كاشف الجسيمات

📅 آخر تحديث: ٢٨ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٨ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 3 صور
الموسوعة الحرة

في فيزياء الجسيمات التجريبية والتطبيقية ، والفيزياء النووية ، والهندسة النووية ، يُعد كاشف الجسيمات ، المعروف أيضًا بكاشف الإشعاع ، جهازًا يُستخدم للكشف عن الجسيمات المؤينة وتتبعها وتحديدها ، مثل تلك الناتجة عن التحلل النووي ، أو الإشعاع الكوني ، أو التفاعلات في مسرع الجسيمات . ويمكن لهذه الكواشف قياس طاقة الجسيم وخصائص أخرى مثل الزخم، والدوران، والشحنة، ونوع الجسيم، بالإضافة إلى مجرد رصد وجوده.

تشغيل كاشف الإشعاع النووي

يمكن تلخيص مبدأ تشغيل كاشف الإشعاع النووي على النحو التالي:

يكشف الكاشف عن الجسيمات أو الفوتونات عالية الطاقة، مثل أشعة ألفا وبيتا وجاما والنيوترونات ، من خلال تفاعلاتها مع ذرات مادة الكاشف. تُولّد هذه التفاعلات إشارة أولية، قد تشمل تأين الغاز، أو تكوين أزواج إلكترون-فجوة في أشباه الموصلات، أو انبعاث الضوء في المواد المتلألئة. ثم تُضخّم الإشارة الأولية وتُعالج بواسطة أنظمة إلكترونية. وأخيرًا، تُحلل النبضة الكهربائية الناتجة لتحديد خصائص الإشعاع، مثل طاقته ومعدل عدّه وتوزيعه الطيفي. [ 1 ]

أمثلة وأنواع

ملخص أنواع كاشفات الجسيمات

العديد من أجهزة الكشف التي تم اختراعها واستخدامها حتى الآن هي أجهزة كشف التأين (التي تعد أجهزة كشف التأين الغازية وأجهزة كشف أشباه الموصلات الأكثر شيوعًا) وأجهزة كشف الوميض ؛ ولكن تم أيضًا تطبيق مبادئ أخرى مختلفة تمامًا، مثل ضوء تشيرينكوف وإشعاع الانتقال.

تُصوّر غرف السحب الجسيمات من خلال إنشاء طبقة فائقة التشبع من البخار . وتُشكّل الجسيمات التي تمر عبر هذه المنطقة مسارات سحابية مشابهة لآثار تكثف البخار على الطائرات.
تسجيل غرفة الفقاعات في سيرن

أمثلة تاريخية

أجهزة الكشف عن الإشعاع

تُستخدم الأنواع التالية من كاشفات الجسيمات على نطاق واسع للحماية من الإشعاع، ويتم إنتاجها تجارياً بكميات كبيرة للاستخدام العام في المجالات النووية والطبية والبيئية.

المكشاف الكهربائي (عند استخدامه كمقياس جرعات محمول)

أجهزة الكشف الشائعة الاستخدام في فيزياء الجسيمات والفيزياء النووية

أجهزة الكشف الحديثة

تجمع أجهزة الكشف الحديثة في فيزياء الجسيمات العديد من العناصر المذكورة أعلاه في طبقات تشبه إلى حد كبير طبقات البصل .

أجهزة الكشف عن الجسيمات البحثية

تتميز أجهزة الكشف المصممة للمسرعات الحديثة بضخامتها وتكلفتها العالية. ويُستخدم مصطلح "العداد" غالبًا بدلًا من "الكاشف" عندما يقوم الكاشف بعدّ الجسيمات دون تحديد طاقتها أو تأينها. كما تستطيع كواشف الجسيمات عادةً تتبع الإشعاع المؤين ( الفوتونات عالية الطاقة أو حتى الضوء المرئي ). وإذا كان الغرض الرئيسي منها قياس الإشعاع، تُسمى كواشف إشعاع ، ولكن بما أن الفوتونات جسيمات أيضًا، فإن مصطلح "كاشف جسيمات" يظل صحيحًا.

عند مصادمات

قيد الإنشاء

بدون تصادمات

على متن المركبات الفضائية

النماذج النظرية لكاشفات الجسيمات

إلى جانب تطبيقاتها التجريبية، تُعدّ النماذج النظرية لكواشف الجسيمات ذات أهمية بالغة في الفيزياء النظرية. تتناول هذه النماذج أنظمة كمومية غير نسبية موضعية مقترنة بحقل كمومي. [ 2 ] سُمّيت هذه النماذج بكواشف الجسيمات لأنه عند قياس النظام الكمومي غير النسبي في حالة إثارة، يُمكن الادعاء باكتشاف جسيم. [ 3 ] [ 4 ] يعود أول ظهور لنماذج كواشف الجسيمات في الأدبيات العلمية إلى ثمانينيات القرن الماضي، حيث قدّم دبليو جي أونروه نموذج الجسيم في صندوق لاستكشاف حقل كمومي حول ثقب أسود. [ 3 ] بعد ذلك بوقت قصير، اقترح برايس ديويت تبسيطًا للنموذج، [ 5 ] مما أدى إلى ظهور نموذج كاشف أونروه-ديويت .

إلى جانب تطبيقاتها في الفيزياء النظرية، ترتبط نماذج كاشفات الجسيمات بمجالات تجريبية مثل البصريات الكمومية ، حيث يمكن استخدام الذرات ككواشف للمجال الكهرومغناطيسي الكمومي عبر تفاعل الضوء مع المادة . ومن الناحية المفاهيمية، تسمح كاشفات الجسيمات بتعريف مفهوم الجسيمات تعريفًا رسميًا دون الاعتماد على الحالات التقاربية أو تمثيلات نظرية المجال الكمومي. وكما يقول م. سكولي ، من وجهة نظر عملية، يمكن القول إن "الجسيم هو ما يكشفه كاشف الجسيمات" [ 6 ] ، وهو ما يُعرّف الجسيم في جوهره بأنه كشف إثارات المجال الكمومي.

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ كنول، جلين ف. (2010). الكشف عن الإشعاع وقياسه (الطبعة الرابعة  ). هوبوكين، نيوجيرسي: وايلي. ISBN 978-0-470-13148-0.
  2. ^ مارتن مارتينيز، إدواردو. مونتيرو، ميغيل. ديل ري ، ماركو (25/03/2013). "اكتشاف Wavepacket باستخدام نموذج Unruh-DeWitt" . المراجعة البدنية د . 87 (6) 064038. أرخايف : 1207.3248 . بيب كود : 2013PhRvD..87f4038M . دوى : 10.1103/PhysRevD.87.064038 . S2CID 19334396 . 
  3. 1 2 أونرو، دبليو جي (15 أغسطس 1976). "ملاحظات حول تبخر الثقوب السوداء" . مجلة Physical Review D. 14 ( 4): 870-892 . Bibcode : 1976PhRvD..14..870U . doi : 10.1103/PhysRevD.14.870 .
  4. ↑ أونرو، ويليام ج.؛ والد، روبرت م. (15 مارس 1984). "ماذا يحدث عندما يكتشف مراقب متسارع جسيم ريندل؟" . مجلة Physical Review D. 29 ( 6): 1047-1056 . Bibcode : 1984PhRvD..29.1047U . doi : 10.1103/PhysRevD.29.1047 .
  5. ↑ إيرفين، جيه إم (مايو 1980). "النسبية العامة - دراسة بمناسبة مرور مئة عام على اكتشاف أينشتاين". نشرة الفيزياء . 31 (4): 140. doi : 10.1088/0031-9112/31/4/029 . ISSN 0031-9112 . 
  6. ↑ سكولي، مارلان أو. (2009)، "إعادة النظر في معادلة شرودنغر المعتمدة على الزمن: مسارات البصريات الكمومية وماكسويل الكلاسيكية لمعادلة موجة شرودنغر"، في موغا، غونزالو؛ روشهاوبت، أندرياس؛ ديل كامبو، أدولفو (محررون)، الزمن في ميكانيكا الكم - المجلد 2 ، سلسلة محاضرات في الفيزياء، المجلد 789، برلين، هايدلبرغ: سبرينغر، الصفحات 15-24 ، doi : 10.1007/978-3-642-03174-8_2 ، ISBN   978-3-642-03174-8

للمزيد من القراءة

  • غروبن، سي. (28 يونيو - 10 يوليو 1999). "فيزياء كشف الجسيمات". وقائع مؤتمر معهد الفيزياء الأمريكي، الأجهزة في فيزياء الجسيمات الأولية، المجلد الثامن ، العدد  536. إسطنبول: دوردريخت، دار نشر دي. ريدل. الصفحات 3-34. arXiv : physics / 9906063 . doi : 10.1063/1.1361756 . 
  • فيههاوزر، جورج؛ وايدبيرغ، توني (2024). أجهزة الكشف في فيزياء الجسيمات: مقدمة حديثة . مطبعة سي آر سي. رقم ISBN 978-1-003-28767-4.