تدقيق لغوي: أ. موانا دبس

إن أهمّ مكونات الكاشف الوميضي هي المواد الوامضة، وهي التي تحول الإشعاع المؤين إلى فوتوناتٍ (ومضات) ضوئية.

تعريف الوميض

الوميض هو حدثٌ فوتونيّ واحد يتمُّ تضخيمه بواسطة المضاعف الفوتوني.

أنواع الوميض تبعاً للمسبّب

 1- الوميض الكيميائي

إنتاج الضوء نتيجة تفاعل كيميائي بين مكونات المادة الوامضة، ويحدث ذلك عند خلط عيناتٍ ذات أسٍّ هيدروجيني قلوي و/أو عينات تحتوي على بيروكسيدات أو عند وجود عوامل مؤكسدة.

2- الوميض الضوئي

عندما يتمُّ إثارة المادة بواسطة الأشعة فوق البنفسجية مثلاً، ويتميز الوميض الكيميائي بزمن اضمحلالٍ بطيء نسبيًا أكثر من نصف ساعة إلى يومٍ واحد اعتمادًا على درجة الحرارة، في حين يضمحل الوميض الضوئي بسرعةٍ أكبر (عادةً أكبر من ست دقائق).

ما هي أنواع المواد الوامضة؟

للمواد الوامضة أنواع مختلفة منها ما يكون على شكل بلوراتٍ عضوية أو لا عضوية، ويمكن أن تكون هذه المواد سائلة، أو غازية، أو بلاستيكية. وسنتطرق بالتفصيل إلى المواد الوامضة العضوية.

كيف يتمُّ إصدار الضوء في المواد الوامضة العضوية؟

آلية إصدار الضوء في هذه المواد على مستوى الجزيء الذي يصدر الضوء مهما كان شكل المادة العضوية (صلب، سائل، بلاستيك)، ولا تحتاج إلى مادةٍ فعالة لأن عملية الإصدار تحصل لكل جزيء.

ما هي أنواع المواد الوامضة العضوية؟

ولها ثلاثة أنواع: ^{[1] [2] [4]}

1- البلورات العضوية

من أهمّ المواد العضوية الصلبة التي لها بنية بلورية، وتتألف من مركبٍ واحدٍ فقط، وتصلح أن تكون مواد وامضة:

● الأنتراسين.

● الستلبسن.

تمتاز البلورات الوامضة العضوية بما يلي:

– زمن اضمحلال سريع حوالي ثانية.

– شفافية عالية.

– سهولة التحضير، إذ يمكن تنمية بلوراتٍ كبيرة بسهولة من هذه المركبات.

– تمتلك استجابةً خطيةً لجسيمات بيتا، لكن تمتلك فعاليةً تحويليةً ضعيفةً لجسيمات ألفا.

بما أن هذه البلورات ذات عددٍ ذري وكثافة منخفضة، فإن مقاطعها العرضية لإنتاج المفعول الكهرضوئي، وتشتت كومبتون، وإنتاج الأزواج صغيرة، لذلك لا تستخدم للكشف عن أشعة غاما.

2- المواد الوامضة العضوية السائلة

يعدُّ استخدام الكواشف الوميضية السائلة تقنيةً تحليليةً يتمُّ خلالها دمج تحليل المادة الإشعاعية ضمن توزيعٍ موحد باستخدام وسطٍ كيميائي سائل قادر على تحويل الطاقة الحركية للإصدارات النووية إلى طاقةٍ ضوئية. هناك العديد من المحاليل لمركباتٍ عضوية تعمل كمواد وامضة. تتكون المادة الوامضة السائلة من مركبين أساسيين:

● المحل أو المذيب (مثل: التولين أو الكسايلين Xylene).

● المادة المنحلة الأولية أو المذابة (مثل: بضعة أجزاء بالمئة من ثنائي فينيل الأكسازول Diphenyloxazole أو ثلاثي الفينيل Terphenyl).

تمتص معظم طاقة الأشعة النووية بواسطة المحل الذي لا يملك خصائص وامضة، وبعدها تنتقل هذه الطاقة إلى المادة المحلة، فتصدر ضوءاً. عندما تحدث الومضات في أقصى مجال الأشعة فوق البنفسجية عندها يمكن استخدام مزيحٍ ضوئي (Light Shifter) لزيادة طول موجة الضوء الصادر، حيث يعمل المزيح على امتصاص الفوتونات الضوئية عند طول موجي محدد، وإعادة إصدار الفوتونات عند طولٍ موجي مختلف (عادةً يكون أكبر)، ويتمُّ ذلك بإضافة كمياتٍ صغيرة من مادةٍ منحلة ثانوية إلى السائل المحل، مثل: البنزين.

