Total absorption spectroscopy
કુલ શોષણ સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી એ એક માપન તકનીક છે જે વિવિધ પરમાણુ ગામા સંક્રમણોમાં ઉત્સર્જિત ગામા કિરણોત્સર્ગના માપનને મંજૂરી આપે છે જે બીટા સડો પ્રક્રિયા દ્વારા તેના અસ્થિર પિતૃ ક્ષીણ થયા પછી પુત્રી ન્યુક્લિયસમાં થઈ શકે છે. આ તકનીકનો ઉપયોગ સ્થિરતાથી દૂર ન્યુક્લિયસ માટે સંપૂર્ણ સડો ઊર્જા વિંડોની અંદર બીટા ફીડિંગ માપન સંબંધિત બીટા સડો અભ્યાસ માટે થઈ શકે છે. તે એક ખાસ પ્રકારના ડિટેક્ટર, "કુલ શોષણ સ્પેક્ટ્રોમીટર" (ટી. એ. એસ.) સાથે અમલમાં મૂકવામાં આવે છે, જે સિન્ટિલેટર સ્ફટિકથી બનેલું હોય છે, જે માપવાની પ્રવૃત્તિને લગભગ સંપૂર્ણપણે ઘેરી લે છે, જે આશરે 4π ના નક્કર ખૂણાને આવરી લે છે. ઉપરાંત, એક આદર્શ કિસ્સામાં, તે 100% ની નજીકની ટોચની કાર્યક્ષમતા માટે પૂરતી જાડી હોવી જોઈએ, આ રીતે તેની કુલ કાર્યક્ષમતા પણ 100% ની ખૂબ નજીક છે (આ એક કારણ છે કે તેને "કુલ" શોષણ સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી કહેવામાં આવે છે). છેવટે, તે અન્ય કોઈપણ પ્રકારના કિરણોત્સર્ગથી અંધ હોવું જોઈએ. અભ્યાસ હેઠળના ક્ષયમાં ઉત્પન્ન થતા ગામા કિરણો સિન્ટિલેટર સામગ્રી સાથે જોડાયેલા ફોટોમલ્ટીપ્લાયર દ્વારા એકત્રિત કરવામાં આવે છે. આ તકનીક પેન્ડેમોનિયમ અસરની સમસ્યાનું સમાધાન કરી શકે છે. ટી. એ. એસ. સાથે માપતી વખતે ફિલસૂફીમાં ફેરફાર થાય છે. વ્યક્તિગત ગામા કિરણોને શોધવાને બદલે (ઉચ્ચ-રીઝોલ્યુશન ડિટેક્ટર્સની જેમ), તે ક્ષયમાં ઉત્સર્જિત ગામા કાસ્કેડ્સને શોધી કાઢશે. પછી, અંતિમ ઊર્જા વર્ણપટ વિવિધ સંક્રમણોમાંથી આવતા વિવિધ ઊર્જા શિખરો (જેમ કે જર્મેનિયમ ડિટેક્ટરના કિસ્સામાં અપેક્ષા કરી શકાય છે) નો સંગ્રહ નહીં હોય, પરંતુ ઊર્જા પર સ્થિત શિખરો કે જે દરેક સ્તરમાંથી ઉત્સર્જિત કાસ્કેડના તમામ ગામાઓની વિવિધ ઊર્જાનો સરવાળો છે. આનો અર્થ એ છે કે ટી. એ. એસ. સાથે માપવામાં આવેલ ઊર્જા વર્ણપટ વાસ્તવમાં કેન્દ્રકના સ્તરનું વર્ણપટ હશે, જ્યાં દરેક શિખર ક્ષયમાં વસેલું સ્તર છે. આ ડિટેક્ટર્સની કાર્યક્ષમતા 100% ની નજીક હોવાથી, ઉચ્ચ ઉત્તેજના સ્તર સુધી ખોરાક જોવો શક્ય છે જે સામાન્ય રીતે ઉચ્ચ-રીઝોલ્યુશન ડિટેક્ટર્સ દ્વારા જોઈ શકાતો નથી. આ બીટા