Total absorption spectroscopy
कुल अवशोषण स्पेक्ट्रोस्कोपी एक माप तकनीक है जो विभिन्न परमाणु गामा संक्रमणों में उत्सर्जित गामा विकिरण को मापने की अनुमति देती है जो बीटा क्षय प्रक्रिया के माध्यम से अपने अस्थिर माता-पिता के क्षय होने के बाद बेटी नाभिक में हो सकता है। इस तकनीक का उपयोग स्थिरता से दूर नाभिक के लिए पूर्ण क्षय ऊर्जा खिड़की के भीतर बीटा फीडिंग माप से संबंधित बीटा क्षय अध्ययन के लिए किया जा सकता है। इसे एक विशेष प्रकार के डिटेक्टर, "कुल अवशोषण स्पेक्ट्रोमीटर" (टी. ए. एस.) के साथ लागू किया जाता है, जो एक सिंटिलेटर क्रिस्टल से बना होता है जो लगभग पूरी तरह से मापी जाने वाली गतिविधि को घेरता है, जो लगभग 4π के ठोस कोण को कवर करता है। इसके अलावा, एक आदर्श मामले में, यह इतना मोटा होना चाहिए कि इसकी चरम दक्षता 100% के करीब हो, इस तरह इसकी कुल दक्षता भी 100% के बहुत करीब है (यह एक कारण है कि इसे "कुल" अवशोषण स्पेक्ट्रोस्कोपी कहा जाता है)। अंत में, यह किसी भी अन्य प्रकार के विकिरण के प्रति अंधा होना चाहिए। अध्ययन के तहत क्षय में उत्पादित गामा किरणों को सिंटिलेटर सामग्री से जुड़े फोटोमल्टीप्लायरों द्वारा एकत्र किया जाता है। यह तकनीक पांडेमोनियम प्रभाव की समस्या को हल कर सकती है। टी. ए. एस. के साथ मापने पर दर्शन में परिवर्तन होता है। अलग-अलग गामा किरणों का पता लगाने के बजाय (जैसा कि उच्च-रिज़ॉल्यूशन डिटेक्टर करते हैं), यह क्षय में उत्सर्जित गामा कैस्केड का पता लगाएगा। फिर, अंतिम ऊर्जा वर्णक्रम विभिन्न परिवर्तनों से आने वाले विभिन्न ऊर्जा शिखरों का संग्रह नहीं होगा (जैसा कि जर्मेनियम डिटेक्टर के मामले में उम्मीद की जा सकती है), बल्कि एक ऊर्जा पर स्थित शिखरों का संग्रह होगा जो प्रत्येक स्तर से उत्सर्जित कैस्केड के सभी गामाओं की विभिन्न ऊर्जाओं का योग है। इसका मतलब है कि टी. ए. एस. के साथ मापा जाने वाला ऊर्जा वर्णक्रम वास्तव में नाभिक के स्तरों का एक वर्णक्रम होगा, जहां प्रत्येक शिखर क्षय में आबाद एक स्तर है। चूँकि इन डिटेक्टरों की दक्षता 100% के करीब है, इसलिए उच्च उत्तेजना स्तर तक फ़ीडिंग देखना संभव है जिसे आमतौर पर उच्च-रिज़ॉल्यूशन डिटेक्टरों द्वारा नहीं देखा जा सकता है। यह बीटा फीडिंग को मापने और जटिल क्षय योजनाओं के लिए सटीक बीटा तीव्रता (आई. बी. ए.) वितरण प्रदान करने के लिए कुल अवशोषण स्पेक्ट्रोस्कोपी को सबसे अच्छा तरीका बनाता है। एक आदर्श मामले में, मापा स्पेक्ट्रम बीटा फीडिंग (Iβ) के समानुपाती होगा। लेकिन एक वास्तविक टी. ए. एस. में सीमित दक्षता और संकल्प होता है, और आई. बी. ए. को भी मापा स्पेक्ट्रम से निकाला जाता है, जो स्पेक्ट्रोमीटर प्रतिक्रिया पर निर्भर करता है। टी. ए. एस. डेटा का विश्लेषण सरल नहीं हैः मापा डेटा से ताकत प्राप्त करने के लिए, एक विकेंद्रीकरण प्रक्रिया लागू की जानी चाहिए। टी. ए. एस. डेटा के लिए विश्लेषण विधि टी. ए. एस. के साथ मापा गया डेटा का जटिल विश्लेषण एक रैखिक समस्या के समाधान तक कम