Total absorption spectroscopy
মোট শোষণ স্পেকট্রোস্কোপি একটি পরিমাপ কৌশল যা বিভিন্ন পারমাণবিক গামা সংক্রমণে নির্গত গামা বিকিরণ পরিমাপের অনুমতি দেয় যা বিটা ক্ষয় প্রক্রিয়ার মাধ্যমে তার অস্থির পিতামাতার ক্ষয় হওয়ার পরে কন্যা নিউক্লিয়াসে ঘটতে পারে। এই কৌশলটি স্থিতিশীলতা থেকে দূরে নিউক্লিয়াসের জন্য সম্পূর্ণ ক্ষয় শক্তি উইন্ডোর মধ্যে বিটা ফিডিং পরিমাপের সাথে সম্পর্কিত বিটা ক্ষয় অধ্যয়নের জন্য ব্যবহার করা যেতে পারে। এটি একটি বিশেষ ধরনের ডিটেক্টর, "টোটাল অ্যাবসর্পশন স্পেকট্রোমিটার" (টিএএস) দিয়ে প্রয়োগ করা হয়, যা একটি সিন্টিলেটর স্ফটিক দিয়ে তৈরি, যা পরিমাপ করার জন্য ক্রিয়াকলাপকে প্রায় সম্পূর্ণরূপে ঘিরে রাখে, প্রায় 4π এর একটি কঠিন কোণকে আচ্ছাদন করে। এছাড়াও, একটি আদর্শ ক্ষেত্রে, এটি 100%-এর কাছাকাছি সর্বোচ্চ দক্ষতার জন্য যথেষ্ট পুরু হওয়া উচিত, এইভাবে এর মোট দক্ষতাও 100%-এর খুব কাছাকাছি (এটি "মোট" শোষণ স্পেকট্রোস্কোপি বলা হয়)। পরিশেষে, এটি অন্য যে কোনও ধরনের বিকিরণের প্রতি অন্ধ হওয়া উচিত। অধ্যয়নের অধীনে ক্ষয়ে উত্পাদিত গামা রশ্মিগুলি সিন্টিলেটর উপাদানের সাথে সংযুক্ত ফটোমল্টিপ্লায়ার দ্বারা সংগ্রহ করা হয়। এই কৌশলটি প্যানডেমোনিয়াম প্রভাবের সমস্যার সমাধান করতে পারে। টি. এ. এস দিয়ে পরিমাপ করার সময় দর্শনে পরিবর্তন আসে। পৃথক গামা রশ্মি সনাক্ত করার পরিবর্তে (উচ্চ-রেজোলিউশন ডিটেক্টরগুলির মতো), এটি ক্ষয়ে নির্গত গামা ক্যাসকেডগুলি সনাক্ত করবে। তারপর, চূড়ান্ত শক্তি বর্ণালী বিভিন্ন রূপান্তর থেকে আসা বিভিন্ন শক্তির শিখরের সংগ্রহ হবে না (যেমন একটি জার্মেনিয়াম ডিটেক্টরের ক্ষেত্রে প্রত্যাশিত হতে পারে), বরং এমন একটি শক্তিতে অবস্থিত শিখরের সংগ্রহ হবে যা প্রতিটি স্তর থেকে নির্গত ক্যাসকেডের সমস্ত গামার বিভিন্ন শক্তির সমষ্টি। এর মানে হল যে একটি টিএএস দিয়ে পরিমাপ করা শক্তি বর্ণালী বাস্তবে নিউক্লিয়াসের স্তরগুলির একটি বর্ণালী হবে, যেখানে প্রতিটি শিখর ক্ষয়ের মধ্যে জনবহুল একটি স্তর। যেহেতু এই ডিটেক্টরগুলির দক্ষতা 100%-এর কাছাকাছি, তাই উচ্চ উত্তেজনা স্তরে ফিডিং দেখা সম্ভব যা সাধারণত উচ্চ-রেজোলিউশন ডিটেক্টর দ্বারা দেখা যায় না। এটি মোট শোষণ স্পেকট্রোস্কোপিকে বিটা ফিডিং পরিমাপ করার এবং জটিল ক্ষয় স্কিমগুলির জন্য সঠিক বিটা তীব্রতা (আইবিএ) বিতরণ প্রদানের সর্বোত্তম পদ্ধতি করে তোলে। একটি আদর্শ ক্ষেত্রে, পরিমাপ করা বর্ণালী বিটা ফিডিং (আই. বি. এ)-এর আনুপাতিক হবে। কিন্তু একটি প্রকৃত টি. এ. এস-এর দক্ষতা এবং রেজোলিউশন সীমিত, এবং এছাড়াও পরিমাপ করা বর্ণালী থেকে আই. বি. এ বের করতে হয়, যা স্পেকট্রোমিটার প্রতিক্রিয়ার উপর নির্ভর করে। টিএএস তথ্যের বিশ্লেষণ সহজ নয়ঃ পরিমাপ করা তথ্য থেকে শক্তি অর্জনের জন্য, একটি বিচ্ছিন্নকরণ প্রক্রিয়া প্রয়োগ করা উচিত। টিএএস তথ্যের জন্য বিশ্লেষণ পদ্ধতি টিএএস দিয়ে পরিমাপ করা তথ্যের জটিল বিশ্লেষণকে একটি রৈখিক সমস্যার সমাধানে হ্রাস করা যেতে পারেঃ ডি = আরআই দেওয়া হয়েছে যে এটি পরিমাপ করা তথ্যকে (ডি) ফিডিং (আই) এর সাথে সম্পর্কিত করে যা থেকে বিটা তীব্রতা বিতরণ আইবিটা পাওয়া যেতে পারে। আর হ 'ল ডিটেক্টরের প্রতিক্রিয়া ম্যাট্রিক্স (যার অর্থ একটি ক্ষয় যা একটি নির্দিষ্ট স্তরকে ফিড করে তা বর্ণালীর নির্দিষ্ট বিনটিতে গণনা দেয়)। ফাংশন আর ডিটেক্টরের উপর নির্ভর করে তবে নির্দিষ্ট স্তরের স্কিমের উপরও নির্ভর করে যা পরিমাপ করা হচ্ছে। তথ্য d থেকে i-এর মান বের করতে সক্ষম হওয়ার জন্য সমীকরণটি উল্টে দিতে হবে (এই সমীকরণটিকে "বিপরীত সমস্যা" ও বলা হয়)। দুর্ভাগ্যবশত এটি সহজে করা যায় না কারণ পার্শ্ববর্তী স্তরগুলির খাওয়ানোর ক্ষেত্রে অনুরূপ প্রতিক্রিয়া থাকে যখন তারা উচ্চ উত্তেজনা শক্তিতে থাকে যেখানে স্তরের ঘনত্ব বেশি থাকে। অন্য কথায়, এটি তথাকথিত "অসুস্থ" সমস্যাগুলির মধ্যে একটি, যার জন্য পরামিতিগুলির বেশ কয়েকটি সেট একই ডেটা সেটকে ঘনিষ্ঠভাবে পুনরুত্পাদন করতে পারে। তারপর, i খুঁজে বের করার জন্য, প্রতিক্রিয়া পেতে হবে যার জন্য শাখা অনুপাত এবং ডিটেক্টরের জ্যামিতির একটি সুনির্দিষ্ট অনুকরণ প্রয়োজন। ব্যবহৃত টি. এ. এস-এর দক্ষতা যত বেশি হবে, শাখা অনুপাতের উপর প্রতিক্রিয়ার নির্ভরতা তত কম হবে। তারপর একটি যুক্তিসঙ্গত অনুমান থেকে হাতে অজানা শাখা অনুপাত প্রবর্তন করা সম্ভব। পরিসংখ্যানগত মডেলের মাধ্যমে একটি ভাল অনুমান গণনা করা যেতে পারে। তারপরে ফিডিংগুলি খুঁজে বের করার পদ্ধতিটি পুনরাবৃত্তিমূলকঃ বিপরীত সমস্যা সমাধানের জন্য প্রত্যাশা-সর্বাধিককরণ অ্যালগরিদম ব্যবহার করে, তারপরে ফিডিংগুলি খুঁজে বের করার পদ্ধতিটি পুনরাবৃত্তিমূলকঃ বিপরীত সমস্যা সমাধানের জন্য প্রত্যাশা-সর্বাধিককরণ অ্যালগরিদম ব্যবহার করে, ফিডিংগুলি বের করা হয়; যদি তারা পরীক্ষামূলক ডেটা পুনরুত্পাদন না করে, এর অর্থ হল শাখা অনুপাতের প্রাথমিক অনুমান ভুল এবং পরিবর্তন করতে হবে (অবশ্যই, বিশ্লেষণের অন্যান্য পরামিতিগুলির সাথে খেলা সম্ভব)। এই পদ্ধতিটি পুনরাবৃত্তিমূলকভাবে কম সংখ্যক ধাপে পুনরাবৃত্তি করে, অবশেষে তথ্য পুনরুত্পাদন করা হয়। শাখা অনুপাত গণনা এই সমস্যাটি পরিচালনা করার সর্বোত্তম উপায় হল কম উত্তেজনা শক্তিতে পৃথক স্তরের একটি সেট এবং উচ্চ শক্তিতে বিনযুক্ত স্তরের একটি সেট রাখা। কম শক্তির সেটটি জানা উচিত এবং ডাটাবেস থেকে নেওয়া যেতে পারে (উদাহরণস্বরূপ, [ই. এন. এস. ডি. এফ] ডাটাবেস, যা ইতিমধ্যে উচ্চ রেজোলিউশন কৌশল দিয়ে পরিমাপ করা হয়েছে তার তথ্য রয়েছে)। উচ্চ শক্তির সেটটি অজানা এবং পরিচিত অংশের সাথে ওভারল্যাপ করে না। এই গণনার শেষে, কিউ মান উইন্ডোর অভ্যন্তরে স্তরগুলির পুরো অঞ্চলটি (পরিচিত এবং অজানা) বিন করা হয়। বিশ্লেষণের এই পর্যায়ে পরিচিত স্তরগুলিকে সংযুক্ত করার জন্য অভ্যন্তরীণ রূপান্তর সহগগুলি জানা গুরুত্বপূর্ণ। অভ্যন্তরীণ রূপান্তর সহগকে γ নির্গমনের মাধ্যমে ই-নির্গমনের মাধ্যমে ডি-উত্তেজনার সংখ্যা হিসাবে সংজ্ঞায়িত করা হয়। যদি অভ্যন্তরীণ রূপান্তর ঘটে, তবে নিউক্লিয়াসের ই. এম মাল্টিপোল ক্ষেত্রগুলি একটি ফোটন নির্গমনের ফলস্বরূপ হয় না, পরিবর্তে, ক্ষেত্রগুলি পারমাণবিক ইলেকট্রনের সাথে মিথস্ক্রিয়া করে এবং পরমাণু থেকে একটি ইলেকট্রন নির্গত করে। বিটা ক্ষয়ের পরে যে গামা নির্গত হবে তা বাদ দেওয়া হয় এবং γ তীব্রতা সেই অনুযায়ী হ্রাস পায়ঃ IT = Iγ + Ie − = Iγ (1 + αe), তাই গণনায় এই ঘটনাটিকে বিবেচনায় নিতে হবে। এছাড়াও, এক্স-রশ্মিগুলি ইলেক্ট্রন রূপান্তর প্রক্রিয়া থেকে আসা রশ্মি দ্বারা দূষিত হবে। ইলেক্ট্রন ক্যাপচার ক্ষয়ের ক্ষেত্রে এটি গুরুত্বপূর্ণ, কারণ অভ্যন্তরীণ রূপান্তর শক্তিশালী হলে এটি যে কোনও এক্স-রে গেটেড বর্ণালীর ফলাফলকে প্রভাবিত করতে পারে। নিম্ন শক্তি এবং উচ্চ বহুধ্রুবীয়তার ক্ষেত্রে এর সম্ভাবনা বেশি। পুরো শাখা অনুপাত ম্যাট্রিক্স পাওয়ার একটি উপায় হল পরিসংখ্যানগত পারমাণবিক মডেল ব্যবহার করা। এই মডেলটি গড় স্তরের ঘনত্ব এবং গড় গামা শক্তি ফাংশন থেকে একটি বিনযুক্ত শাখা অনুপাত ম্যাট্রিক্স তৈরি করে। অজানা অংশের জন্য, গড় শাখা অনুপাত গণনা করা যেতে পারে, যার জন্য বেশ কয়েকটি প্যারামিটারাইজেশন বেছে নেওয়া যেতে পারে, এবং পরিচিত অংশের জন্য ডেটাবেসের তথ্য ব্যবহার করা হয়। প্রতিক্রিয়া অনুকরণ গামা উৎস তৈরি করা সম্ভব নয় যা একটি টিএএস ডিটেক্টরের প্রতিক্রিয়া সঠিকভাবে গণনা করার জন্য প্রয়োজনীয় সমস্ত শক্তি নির্গত করে। এই কারণে, প্রতিক্রিয়ার একটি মন্টেকার্লো সিমুলেশন করা ভাল। এই অনুকরণটি নির্ভরযোগ্য হওয়ার জন্য, ক্ষয়ে নির্গত সমস্ত কণার মিথস্ক্রিয়া (γ, e−/e +, অগার e, x রশ্মি ইত্যাদি)। সঠিকভাবে মডেল করতে হবে, এবং এই কণাগুলির পথে জ্যামিতি এবং উপকরণগুলি ভালভাবে পুনরুত্পাদন করতে হবে। এছাড়াও, সিন্টিলেটরের হালকা উৎপাদন অন্তর্ভুক্ত করতে হবে। এই সিমুলেশনটি সম্পাদন করার উপায়টি ডি. ক্যানো-ওট এট আল দ্বারা কাগজে বিস্তারিতভাবে ব্যাখ্যা করা হয়েছে। GEANT3 এবং GEANT4 এই ধরনের সিমুলেশনের জন্য উপযুক্ত। যদি টিএএস ডিটেক্টরের সিন্টিলেটর উপাদানটি আলোর উৎপাদনে অসামঞ্জস্যতা ভোগ করে, তবে একটি ক্যাসকেড দ্বারা উত্পাদিত শিখরগুলি বহুবৃদ্ধির প্রতিটি বৃদ্ধির জন্য আরও স্থানচ্যুত হবে এবং এই শিখরগুলির প্রস্থ একই শক্তির একক শিখরগুলির প্রস্থ থেকে আলাদা হবে। এই প্রভাবটি একটি হাইপারবোলিক সিন্টিলেশন দক্ষতার মাধ্যমে সিমুলেশনে চালু করা যেতে পারে। আলোর উৎপাদনের অনুকরণ টিএএস বর্ণালীর শিখরকে প্রশস্ত করবে; তবে, এটি এখনও পরীক্ষামূলক শিখরগুলির প্রকৃত প্রস্থ পুনরুত্পাদন করে না। পরিমাপের সময় অতিরিক্ত পরিসংখ্যানগত প্রক্রিয়া রয়েছে যা শক্তি সংগ্রহকে প্রভাবিত করে এবং মন্টেকার্লোতে অন্তর্ভুক্ত নয়। এর প্রভাব টিএএস পরীক্ষামূলক শিখরগুলির একটি অতিরিক্ত প্রশস্ততা। যেহেতু মন্টেকার্লো দিয়ে পুনরুত্পাদন করা শিখরগুলির সঠিক প্রস্থ নেই, তাই সিমুলেটেড প্রতিক্রিয়ায় একটি অভিজ্ঞতাগত যন্ত্রগত রেজোলিউশন বিতরণ সহ একটি কনভোলিউশন প্রয়োগ করতে