الشكل المبسّط للكاشف

تسمى المواد التي تتجاوب لتفاعل الإشعاع معها بشكل يمكن معه الاستفادة من الأثر الناتج بكواشف الإشعاع، فعندما تتفاعل الأشعة على اختلاف أنواعها سواءً أكانت جسيمات مشحونة أو جسيمات غير مشحونة مثل النيترونات، أو حتى الأشعة الكهرطيسية مع الكاشف فإن النتيجة النهائية للتفاعل بالنسبة لأغلب الكواشف هي تشكل كمية من الشحنات الكهربائية ضمن الحجم الفعّال (مادة الكشف).

إن الشحنة الناتجة عن تفاعل جسيم أو كم طاقي واحد هي $Q$ في زمن $t = 0$ حيث أن زمن توقف الجسيم أو الإشعاع صغير جداً “بضع نانو ثانية في الغازات وبضع بيكو ثانية في الكواشف الصلبة” أي يمكن اعتبار أن التفاعل يحدث بشكل آني.

يختلف الزمن اللازم لتجميع الشحنات باختلاف نوع الكاشف، فمثلاً يمكن أن يمتد زمن التجميع في حجيرات التأين إلى بضع ميلي ثانية، بينما في أنواع أخرى من الكواشف مثل الكواشف الومضانية والكواشف من أنصاف النواقل يكون من مرتبة النانو ثانية، ويعكس كبر أو صغر هذا الزمن حركية حاملات الشحنة داخل الحجم الفعال للكاشف وكذلك المسافة التي يجب قطعها للوصول إلى أقطاب تجميع الشحنات.

يعّبر عن الشحنة المتشكلة في الحالة الافتراضية المبسّطة لكاشف يكشف جسيم أو فوتون واحد بالشكل التالي:

  $\int_{0}^{t_c}i(t) dt=Q$

حيث Q هي الشحنة الكلية المتولدة عن التفاعل و ts هو زمن تفاعل الإشعاع مع الحجم الفعال للكاشف و tc هو الزمن اللازم لتجميع الشحنة المتولدة.

يحدث في الحالة الحقيقية عادة أكثر من تفاعل “عدة تفاعلات” خلال فترة زمنية معينة حيث يتعلق عدد تلك التفاعلات بمعدل عدد الجسيمات أو الفوتونات المتفاعلة خلال تلك الفترة الزمنية. فإذا كان هذا المعدل صغيراً أو معتدلاً، فإن كل جسيم أو فوتون ينتج شحنة كهربائية يمكن تمييزها عن بقية الشحنات سواءً بالشدة أو بالفواصل الزمنية لحدوث التفاعلات ويمكن حينئذ تمثيل التيار اللحظي الناشئ في الكاشف بالشكل التالي:

time2

التيار الحظي المتولد في الكاشف

وكما هو ملاحظ، تتغير شدة النبضة “المطال” والفترة الزمنية اللازمة لتجميع الشحنات المتولدة بحسب نوع ومعدل حدوث التفاعل.

من المفيد أخيراً الإشارة إلى أن التغيرات الزمنية للنبضات المتعاقبة يتبع توزع بواسون الإحصائي على اعتبار أن وصول الجسيمات أو الكمات للكاشف هو ظاهرة عشوائية محكومة بتوزع بواسون.

المرجع: محاضرات الدكتور رياض شويكاني

إعداد: سامر عبد الرزاق بكر

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *