طيف جسيمات ألفا (Alpha Particle Spectroscopy)
الرجوع إلى الموقع الرئيسي
جسيمات ألفا هي عبارة عن أنوية ذرات الهيليوم ($^4_2He$)، وتتميز بكتلتها الكبيرة وشحنتها الموجبة المضاعفة (+2). بسبب هذه الخصائص، تتفاعل جسيمات ألفا بشدة مع المادة من خلال قوى كولوم (Coulomb interactions) مع إلكترونات الوسط الذي تمر فيه.
عندما تمر جسيمة ألفا عبر مادة ما، فإنها تفقد طاقتها تدريجياً عبر تأين وإثارة ذرات المادة. يُعطى معدل فقدان الطاقة بالنسبة للمسافة (Stopping Power) بواسطة معادلة بيث-بلوخ (Bethe-Bloch Formula). يظهر هذا الفقدان في الطيف الإشعاعي كانزياح للقمة (Peak Shift) نحو طاقات أقل.
بما أن فقدان الطاقة هو عملية إحصائية ناتجة عن عدد كبير من التصادمات العشوائية، فإن الجسيمات التي تمتلك نفس الطاقة الابتدائية وتقطع نفس المسافة في المادة لن تفقد نفس المقدار الدقيق من الطاقة. هذا يؤدي إلى زيادة عرض القمة (Broadening) في الطيف، وهي ظاهرة تُعرف باسم التشتت الطاقي.
نظراً لأن مدى (Range) جسيمات ألفا قصير جداً (بضعة سنتيمترات في الهواء)، يجب وضع المصدر والكاشف داخل غرفة تفريغ (Vacuum Chamber) لتقليل تصادم الجسيمات مع جزيئات الهواء وضمان وصولها للكاشف بطاقتها الكاملة. الكاشف المستخدم غالباً هو بلورة من السيليكون؛ عند اصطدام ألفا بها، تتولد أزواج (إلكترون-فجوة) يتناسب عددها طردياً مع طاقة الجسيمة.
( 1 قناة ≈ 10 keV )
| رقم القناة (Channel) | الطاقة التقريبية (MeV) | عدد النبضات (Counts) |
|---|---|---|
| لا توجد بيانات. قم بتشغيل المحاكاة أولاً. | ||
عند قياس مصدر الأمريسيوم-241 في حالة "التفريغ"، ما هو رقم القناة الذي ظهرت عنده القمة؟ وإذا علمت أن طاقته النظرية هي $\approx 5.48 \text{ MeV}$، فما هي قيمة المعايرة التقريبية (طاقة القناة الواحدة)؟
عند وضع "رقاقة الألمنيوم" في مسار الجسيمات، كم بلغ مقدار الانزياح في رقم القناة (Delta C)؟ احسب مقدار الطاقة المفقودة (Energy Loss) في الرقاقة.
قارن بين شكل قمة ألفا في حالة "التفريغ" وفي حالة إدخال "الهواء". ماذا تلاحظ على عرض القمة (FWHM)، وما هو التفسير الفيزيائي لهذه الظاهرة (التشتت الطاقي)؟
استخدم الرسم البياني لتحديد طاقة "المصدر المجهول" في حالة التفريغ. بناءً على الجداول النووية، ما هو النظير المشع المحتمل؟