किया जा सकता हैः डी = आर. आई. यह देखते हुए कि यह मापा गया डेटा (डी) को फ़ीडिंग (आई) से संबंधित करता है जिससे बीटा तीव्रता वितरण आई. बी. ए. प्राप्त किया जा सकता है। आर डिटेक्टर का प्रतिक्रिया मैट्रिक्स है (जिसका अर्थ है कि एक निश्चित स्तर को भरने वाले क्षय से स्पेक्ट्रम के निश्चित बिन में गिनती होने की संभावना)। फलन आर डिटेक्टर पर निर्भर करता है लेकिन उस विशेष स्तर की योजना पर भी निर्भर करता है जिसे मापा जा रहा है। डेटा d से i का मान निकालने में सक्षम होने के लिए समीकरण को उल्टा करना पड़ता है (इस समीकरण को "व्युत्क्रम समस्या" भी कहा जाता है)। दुर्भाग्य से यह आसानी से नहीं किया जा सकता है क्योंकि जब वे उच्च उत्तेजना ऊर्जा पर होते हैं जहां स्तर घनत्व अधिक होता है तो आस-पास के स्तरों के पोषण के लिए समान प्रतिक्रिया होती है। दूसरे शब्दों में, यह तथाकथित "खराब स्थिति" वाली समस्याओं में से एक है, जिसके लिए मापदंडों के कई सेट एक ही डेटा सेट को बारीकी से पुनः उत्पन्न कर सकते हैं। फिर, i को खोजने के लिए, प्रतिक्रिया प्राप्त करनी होती है जिसके लिए शाखा अनुपात और डिटेक्टर की ज्यामिति के सटीक अनुकरण की आवश्यकता होती है। उपयोग की जाने वाली टी. ए. एस. की दक्षता जितनी अधिक होगी, शाखा अनुपात पर प्रतिक्रिया की निर्भरता उतनी ही कम होगी। फिर एक प्रशंसनीय अनुमान से हाथ से अज्ञात शाखा अनुपात को पेश करना संभव है। सांख्यिकीय मॉडल के माध्यम से एक अच्छा अनुमान लगाया जा सकता है। फिर फ़ीडिंग खोजने की प्रक्रिया पुनरावृत्त हैः व्युत्क्रम समस्या को हल करने के लिए अपेक्षा-अधिकतमकरण एल्गोरिथ्म का उपयोग करना, फिर फ़ीडिंग खोजने की प्रक्रिया पुनरावृत्त हैः व्युत्क्रम समस्या को हल करने के लिए अपेक्षा-अधिकतमकरण एल्गोरिथ्म का उपयोग करना, फ़ीडिंग निकाली जाती है; यदि वे प्रयोगात्मक डेटा को पुनः उत्पन्न नहीं करते हैं, तो इसका मतलब है कि शाखा अनुपात का प्रारंभिक अनुमान गलत है और इसे बदलना होगा (निश्चित रूप से, विश्लेषण के अन्य मापदंडों के साथ खेलना संभव है)। इस प्रक्रिया को कम संख्या में चरणों में दोहराते हुए, डेटा को अंत में पुनः प्रस्तुत किया जाता है। शाखा अनुपात गणना इस समस्या से निपटने का सबसे अच्छा तरीका कम उत्तेजना ऊर्जा पर असतत स्तरों का एक सेट और उच्च ऊर्जा पर बिन किए गए स्तरों का एक सेट रखना है। कम ऊर्जा पर सेट को ज्ञात माना जाता है और इसे डेटाबेस से लिया जा सकता है (उदाहरण के लिए, [ई. एन. एस. डी. एफ.] डेटाबेस, जिसमें पहले से ही उच्च रिज़ॉल्यूशन तकनीक के साथ मापा गया है)। उच्च ऊर्जा पर सेट अज्ञात है और ज्ञात भाग के साथ ओवरलैप नहीं करता है। इस गणना के अंत में, क्यू मान विंडो (ज्ञात और अज्ञात) के अंदर स्तरों के पूरे क्षेत्र को बिन किया जाता है। विश्लेषण के इस चरण में ज्ञात स्तरों को जोड़ने वाले संक्रमणों के लिए आंतरिक रूपांतरण गुणांक को जानना महत्वपूर्ण है। आंतरिक रूपांतरण गुणांक को γ उत्सर्जन के माध्यम से उन पर ई-उत्सर्जन के माध्यम से