ફીડિંગ્સને માપવા અને જટિલ સડો યોજનાઓ માટે સચોટ બીટા તીવ્રતા (Iβ) વિતરણ પ્રદાન કરવા માટે કુલ શોષણ સ્પેક્ટ્રોસ્કોપીને શ્રેષ્ઠ પદ્ધતિ બનાવે છે. આદર્શ કિસ્સામાં, માપેલ સ્પેક્ટ્રમ બીટા ફીડિંગ (Iβ) ના પ્રમાણમાં હશે. પરંતુ વાસ્તવિક ટી. એ. એસ. ની કાર્યક્ષમતા અને રીઝોલ્યુશન મર્યાદિત હોય છે, અને આઇ. બી. એ. ને માપેલા સ્પેક્ટ્રમમાંથી પણ કાઢવું પડે છે, જે સ્પેક્ટ્રોમીટરના પ્રતિસાદ પર આધાર રાખે છે. ટી. એ. એસ. માહિતીનું વિશ્લેષણ સરળ નથીઃ માપેલા માહિતીમાંથી શક્તિ મેળવવા માટે, વિકલન પ્રક્રિયા લાગુ કરવી જોઈએ. ટીએએસ ડેટા માટે વિશ્લેષણ પદ્ધતિ ટીએએસ સાથે માપવામાં આવેલા ડેટાના જટિલ વિશ્લેષણને રેખીય સમસ્યાના ઉકેલમાં ઘટાડી શકાય છેઃ ડી = રી આપેલ છે કે તે માપવામાં આવેલા ડેટા (ડી) ને ફીડિંગ્સ (i) સાથે સંબંધિત કરે છે જેમાંથી બીટા તીવ્રતા વિતરણ Iβ મેળવી શકાય છે. આર એ ડિટેક્ટરનું રિસ્પોન્સ મેટ્રિક્સ છે (જેનો અર્થ એ છે કે ચોક્કસ સ્તરને પોષણ આપતા ક્ષયની સંભાવના સ્પેક્ટ્રમના ચોક્કસ બિનમાં ગણતરી આપે છે). કાર્ય આર ડિટેક્ટર પર આધાર રાખે છે પણ તે ચોક્કસ સ્તરની યોજના પર પણ આધાર રાખે છે જે માપવામાં આવી રહી છે. ડેટા d માંથી i નું મૂલ્ય કાઢવા માટે સમીકરણને ઊંધું કરવું પડશે (આ સમીકરણને "વ્યસ્ત સમસ્યા" પણ કહેવામાં આવે છે). કમનસીબે આ સરળતાથી કરી શકાતું નથી કારણ કે જ્યારે તેઓ ઉચ્ચ ઉત્તેજના ઊર્જા પર હોય છે જ્યાં સ્તરની ઘનતા વધારે હોય ત્યારે નજીકના સ્તરોના પોષણ માટે સમાન પ્રતિસાદ હોય છે. બીજા શબ્દોમાં કહીએ તો, આ કહેવાતી "અયોગ્ય" સમસ્યાઓમાંની એક છે, જેના માટે પરિમાણોના ઘણા સમૂહો સમાન ડેટા સમૂહને નજીકથી પુનઃઉત્પાદિત કરી શકે છે. પછી, i શોધવા માટે, પ્રતિસાદ મેળવવો પડશે જેના માટે શાખાઓના ગુણોત્તર અને ડિટેક્ટરની ભૂમિતિના ચોક્કસ અનુકરણની જરૂર છે. ઉપયોગમાં લેવાતા ટી. એ. એસ. ની કાર્યક્ષમતા જેટલી વધારે હશે, શાખાઓના ગુણોત્તર પર પ્રતિક્રિયાની નિર્ભરતા ઓછી હશે. પછી બુદ્ધિગમ્ય અનુમાનમાંથી હાથ દ્વારા અજ્ઞાત શાખા ગુણોત્તર રજૂ કરવું શક્ય છે. આંકડાકીય નમૂના દ્વારા એક સારા અનુમાનની ગણતરી કરી શકાય છે. પછી ફીડિંગ્સ શોધવાની પ્રક્રિયા પુનરાવર્તિત છેઃ વિપરીત સમસ્યાને ઉકેલવા માટે અપેક્ષા-મહત્તમ અલ્ગોરિધમનો