عداد الوميض

عداد الوميض هو أداة للكشف عن الإشعاع المؤين وقياسه باستخدام تأثير الإثارة للإشعاع الساقط على مادة متلألئة ، والكشف عن نبضات الضوء الناتجة.

يتكون من مادة وميضية تولد فوتونات استجابة للإشعاع الساقط، وكاشف ضوئي حساس (عادة ما يكون أنبوب مضاعف ضوئي (PMT)، أو كاميرا CCD ، أو ثنائي ضوئي )، والذي يحول الضوء إلى إشارة كهربائية، وإلكترونيات لمعالجة هذه الإشارة.

تُستخدم عدادات الوميض على نطاق واسع في الحماية من الإشعاع، وتحليل المواد المشعة، وأبحاث الفيزياء لأنها يمكن صنعها بتكلفة منخفضة مع كفاءة كمية جيدة ، ويمكنها قياس كل من شدة وطاقة الإشعاع الساقط.

اخترع السير صموئيل كوران أول عداد وميضي إلكتروني عام 1944 ^{[ 1 ] [ 2 ]} أثناء عمله في مشروع مانهاتن بجامعة كاليفورنيا في بيركلي . كانت هناك حاجة لقياس الإشعاع المنبعث من كميات صغيرة من اليورانيوم، وابتكر كوران استخدام أحد أنابيب المضاعف الضوئي عالية الحساسية المتوفرة حديثًا ، والتي صنعتها شركة راديو أمريكا، لحساب ومضات الضوء بدقة من مادة وميضية معرضة للإشعاع.

استند هذا إلى أعمال باحثين سابقين مثل أنطوان هنري بيكريل ، الذي اكتشف النشاط الإشعاعي أثناء عمله على فسفرة أملاح اليورانيوم عام 1896. سابقًا، كان لا بد من رصد أحداث الوميض يدويًا باستخدام مجهر سبينثاريسكوب (مجهر بسيط) لمراقبة ومضات الضوء في المادة الوميضية. صنع لايل إي. باكارد أول عداد وميض سائل تجاري وباعه لمستشفى أبحاث السرطان في أرجون بجامعة شيكاغو عام 1953. صُمم نموذج الإنتاج خصيصًا للتريتيوم والكربون -14 اللذين استُخدما في الدراسات الأيضية داخل الجسم الحي وخارجه . ^{[ 3 ]}

عندما يمر جسيم مؤين عبر مادة الوميض، تُثار الذرات على طول مسارها. بالنسبة للجسيمات المشحونة، يكون المسار هو مسار الجسيم نفسه. أما بالنسبة لأشعة غاما (غير المشحونة)، فتتحول طاقتها إلى إلكترون نشط عبر التأثير الكهروضوئي ، أو تشتت كومبتون ، أو إنتاج الأزواج .

تُنتج عملية إزالة الإثارة الذرية في الوميض عددًا كبيرًا من الفوتونات منخفضة الطاقة، عادةً ما تكون قريبة من الطرف الأزرق للطيف المرئي. يتناسب هذا العدد طرديًا مع الطاقة التي يُودعها الجسيم المؤين. يمكن توجيه هذه الفوتونات إلى المهبط الضوئي لأنبوب مضاعف ضوئي، والذي يُصدر إلكترونًا واحدًا على الأكثر لكل فوتون يصل إليه، وذلك بفعل التأثير الكهروضوئي . تُسرّع هذه المجموعة من الإلكترونات الأولية وتُركّز بواسطة جهد كهربائي لتصطدم بالداينود الأول للأنبوب. يُحرر اصطدام إلكترون واحد بالداينود عددًا من الإلكترونات الثانوية التي تُسرّع بدورها لتصطدم بالداينود الثاني. يُحرر كل اصطدام لاحق بالداينود المزيد من الإلكترونات، وبالتالي يحدث تأثير تضخيم للتيار عند كل مرحلة من مراحل الداينود. كل مرحلة ذات جهد أعلى من سابقتها لتوفير مجال التسريع.

تُشكّل إشارة الخرج الناتجة عند المصعد نبضة قابلة للقياس لكل مجموعة من الفوتونات الناتجة عن حدث تأين أولي في الوميض والتي وصلت إلى المهبط الضوئي، وتحمل هذه الإشارة معلومات حول طاقة الإشعاع الساقط الأصلي. عند إدخالها إلى مُضخّم الشحنة الذي يُكامل معلومات الطاقة، نحصل على نبضة خرج تتناسب مع طاقة الجسيم المُثير للوميض.

يُعطي عدد هذه النبضات في وحدة الزمن معلوماتٍ عن شدة الإشعاع. في بعض التطبيقات، لا تُحسب النبضات الفردية، بل يُستخدم متوسط ​​التيار عند المصعد فقط كمقياس لشدة الإشعاع.

