ، شدة الإشعاع المار عبرها بنسبة 88.5%. يسمح شكل هذه المِصَفِّيات للإشعاع المنبعث بالانتقال بحرية نحو العينة وفيلم الأشعة السينية، مع حجب معظم الإشعاع المنبعث في اتجاهات غير مرغوب فيها، مثل تلك المتجهة نحو العمال.  

القيود

مُجمِّع لتيار النيوترونات ، سيكلوترون جامعة واشنطن

على الرغم من أن الموازيات تُحسّن الدقة ، إلا أنها تُقلل من شدة الإشعاع عن طريق حجب الإشعاع الوارد، وهو أمر غير مرغوب فيه لأجهزة الاستشعار عن بُعد التي تتطلب حساسية عالية. لهذا السبب، فإن مطياف أشعة غاما الموجود على متن مركبة مارس أوديسي غير مزود بموازاة. تسمح معظم الموازيات الرصاصية بمرور أقل من 1% من الفوتونات الساقطة. وقد بُذلت محاولات لاستبدال الموازيات بالتحليل الإلكتروني.

في العلاج الإشعاعي

تُستخدم أجهزة تحديد الحزمة (أجهزة تحديد حجم الحزمة) في المعجلات الخطية المستخدمة في علاجات العلاج الإشعاعي . فهي تساعد على تشكيل حزمة الإشعاع الخارجة من الجهاز ويمكنها الحد من أقصى حجم لحقل الحزمة.

يتكون رأس المعالجة في المعجل الخطي من مُصَفِّفٍ أولي ومُصَفِّفٍ ثانوي. يُوضَع المُصَفِّف الأولي بعد أن يصل شعاع الإلكترونات إلى الوضع الرأسي. عند استخدام الفوتونات، يُوضَع بعد مرور الشعاع عبر هدف الأشعة السينية. يُوضَع المُصَفِّف الثانوي بعد مرشح تسوية (للعلاج الفوتوني) أو رقاقة تشتيت (للعلاج الإلكتروني). يتكون المُصَفِّف الثانوي من فكين يمكن تحريكهما لتكبير أو تصغير حجم حقل العلاج.

تُستخدم أنظمة جديدة تعتمد على مُصَفِّفات متعددة الأوراق (MLCs) لتشكيل حزمة شعاعية بدقة أكبر بهدف تحديد مواقع حقول العلاج في العلاج الإشعاعي. تتكون هذه المُصَفِّفات من حوالي 50 إلى 120 ورقة من صفائح معدنية ثقيلة تنزلق في مكانها لتشكيل شكل الحقل المطلوب.

حساب الدقة المكانية

لإيجاد الدقة المكانية لمجمع ثقوب متوازية بطول ثقب معين،ل{\displaystyle l}قطر الثقبد{\displaystyle D}والمسافة إلى الجسم المصورs{\displaystyle s}يمكن استخدام الصيغة التالية Rمُجمِّع الأشعة=د+دsلفعال{\displaystyle R_{\text{collimator}}=D+{\frac {Ds}{l_{\text{effective}}}}} حيث يُعرَّف الطول الفعال على النحو التالي: لفعال=ل-2μ{\displaystyle l_{\text{effective}}=l-{\frac {2}{\mu }}} أينμ{\displaystyle \mu }هو معامل التوهين الخطي للمادة التي صنع منها الموجه.

انظر أيضاً

مراجع