ઉપયોગ કરીને, પછી ફીડિંગ્સ શોધવાની પ્રક્રિયા પુનરાવર્તિત છેઃ વિપરીત સમસ્યાને ઉકેલવા માટે અપેક્ષા-મહત્તમ અલ્ગોરિધમનો ઉપયોગ કરીને, ફીડિંગ્સ કાઢવામાં આવે છે; જો તેઓ પ્રાયોગિક ડેટાને પુનઃઉત્પાદિત ન કરે, તો તેનો અર્થ એ છે કે શાખાઓના ગુણોત્તરનું પ્રારંભિક અનુમાન ખોટું છે અને તેને બદલવું પડશે (અલબત્ત, વિશ્લેષણના અન્ય પરિમાણો સાથે રમવું શક્ય છે). આ પ્રક્રિયાને ઓછા પગલાંઓમાં પુનરાવર્તિત કરીને, ડેટા આખરે પુનઃઉત્પાદિત થાય છે. શાખા ગુણોત્તરની ગણતરી આ સમસ્યાને સંભાળવાનો શ્રેષ્ઠ માર્ગ એ છે કે ઓછી ઉત્તેજના ઊર્જા પર અલગ સ્તરોનો સમૂહ અને ઉચ્ચ ઊર્જા પર ડબ્બાબંધ સ્તરોનો સમૂહ રાખવો. ઓછી ઊર્જાનો સમૂહ જાણીતો હોવાનું માનવામાં આવે છે અને તે ડેટાબેઝમાંથી લઈ શકાય છે (ઉદાહરણ તરીકે, [ENSDF] ડેટાબેઝ, જેમાં ઉચ્ચ રીઝોલ્યુશન તકનીક સાથે પહેલેથી જ માપવામાં આવેલી માહિતી છે). ઉચ્ચ ઊર્જાનો સમૂહ અજ્ઞાત છે અને જાણીતા ભાગ સાથે ઓવરલેપ થતો નથી. આ ગણતરીના અંતે, ક્યૂ મૂલ્ય વિંડો (જાણીતા અને અજ્ઞાત) ની અંદરના સ્તરોના સમગ્ર વિસ્તારને દ્વિભાજિત કરવામાં આવે છે. વિશ્લેષણના આ તબક્કે જાણીતા સ્તરોને જોડતા સંક્રમણો માટે આંતરિક રૂપાંતર ગુણાંકને જાણવું મહત્વપૂર્ણ છે. આંતરિક રૂપાંતર ગુણાંકને e-ઉત્સર્જન દ્વારા γ ઉત્સર્જન દ્વારા થતા ઉત્સર્જનોની સંખ્યા તરીકે વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવે છે. જો આંતરિક રૂપાંતર થાય છે, તો ન્યુક્લિયસના ઇ. એમ. બહુધ્રુવીય ક્ષેત્રો ફોટોનના ઉત્સર્જનમાં પરિણમતા નથી, તેના બદલે, ક્ષેત્રો અણુ ઇલેક્ટ્રોન સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે છે અને અણુમાંથી એક ઇલેક્ટ્રોનનું ઉત્સર્જન કરે છે. બીટા ક્ષય પછી જે ગામા ઉત્સર્જિત થશે તે ચૂકી જાય છે, અને તે મુજબ γ તીવ્રતા ઘટે છેઃ IT = Iγ + Ie − = Iγ (1 + αe), તેથી આ ઘટનાને ગણતરીમાં ધ્યાનમાં લેવી પડશે. ઉપરાંત, એક્સ કિરણો ઇલેક્ટ્રોન રૂપાંતર પ્રક્રિયામાંથી આવતા કિરણોથી દૂષિત થશે. ઇલેક્ટ્રોન કેપ્ચર ક્ષયમાં આ મહત્વપૂર્ણ છે, કારણ કે જો આંતરિક રૂપાંતરણ મજબૂત હોય તો તે કોઈપણ એક્સ-રે ગેટેડ સ્પેક્ટ્રાના પરિણામોને અસર કરી શકે છે. ઓછી ઊર્જા અને ઉચ્ચ બહુધ્રુવીયતા માટે તેની સંભાવના વધારે છે. સંપૂર્ણ શાખા