डी-उत्तेजनाओं की संख्या के रूप में परिभाषित किया गया है। यदि आंतरिक रूपांतरण होता है, तो नाभिक के ई. एम. बहुध्रुवीय क्षेत्रों के परिणामस्वरूप एक फोटॉन का उत्सर्जन नहीं होता है, इसके बजाय, क्षेत्र परमाणु इलेक्ट्रॉनों के साथ बातचीत करते हैं और एक इलेक्ट्रॉन को परमाणु से उत्सर्जित करते हैं। बीटा क्षय के बाद उत्सर्जित होने वाला गामा छूट जाता है, और γ तीव्रता तदनुसार कम हो जाती हैः IT = Iγ + Ie− = Iγ (1 + αe), इसलिए इस घटना को गणना में ध्यान में रखा जाना चाहिए। इसके अलावा, एक्स किरणें इलेक्ट्रॉन रूपांतरण प्रक्रिया से आने वाली किरणों से दूषित हो जाएंगी। यह इलेक्ट्रॉन ग्रहण क्षय में महत्वपूर्ण है, क्योंकि यह किसी भी एक्स-रे गेटेड स्पेक्ट्रा के परिणामों को प्रभावित कर सकता है यदि आंतरिक रूपांतरण मजबूत है। कम ऊर्जा और उच्च बहुध्रुवीयताओं के लिए इसकी संभावना अधिक है। संपूर्ण शाखा अनुपात मैट्रिक्स प्राप्त करने के तरीकों में से एक सांख्यिकीय परमाणु मॉडल का उपयोग करना है। यह मॉडल औसत स्तर के घनत्व और औसत गामा शक्ति कार्यों से एक द्विखण्डित शाखा अनुपात मैट्रिक्स उत्पन्न करता है। अज्ञात भाग के लिए, औसत शाखा अनुपात की गणना की जा सकती है, जिसके लिए कई मापदंडों को चुना जा सकता है, जबकि ज्ञात भाग के लिए डेटाबेस में जानकारी का उपयोग किया जाता है। प्रतिक्रिया अनुकरण गामा स्रोतों का उत्पादन करना संभव नहीं है जो टी. ए. एस. डिटेक्टर की प्रतिक्रिया की सटीक गणना करने के लिए आवश्यक सभी ऊर्जाओं का उत्सर्जन करते हैं। इस कारण से, प्रतिक्रिया का मोंटेकार्लो अनुकरण करना बेहतर है। इस अनुकरण को विश्वसनीय बनाने के लिए, क्षय में उत्सर्जित सभी कणों की अंतःक्रिया (γ, e−/e +, ऑगर e, x किरणें, आदि)। सटीक रूप से प्रतिरूपण करना होगा, और इन कणों के रास्ते में ज्यामिति और सामग्री को अच्छी तरह से पुनः उत्पन्न करना होगा। इसके अलावा, सिंटिलेटर के प्रकाश उत्पादन को भी शामिल करना होगा। इस अनुकरण को करने का तरीका डी. कैनो-ओट एट अल द्वारा कागज में विस्तार से समझाया गया है। GEANT3 और GEANT4 इस तरह के अनुकरण के लिए अच्छी तरह से अनुकूल हैं। यदि टी. ए. एस. डिटेक्टर की सिंटिलेटर सामग्री प्रकाश उत्पादन में गैर-आनुपातिकता से ग्रस्त है, तो एक कैस्केड द्वारा उत्पादित चोटियों को बहुलता में प्रत्येक वृद्धि के लिए आगे विस्थापित किया जाएगा और इन चोटियों की चौड़ाई समान ऊर्जा वाले एकल चोटियों की चौड़ाई से अलग होगी। इस प्रभाव को सिमुलेशन में हाइपरबोलिक सिंटिलेशन दक्षता के माध्यम से पेश किया जा सकता है। प्रकाश उत्पादन का अनुकरण टी. ए. एस. स्पेक्ट्रम के शिखरों को चौड़ा करेगा; हालाँकि, यह अभी भी प्रयोगात्मक शिखरों की वास्तविक चौड़ाई को पुनः उत्पन्न नहीं करता है। मापन के दौरान अतिरिक्त सांख्यिकीय प्रक्रियाएँ होती हैं जो ऊर्जा संग्रह को प्रभावित करती हैं और मोंटेकार्लो में शामिल नहीं होती हैं। इसका प्रभाव टी. ए. एस. प्रायोगिक चोटियों का एक अतिरिक्त चौड़ीकरण है। चूँकि मोंटेकार्लो के