التطابق الزمني Timing Coincidences: عمر النصف للمستويات النووية

من المناسب أحياناً دراسة ما إذا كانت أحداث معينة تتزامن مع بعضها بعضاً أو ذات ترابط زمني معين. فقد يقع حدث (أو تفاعل معين) ثم يتبعه حدث آخر. ومن ثم فإن هاذين الحدثين متطابقين زمنياً. ولكننا هنا سنبين كيف يمكن استخدام هذه التقنية للحصول على معلومات عن النواة. وذلك عند دراسة التطابق الزمني بين أشعة γ أو ما يعرف: بتطابق γ - γ (Coincidences γ - γ). حيث نستخدم كاشفين يقيس كل منهما أشعة γ معينة (ذات طاقة معينة) وقد تستخدم كاشفات الجوامد أو الإيماض ثم تقوم دائرة تطابق زمني معينة بقياس التوزيع الزمني بين شعاعي أشعة γ المقاسين بواسطة الكاشفين.

يبين الشكل (1) منظومة تطابق زمني γ - γ باستخدام كاشف (Ge(Li وكاشف وميض بلاستيكي لقياس عمر النصف لمستوى إثارة نووي. تسمى هذه المنظومة المطياف الزمني Timing spectrometer الذي يتكون من جزئين رئيسين).

1- الجزء الأول: يشكل ما يسمى بجزء التوقيت السريع حيث يتم الحصول على طيف زمني للمصدر المشع والذي يبين العلاقات الزمنية بين جميع أشعة γ المترابطة زمنياً. والتي تتبع إحداها الأخرى Cascade أي المتلاحقة زمنياً.

الشكل (1)

2- أما الجزء الثاني: فيتعلق بمنتخب الطاقة وهو الجزء الذي يضع شرطاً خاصاً بطاقة شعاع γ ومن ثم مستوى الإثارة النووي المعين المطلوب قياس عمر النصف له. ثم تؤخذ هذه النبضة من خلال وحدة تطابق زمني وتغذى إلى دخل التطابق الزمني في المحلل متعدد القنوات (أنظر الشكل 1) ومن ثم يظهر الطيف الزمني الخاص بمستوى الإثارة النووي المعين على المحلل.

وينبغي أولاً ضبط المطياف ويستغرق ذلك وقتاً وخبرة كافية، إذا أننا نقيس أعمار النصف لمستويات تقع في مدى ns1. ومن ثم يشكل ضبط المنظومة أهم جزء في العمل. ثم نقوم بعد ذلك بتعيين زمن التمايز للجهاز Resolution Time باستخدام مصدر ⁰⁶Co. ومن ثم الحصول على الطيف الزمني للكوبلت -60 والذي يسمى بالطيف اللحظي  Prompt Curve وذلك لأن شعاعي γ المتلاحقين هما 1.17، 1.33 م.أ.ف. حيث نجد أن الكوبلت 60 يتحلل إلى Ni—60 بإطلاق شعاع β حيث تنشأ نواة النيكل — 60 في مستوى الإثارة 2.5 م. أ. ف، ويتحلل هذا المستوى على مرحلتين حيث يطلق أولاً إشعاع γ بطاقة 1.17 م. أ. ف. وينتقل إلى المستوى 1.33 م.أ.ف. ثم يتحلل هذا الأخير إلى مستوى الاستقرار الأرضي. ومن ثم يمثل إشعاع γ بطاقة 1.17 م. أ. ف. نبضة البدء (Start) أما إشعاع γ بطاقة 1.33 م. أ. ف. فيمثل نبضة الإيقاف (Stop). وقد وجد أن عمر النصف للمستوى 1.33 م. أ. ف. يساوي 0.7 بيكوثانية وبالتالي يمكن اعتبار هذا المستوى مستوى لحظي يستخدم لقياس تمايز الجهاز. ويتم ذلك بتعيين الاتساع الكلي للطيف عند منتصف القيمة (FWHM). وكلما كان تمايز الجهاز صغيراً زادت دقة القياس(1) يبين الشكل (2) الطيف الزمني للكوبلت - 60 وتعيين عمر النصف للبوزيترون في اللوسيت المغلف لمصدر صوديوم - 22 . ويستخدم غالباً مصدر صوديوم - 22 لاختبار أداء (وضبط) المطياف الزمني. وذلك لأن شعاعي الإفناء (0.511 م.أ.ف.) ينطلقان في اتجاهين متضادين تماماً. ومن ثم يمكن ضبط الزاوية بين الكاشفين بحيث تساوي 180. كما نجد أن الصوديوم يتحلل بإطلاق أشعة بتا (والأسر الإلكتروني) حيث تنتج نواة النيون مثارة عند المستوى 274. 1 م. أ. ف. الذي يتحلل بدوره إلى مستوى الاستقرار الأرضي مطلقاً أشعة γ بطاقة تساوي 1.274 م. ا. ف. وبعمر نصف يساوي 3.7 بيكوثانية. وبالتالي فإن تكون المستوى 1.274 م. أ. ف. يمثل انبعاث البوزيترون (⁺β) ومن ثم فإن هذا الشعاع يمثل شارة البدء Start في جزء التوقيت السريع في المطياف الزمني. أما إشارة (نبضة) الإيقاف فتنتج عندما يحدث إفناء للبوزيترون ينتج عنه انطلاق شعاعي γ بطاقة 0.511 م.أ.ف. وبالتالي يمثل هذا الشعاع شارة الإيقاف 5100 في جزء التوقيت السريع في المطياف الزمني، أما شرط الطاقة فيتم عن طريق منتخب الطاقة حيث يختار خط أشعة γ (0.511 م. أ. ف) باستخدام كاشف (Ge(li أما طيف الطاقة الناتج عن كاشف البلاستيك فيختار منه حافة كمبتون الخاصة بشعاع الإفناء. يبين الشكل (2) التوزيع الزمني لعمر النصف للبوزيترون. ويمكن قياس قيمة هذا العمر باستخدام تقنية الميل حيث يتبين لنا من الشكل أن عمر النصف للبوزيترون يساوي (1.66ns).

الشكل (2)