হবে। পরিশেষে, যদি বিশ্লেষণ করার জন্য তথ্য ইলেক্ট্রন ক্যাপচার ইভেন্ট থেকে আসে, তবে একটি সিমুলেটেড গামা প্রতিক্রিয়া ম্যাট্রিক্স অবশ্যই বিভিন্ন শক্তির পৃথক মনোএনার্জেটিক γ রশ্মির সিমুলেটেড প্রতিক্রিয়া ব্যবহার করে তৈরি করতে হবে। এই ম্যাট্রিক্সে ডিটেক্টরের উপর রেসপন্স ফাংশনের নির্ভরতা সম্পর্কিত তথ্য রয়েছে। পরিমাপ করা হচ্ছে এমন স্তর পরিকল্পনার উপর নির্ভরতা অন্তর্ভুক্ত করার জন্য, উপরে উল্লিখিত ম্যাট্রিক্সটি পূর্বে গণনা করা শাখা অনুপাত ম্যাট্রিক্সের সাথে জটিল করা উচিত। এইভাবে, চূড়ান্ত বৈশ্বিক প্রতিক্রিয়া আর পাওয়া যায়। টিএএস কৌশল ব্যবহার করার সময় একটি গুরুত্বপূর্ণ বিষয় মনে রাখা উচিত যে, যদি স্বল্প অর্ধ-জীবন সহ নিউক্লিয়াসগুলি পরিমাপ করা হয়, তবে শক্তি বর্ণালী ক্ষয় শৃঙ্খলে উত্পাদিত ডটার নিউক্লিয়াসের গামা ক্যাসকেড দ্বারা দূষিত হবে। সাধারণত টিএএস ডিটেক্টরগুলির মধ্যে এক্স-রে, ইলেকট্রন বা পজিট্রনের মতো গৌণ বিকিরণ পরিমাপ করার জন্য আনুষঙ্গিক ডিটেক্টর স্থাপন করার সম্ভাবনা থাকে। এইভাবে বিশ্লেষণের সময় ক্ষয়ের অন্যান্য উপাদানগুলিকে চিহ্নিত করা সম্ভব, যা সমস্ত বিভিন্ন নিউক্লিয়াস (আইসোবারিক বিচ্ছেদ) থেকে আসা অবদানগুলিকে পৃথক করার অনুমতি দেয়। আইএসওএলডিই-তে বিশ্বের টিএএস ডিটেক্টরগুলি 1970 সালে আইএসওএলডিই-তে 15 সেন্টিমিটার ব্যাস এবং 10 সেন্টিমিটার দৈর্ঘ্যের দুটি নলাকার এন. এ. আই ডিটেক্টর সমন্বিত একটি স্পেকট্রোমিটার ব্যবহার করা হয়েছিল। জিএসআই-এ টিএএস জিএসআই-এ স্থাপিত টিএএস পরিমাপ স্টেশনে একটি টেপ পরিবহন ব্যবস্থা ছিল যা বিভাজক থেকে বেরিয়ে আসা আয়নগুলির সংগ্রহ (সেগুলি টেপে রোপন করা হয়েছিল) এবং পরিমাপের জন্য (টেপের চলাচলের মাধ্যমে) সেই আয়নগুলিকে সংগ্রহের অবস্থান থেকে টিএএস-এর কেন্দ্রে পরিবহনের অনুমতি দেয়। এই সুবিধার টি. এ. এস একটি নলাকার এন. এ. আই স্ফটিক দিয়ে তৈরি করা হয়েছিল, যার প্রতিসাম্য অক্ষের দিকে একটি কেন্দ্রীভূত নলাকার গর্ত ছিল। এই গর্তটি একটি প্লাগ ডিটেক্টর (4.7x15.0 সেমি) দ্বারা একটি ধারক দিয়ে ভরাট করা হয়েছিল যা একটি টেপের জন্য আনুষঙ্গিক ডিটেক্টর এবং দুটি রোলার বসানোর অনুমতি দেয়। লুক্রেসিয়া পরিমাপ কেন্দ্র একটি টিএএস এবং একটি টেপ স্টেশন নিয়ে গঠিত এই পরিমাপ কেন্দ্রটি আইএসওএলডিই বিমলাইনের একটির শেষে স্থাপন করা হয়েছে। এই স্টেশনে, টেপ ধরে রাখার জন্য একটি মরীচি পাইপ ব্যবহার করা হয়। বিমটি টিএএস-এর বাইরে টেপে বসানো হয়, যা তারপর পরিমাপের জন্য ডিটেক্টরের কেন্দ্রে নিয়ে যাওয়া হয়। এই স্টেশনে রোলারগুলির অবস্থান পরিবর্তন করে সরাসরি টিএএস-এর কেন্দ্রে মরীচি বসানোও সম্ভব। পরবর্তী পদ্ধতিটি খুব সংক্ষিপ্ত অর্ধ-জীবন সহ আরও বহিরাগত নিউক্লিয়াসের পরিমাপের অনুমতি দেয়। এই স্টেশনের টিএএস হল লুক্রেসিয়া। এটি φ = h = 38 সেমি (আমাদের জানা অনুযায়ী এখন পর্যন্ত নির্মিত বৃহত্তম) নলাকার আকৃতির NaI (Tl) উপাদানের একটি টুকরো দিয়ে তৈরি। এটির 7.5 সেমি ব্যাসের একটি নলাকার গহ্বর রয়েছে যা তার প্রতিসাম্য অক্ষের সাথে লম্বভাবে যায়। এই গর্তের উদ্দেশ্য হল বিম পাইপকে পরিমাপের অবস্থানে পৌঁছানোর অনুমতি দেওয়া যাতে টেপটি ডিটেক্টরের কেন্দ্রে স্থাপন করা যায়। এটি টেপে রোপিত ক্রিয়াকলাপ (এক্স-রে, ই-/ ই +, ইত্যাদি) দ্বারা নির্গত অন্যান্য ধরণের বিকিরণ পরিমাপ করার জন্য বিপরীত দিকে আনুষঙ্গিক ডিটেক্টর স্থাপন করার অনুমতি দেয়। যাইহোক, এই গর্তের উপস্থিতি জিএসআই টিএএস-এর তুলনায় এই ডিটেক্টরটিকে কম দক্ষ করে তোলে (লুক্রেসিয়ার মোট দক্ষতা 300 থেকে 3000 কেভি পর্যন্ত প্রায় 90 শতাংশ)। লুক্রেসিয়ার আলো 8টি ফটোমল্টিপ্লায়ার দ্বারা সংগ্রহ করা হয়। পরিমাপের সময় দ্বিতীয় এবং উচ্চতর ক্রমের পাইলআপ অবদান এড়াতে 10 কিলোহার্জ-এর বেশি নয় এমন মোট গণনার হারে লুক্রেসিয়া পরিমাপ করা হয়। টিএএস-এর চারপাশে পলিথিলিন, সীসা, তামা এবং অ্যালুমিনিয়াম-এই চারটি স্তর দিয়ে তৈরি 19.2 সেন্টিমিটার পুরু একটি সুরক্ষা বাক্স রয়েছে। এর উদ্দেশ্য হল বেশিরভাগ বাহ্যিক বিকিরণ (নিউট্রন, মহাজাগতিক রশ্মি এবং ঘরের পটভূমি) শোষণ করা। আরও দেখুন প্যানডেমোনিয়াম এফেক্ট সিন্টিলেশন কাউন্টার রেফারেন্স এক্সটার্নাল লিঙ্ক অন-লাইন আইসোটোপ মাস সেপারেটর এক্সপেরিমেন্টাল হল, যেখানে লুক্রেসিয়া ইনস্টল করা আছে। গামা স্পেকট্রোস্কোপি গ্রুপ, মোট শোষণ স্পেকট্রোস্কোপি পরিমাপের জন্য নিবেদিত। কণা সনাক্তকারী পারমাণবিক পদার্থবিজ্ঞান তেজস্ক্রিয়তা পরীক্ষামূলক পদার্থবিজ্ঞান