ગુણોત્તર મેટ્રિક્સ મેળવવાની એક રીત એ છે કે આંકડાકીય પરમાણુ મોડેલનો ઉપયોગ કરવો. આ મોડેલ સરેરાશ સ્તરની ઘનતા અને સરેરાશ ગામા શક્તિ કાર્યોમાંથી ડબ્બાબંધ શાખા ગુણોત્તર મેટ્રિક્સ પેદા કરે છે. અજ્ઞાત ભાગ માટે, સરેરાશ શાખા ગુણોત્તરની ગણતરી કરી શકાય છે, જેના માટે ઘણા પરિમાણો પસંદ કરી શકાય છે, જ્યારે જાણીતા ભાગ માટે ડેટાબેઝમાં માહિતીનો ઉપયોગ થાય છે. પ્રતિક્રિયા સિમ્યુલેશન ગામા સ્રોતોનું ઉત્પાદન કરવું શક્ય નથી જે ટી. એ. એસ. ડિટેક્ટરના પ્રતિભાવની સચોટ ગણતરી કરવા માટે જરૂરી તમામ ઊર્જાનું ઉત્સર્જન કરે છે. આ કારણોસર, પ્રતિક્રિયાનું મોન્ટેકાર્લો સિમ્યુલેશન કરવું વધુ સારું છે. આ અનુકરણને વિશ્વસનીય બનાવવા માટે, ક્ષયમાં ઉત્સર્જિત તમામ કણોની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ (γ, e−/e +, ઑગર e, x કિરણો, વગેરે) ચોક્કસપણે પ્રતિકૃતિ બનાવવી પડશે, અને આ કણોના માર્ગમાં ભૂમિતિ અને સામગ્રીને સારી રીતે પુનઃઉત્પાદિત કરવી પડશે. ઉપરાંત, સિન્ટિલેટરના હળવા ઉત્પાદનનો સમાવેશ કરવો પડશે. આ સિમ્યુલેશન કરવાની રીત ડી. કેનો-ઓટ એટ અલ દ્વારા કાગળમાં વિગતવાર સમજાવવામાં આવી છે. GEANT3 અને GEANT4 આ પ્રકારના સિમ્યુલેશન માટે સારી રીતે અનુકૂળ છે. જો ટી. એ. એસ. ડિટેક્ટરની સિન્ટિલેટર સામગ્રી પ્રકાશ ઉત્પાદનમાં બિન-પ્રમાણસરતાથી પીડાય છે, તો કાસ્કેડ દ્વારા ઉત્પાદિત શિખરો દરેક વૃદ્ધિ માટે વધુ વિસ્થાપિત થશે અને આ શિખરોની પહોળાઈ સમાન ઊર્જા સાથે એક જ શિખરની પહોળાઈથી અલગ હશે. આ અસર હાયપરબોલિક સિન્ટિલેશન કાર્યક્ષમતાના માધ્યમથી સિમ્યુલેશનમાં રજૂ કરી શકાય છે. પ્રકાશ ઉત્પાદનનું અનુકરણ ટીએએસ સ્પેક્ટ્રમના શિખરોને વિસ્તૃત કરશે; જો કે, આ હજુ પણ પ્રાયોગિક શિખરોની વાસ્તવિક પહોળાઈને પુનઃઉત્પાદિત કરતું નથી. માપન દરમિયાન વધારાની આંકડાકીય પ્રક્રિયાઓ છે જે ઊર્જા સંગ્રહને અસર કરે છે અને મોન્ટેકાર્લોમાં શામેલ નથી. આની અસર ટી. એ. એસ. પ્રાયોગિક શિખરોની વધારાની પહોળાઈ છે. મોન્ટેકાર્લો સાથે પુનઃઉત્પાદિત શિખરોની પહોળાઈ યોગ્ય ન હોવાથી, સિમ્યુલેટેડ રિસ્પોન્સ પર પ્રયોગમૂલક ઇન્સ્ટ્રુમેન્ટલ રિઝોલ્યુશન વિતરણ સાથે કોન્વોલ્યુશન લાગુ કરવું પડશે. છેવટે, જો વિશ્લેષણ કરવા માટેની માહિતી ઇલેક્ટ્રોન કેપ્ચર ઇવેન્ટ્સમાંથી