يجب حجب المادة الوميضية عن جميع أنواع الضوء المحيط حتى لا تطغى الفوتونات الخارجية على أحداث التأين الناتجة عن الإشعاع الساقط. ولتحقيق ذلك، تُستخدم عادةً رقاقة رقيقة معتمة، مثل رقائق المايلر المطلية بالألومنيوم، مع ضرورة أن تكون كتلتها منخفضة بما يكفي لتقليل التوهين غير المرغوب فيه للإشعاع الساقط المراد قياسه.

تحتوي المقالة الخاصة بأنبوب المضاعف الضوئي على وصف تفصيلي لطريقة عمل الأنبوب.

يتكون الوميض من بلورة شفافة ، عادة ما تكون مادة فسفورية أو بلاستيكية (عادة ما تحتوي على أنثراسين ) أو سائل عضوي (انظر عد الوميض السائل ) يتألق عند تعرضه للإشعاع المؤين .

يُستخدم يوديد السيزيوم (CsI) في صورته البلورية كمادة وميضية للكشف عن البروتونات وجسيمات ألفا. ويُستخدم يوديد الصوديوم (NaI) المحتوي على كمية ضئيلة من الثاليوم كمادة وميضية للكشف عن أشعة غاما، بينما يُستخدم كبريتيد الزنك (ZnS) على نطاق واسع ككاشف لجسيمات ألفا. وكبريتيد الزنك هو المادة التي استخدمها رذرفورد لإجراء تجربته في تشتت النيوترونات. ويُستخدم يوديد الليثيوم (LiI) في كواشف النيوترونات.

تُستخدم عدادات الوميض لقياس الإشعاع في مجموعة متنوعة من التطبيقات بما في ذلك أجهزة قياس الإشعاع المحمولة باليد، ومراقبة الأفراد والبيئة للتلوث الإشعاعي ، والتصوير الطبي، والفحص الإشعاعي، والأمن النووي، وسلامة المحطات النووية.

طُرحت في السوق عدة منتجات تستخدم عدادات الوميض للكشف عن المواد التي قد تكون خطرة وتصدر أشعة غاما أثناء النقل. تشمل هذه المنتجات عدادات وميض مصممة لمحطات الشحن، وأمن الحدود، والموانئ، وتطبيقات موازين الشاحنات، وساحات الخردة المعدنية، ومراقبة تلوث النفايات النووية. كما توجد أنواع مختلفة من عدادات الوميض تُركّب على شاحنات النقل الصغيرة والمروحيات للاستجابة السريعة في حالات الطوارئ الأمنية الناجمة عن القنابل القذرة أو النفايات المشعة . ^{[ 4 ] [ 5 ]} وتُستخدم الوحدات المحمولة باليد بشكل شائع أيضًا. ^{[ 6 ]}

غالباً ما تحوّل المواد الوميضية فوتوناً واحداً من الإشعاع عالي الطاقة إلى عدد كبير من الفوتونات منخفضة الطاقة، حيث يكون عدد الفوتونات لكل ميغا إلكترون فولت من الطاقة المدخلة ثابتاً نسبياً. ومن خلال قياس شدة الوميض (عدد الفوتونات الناتجة عن فوتون الأشعة السينية أو أشعة غاما)، يُمكن بالتالي تحديد طاقة الفوتون الأصلي.

يتكون المطياف من بلورة وميضية مناسبة ، وأنبوب مضاعف ضوئي ، ودائرة لقياس ارتفاع النبضات الناتجة عن المضاعف الضوئي. تُحصى النبضات وتُرتب حسب ارتفاعها، مما يُنتج رسمًا بيانيًا (س، ص) لسطوع وميض البلورة مقابل عدد الومضات، وهو ما يُقارب طيف طاقة الإشعاع الساقط، مع بعض التشوهات الإضافية. يُنتج إشعاع غاما أحادي اللون ذروة ضوئية عند طاقته. يُظهر الكاشف أيضًا استجابة عند الطاقات المنخفضة، الناتجة عن تشتت كومبتون ، وذروتين هروب أصغر عند طاقات 0.511 و1.022 ميغا إلكترون فولت أسفل الذروة الضوئية لتكوين أزواج إلكترون-بوزيترون عند هروب فوتون واحد أو كلا فوتوني الإفناء، وذروة تشتت عكسي. يمكن قياس الطاقات الأعلى عندما يصطدم فوتونان أو أكثر بالكاشف في وقت واحد تقريبًا ( تراكم ، ضمن الدقة الزمنية لسلسلة اكتساب البيانات )، وتظهر على شكل قمم مجموع طاقات تصل إلى قيمة قمتين ضوئيتين أو أكثر مضافتين ^{[ 8 ].}

• مطيافية غاما
• عداد جايجر
• عدّ الوميض السائل
• خلية لوكاس
• تأثير بانديمونيوم
• عد الفوتونات
• التصوير الومضاني
• مطيافية الامتصاص الكلي