ما هي أسس الكاشف الوميضي السائل؟

يتمُّ ذلك على عدة مراحل: ^[3]

المرحلة الأولى: تنبعث جسيمات بيتا من المادة المضمحلة إشعاعياً، يذيب المحلول المادة لضمان انتقال الطاقة بين جسيمات بيتا والمحلول.

المرحلة الثانية: في السوائل ذات الكثافة العالية نسبياً، تنتقل جسيمات بيتا لمسافاتٍ صغيرة فقط قبل أن تمتص طاقتها الحركية بشكلٍ كامل في الوسط المتواجدة فيه (حيث يستغرق امتصاص طاقات جسيمات بيتا أجزاء من الثانية). يتمُّ امتصاص طاقات جسيمات بيتا في الوسط بثلاث طرق: الحرارة، والإثارة والتأين، حيث يتمُّ امتصاص جزء من طاقات جسيمات بيتا بواسطة جزيئات المذيب، مما يسبّب إثارتها.

المرحلة الثالثة: تنبعث طاقة جزيئات المذيب المثارة على شكل أشعةٍ فوق البنفسجية، ويعود جزيء المذيب إلى الحالة الأرضية (الحالة المستقرة). يمكن لجزيئات المذيب المثارة نقل الطاقة إلى بعضها البعض، وإلى المذاب. نقل جزيئات المذيب المثارة طاقتها إلى جزيئات المذاب يجعلها في حالة إثارة، يمكن أن تتخلص جزيئات المذاب من الحالة المثارة، والعودة للحالة الأرضية بإنتاج إشعاعٍ على شكل فوتون من الأشعة فوق البنفسجية. تتناسب شدة الضوء (الوميض الضوئي) مع الطاقة الأولية لجسيم بيتا الناتج عن اضمحلال المواد المشعّة.

المرحلة الرابعة: الضوء الصادر من جزيئات المذاب تصطدم بمهبط أنبوبة المضاعف الفوتوني، وتنتج نبضةً كهربائيةً متناسبةً مع طاقة إشعاع أو كمية المادة المشعّة المذابة في الكوكتيل.

3- الوامضات البلاستيكية

يعتبر البلاستيك (Plastic) كمادةٍ وامضة عضوية، ويقع بين الحالة الصلبة والسائلة، حيث يحضر بإذابة مادة أولية في محل مثل فينيل تولوين (Vinyl Toluene) أو ستارين (Styrene) الذي يتحول بسرعة إلى بلاستيك صلب منتجاً مادةً شفافة. الميزة في هذه المواد الوامضة هي إمكانية تصنيعها على شكل قطعٍ كبيرة، ومن ثم تقطع حسب الأبعاد والشكل المرغوب، كما تتصف بزمن فلورةٍ سريع أقل من 3 نانو ثانية، وتستخدم هذه المواد الوامضة في أبحاث فيزياء الطاقات العالية كونها مقاومة للإشعاع.

ما هي خصائص المواد الوامضة العضوية؟

1- زمن استجابةٍ قصير جداً حوالي (10 nS).

2- استجابة خطية مع طاقة الإشعاع الممتص.

3- المواد العضوية الصلبة والسائلة تستخدم للكشف عن جسيمات بيتا.

4- جيدة لكشف النيوترونات لغنى المواد العضوية بالهيدروجين.

5- يمكن صنع كواشف ذات أحجامٍ كبيرة.

6- رخيصة الثمن.

كيف يتمُّ اختيار مادة الوامض؟

إن اختيار المادة الوامضة يعتمد على التطبيقات التي نريد استخدامها فيها، أي على نوع الإشعاع المطلوب كشفه (جسيمات مشحونة، كجسيمات ألفا وبيتا، أو جسيمات غير مشحونة، كالنيوترونات، أو أشعة كهرومغنطيسية، كالأشعة السينية وأشعة غاما).

● لقياس معدلات عدٍّ مرتفعة تستخدم الوامضات العضوية لتميزها بزمن اضمحلالٍ قصير. إن زمن الاضمحلال في المواد الوامضة العضوية (السائلة والبلاستيكية) يكون أقصر منه في حالة المواد الوامضة البلورية العضوية.

● لا تستخدم للكشف عن أشعة غاما لأن قدرة الإيقاف (الطاقة المفقودة في واحدة المسار) للمواد الوامضة العضوية صغيرة.

● للكشف عن جسيمات ألفا يستخدم حاجز مطلي بطبقة رقيقة من كبريتيد الزنك ZnS.

● يتمُّ الكشف عن النيوترونات عن طريق الجسيمات المشحونة الناتجة من تفاعل النيوترونات مع المادة الوامضة.