આવે છે, તો સિમ્યુલેટેડ ગામા રિસ્પોન્સ મેટ્રિક્સ વિવિધ ઊર્જાઓના વ્યક્તિગત મોનોએનર્જેટિક γ કિરણોના સિમ્યુલેટેડ પ્રતિસાદોનો ઉપયોગ કરીને બનાવવો આવશ્યક છે. આ મેટ્રિક્સ ડિટેક્ટર પર રિસ્પોન્સ ફંક્શનની અવલંબન સંબંધિત માહિતી ધરાવે છે. જે સ્તરની યોજના માપવામાં આવી રહી છે તેના પરની નિર્ભરતાનો પણ સમાવેશ કરવા માટે, ઉપરોક્ત મેટ્રિક્સને અગાઉ ગણવામાં આવેલા શાખા ગુણોત્તર મેટ્રિક્સ સાથે ગૂંચવવું જોઈએ. આ રીતે, અંતિમ વૈશ્વિક પ્રતિસાદ R પ્રાપ્ત થાય છે. સહાયક ડિટેક્ટર્સ ટી. એ. એસ. તકનીકનો ઉપયોગ કરતી વખતે ધ્યાનમાં રાખવાની એક મહત્વપૂર્ણ બાબત એ છે કે, જો ટૂંકા અર્ધ-જીવનવાળા કેન્દ્રકને માપવામાં આવે, તો ઊર્જા વર્ણપટ ક્ષય સાંકળમાં ઉત્પન્ન થતા પુત્રી કેન્દ્રકના ગામા કાસ્કેડ્સથી દૂષિત થશે. સામાન્ય રીતે ટીએએસ ડિટેક્ટર્સમાં એક્સ-રે, ઇલેક્ટ્રોન અથવા પોઝિટ્રોન જેવા ગૌણ કિરણોત્સર્ગને માપવા માટે તેમની અંદર આનુષંગિક ડિટેક્ટર્સ મૂકવાની સંભાવના હોય છે. આ રીતે વિશ્લેષણ દરમિયાન ક્ષયના અન્ય ઘટકોને ટેગ કરવું શક્ય છે, જે તમામ વિવિધ કેન્દ્રકો (આઇસોબેરિક વિભાજન) માંથી આવતા યોગદાનને અલગ કરવાની મંજૂરી આપે છે. ISOLDE ખાતે વિશ્વના ટીએએસ ડિટેક્ટર્સ 1970માં, ISOLDE ખાતે 15 સે. મી. વ્યાસ અને 10 સે. મી. લંબાઈના બે નળાકાર એન. એ. આઈ. ડિટેક્ટર્સ ધરાવતા સ્પેક્ટ્રોમીટરનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો. જી. એસ. આઈ. ખાતે ટી. એ. એસ. જી. એસ. આઈ. ખાતે સ્થાપિત ટી. એ. એસ. માપન મથક પાસે ટેપ પરિવહન પ્રણાલી હતી જે વિભાજકમાંથી બહાર આવતા આયનોના સંગ્રહને મંજૂરી આપે છે (તેઓ ટેપમાં રોપવામાં આવ્યા હતા), અને તે આયનોના સંગ્રહની સ્થિતિમાંથી કેન્દ્રમાં પરિવહનને મંજૂરી આપે છે. આ સુવિધા ખાતે ટી. એ. એસ. એ સમપ્રમાણતા અક્ષની દિશામાં કેન્દ્રિત નળાકાર છિદ્ર સાથે, ± = એચ = 35.6 સે. મી. ના નળાકાર એન. એ. આઈ. સ્ફટિકથી બનેલું હતું. આ છિદ્ર પ્લગ ડિટેક્ટર (4.7x15.0 સે. મી.) દ્વારા એક ધારક સાથે ભરવામાં આવ્યું હતું જે સહાયક ડિટેક્ટર્સ અને ટેપ માટે બે રોલરોને મૂકવાની મંજૂરી આપે છે. લ્યુક્રેસિયા માપન સ્ટેશન આ માપન સ્ટેશન, જે એક ISOLDE બીમલાઇનના અંતે સ્થાપિત થયેલ છે, તેમાં એક ટીએએસ અને એક ટેપ સ્ટેશનનો સમાવેશ થાય છે. આ સ્ટેશનમાં, ટેપને પકડવા માટે બીમ પાઇપનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે. બીમ ટીએએસની બહાર ટેપમાં રોપવામાં આવે છે, જે પછી માપન માટે ડિટેક્ટરના કેન્દ્રમાં પરિવહન કરવામાં આવે છે. આ સ્ટેશન પર રોલરોની સ્થિતિ બદલીને ટી. એ. એસ. ની મધ્યમાં સીધા જ બીમ રોપવું પણ શક્ય છે. પછીની પ્રક્રિયા ખૂબ જ ટૂંકા અર્ધ-જીવન સાથે વધુ વિદેશી કેન્દ્રકના માપનને મંજૂરી આપે છે. લુક્રેસિયા આ સ્ટેશન પર ટીએએસ છે. તે φ = h = 38 સે. મી. (આપણા જ્ઞાનમાં અત્યાર સુધીનું સૌથી મોટું) સાથે નળાકાર આકારના NaI (Tl) સામગ્રીના એક ટુકડામાંથી બનેલું છે. તે 7.5 સે. મી. વ્યાસની નળાકાર પોલાણ ધરાવે છે જે તેની સમપ્રમાણતા અક્ષને લંબરૂપ રીતે પસાર થાય છે. આ છિદ્રનો હેતુ બીમ પાઇપને માપનની સ્થિતિ સુધી પહોંચવાની મંજૂરી આપવાનો છે જેથી ટેપને ડિટેક્ટરની મધ્યમાં ગોઠવી શકાય. તે ટેપમાં રોપવામાં આવેલી પ્રવૃત્તિ (x કિરણો, e−/e +, વગેરે) દ્વારા ઉત્સર્જિત અન્ય પ્રકારના કિરણોત્સર્ગને માપવા માટે વિરુદ્ધ બાજુએ આનુષંગિક ડિટેક્ટર્સ મૂકવાની પણ મંજૂરી આપે છે. જો કે, આ છિદ્રની હાજરી આ ડિટેક્ટરને જી. એસ. આઈ. ટી. એ. એસ. (લુક્રેસિયાની કુલ કાર્યક્ષમતા 300 થી 3000 કેવી) ની સરખામણીમાં ઓછી કાર્યક્ષમ બનાવે છે. લુક્રેસિયાનો પ્રકાશ 8 ફોટોમલ્ટીપ્લાયર દ્વારા એકત્રિત કરવામાં આવે છે. માપન દરમિયાન લ્યુક્રેસિયાને કુલ ગણતરી દર પર માપવામાં આવે છે જે 10 કિલોહર્ટ્ઝથી વધુ ન હોય જેથી બીજા અને ઉચ્ચ ક્રમના પાઈલઅપ યોગદાનને ટાળી શકાય. ટી. એ. એસ. ની આસપાસ ચાર સ્તરોથી બનેલું 19.2 સે. મી. જાડું રક્ષણ બોક્સ છેઃ પોલિઇથિલિન, સીસું, તાંબુ અને એલ્યુમિનિયમ. તેનો હેતુ મોટાભાગના બાહ્ય કિરણોત્સર્ગ (ન્યુટ્રોન, કોસ્મિક કિરણો અને ઓરડાની પૃષ્ઠભૂમિ) ને શોષી લેવાનો છે. પેન્ડેમોનિયમ અસર સિન્ટિલેશન કાઉન્ટર સંદર્ભો બાહ્ય લિંક્સ ઓન-લાઇન આઇસોટોપ માસ સેપરેટર પ્રાયોગિક હોલ પણ જુઓ, જ્યાં લુક્રેસિયા સ્થાપિત છે. ગામા સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી જૂથ, કુલ શોષણ સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી માપન માટે સમર્પિત છે. પાર્ટિકલ ડિટેક્ટર્સ ન્યુક્લિયર ફિઝિક્સ રેડિયોએક્ટિવિટી પ્રાયોગિક ભૌતિકશાસ્ત્ર