साथ पुनरुत्पादित चोटियों की सही चौड़ाई नहीं होती है, इसलिए नकली प्रतिक्रिया पर एक अनुभवजन्य वाद्य समाधान वितरण के साथ एक अभिसरण लागू करना पड़ता है। अंत में, यदि विश्लेषण किए जाने वाले डेटा इलेक्ट्रॉन कैप्चर घटनाओं से आते हैं, तो कई ऊर्जाओं की व्यक्तिगत मोनोएनर्जेटिक γ किरणों के लिए नकली प्रतिक्रियाओं का उपयोग करके एक नकली गामा प्रतिक्रिया मैट्रिक्स का निर्माण किया जाना चाहिए। इस मैट्रिक्स में डिटेक्टर पर प्रतिक्रिया कार्य की निर्भरता से संबंधित जानकारी होती है। जिस स्तर की योजना को मापा जा रहा है, उस पर निर्भरता को भी शामिल करने के लिए, उपर्युक्त मैट्रिक्स को पहले गणना किए गए शाखा अनुपात मैट्रिक्स के साथ संयोजित किया जाना चाहिए। इस तरह अंतिम वैश्विक प्रतिक्रिया आर प्राप्त होती है। सहायक डिटेक्टर टी. ए. एस. तकनीक का उपयोग करते समय ध्यान में रखने वाली एक महत्वपूर्ण बात यह है कि यदि छोटे अर्ध-जीवन वाले नाभिक को मापा जाता है, तो ऊर्जा स्पेक्ट्रम क्षय श्रृंखला में उत्पादित डॉटर नाभिक के गामा कैस्केड से दूषित हो जाएगा। आम तौर पर टी. ए. एस. डिटेक्टरों के पास एक्स-रे, इलेक्ट्रॉन या पॉज़िट्रॉन जैसे द्वितीयक विकिरण को मापने के लिए सहायक डिटेक्टरों को अपने अंदर रखने की संभावना होती है। इस तरह विश्लेषण के दौरान क्षय के अन्य घटकों को टैग करना संभव है, जिससे सभी अलग-अलग नाभिक (आइसोबैरिक पृथक्करण) से आने वाले योगदान को अलग करने की अनुमति मिलती है। आई. एस. ओ. एल. डी. ई. में विश्व टी. ए. एस. डिटेक्टर 1970 में, आई. एस. ओ. एल. डी. ई. में 15 से. मी. व्यास और 10 से. मी. लंबाई के दो बेलनाकार एन. ए. आई. डिटेक्टरों से युक्त एक स्पेक्ट्रोमीटर का उपयोग किया गया था। जी. एस. आई. में टी. ए. एस. जी. एस. आई. में स्थापित टी. ए. एस. मापन केंद्र में एक टेप परिवहन प्रणाली थी जो विभाजक से बाहर आने वाले आयनों के संग्रह की अनुमति देती थी (उन्हें टेप में प्रत्यारोपित किया गया था), और माप के लिए उन आयनों को संग्रह स्थिति से टी. ए. एस. के केंद्र तक ले जाने की अनुमति देती थी (टेप की गति के माध्यम से)। इस सुविधा में टी. ए. एस. समरूपता अक्ष की दिशा में एक संकेंद्रित बेलनाकार छेद के साथ एक बेलनाकार एन. ए. आई. क्रिस्टल से बना था। इस छेद को एक प्लग डिटेक्टर (4.7x15.0 cm) द्वारा एक धारक के साथ भरा गया था जो एक टेप के लिए सहायक डिटेक्टर और दो रोलर की नियुक्ति की अनुमति देता था। लुक्रेसिया मापन स्टेशन इस माप स्टेशन में एक टी. ए. एस. और एक टेप स्टेशन होता है, जो आई. एस. ओ. एल. डी. ई. बीमलाइन के अंत में स्थापित होता है। इस स्टेशन में टेप को पकड़ने के लिए एक बीम पाइप का उपयोग किया जाता है। बीम को टी. ए. एस. के बाहर टेप में प्रत्यारोपित किया जाता है, जिसे फिर माप के लिए डिटेक्टर के केंद्र में ले जाया जाता है। इस स्टेशन में रोलर्स की स्थिति को बदलकर सीधे टी. ए. एस. के केंद्र में बीम को प्रत्यारोपित करना भी संभव है। बाद की प्रक्रिया बहुत कम अर्ध-जीवन के साथ अधिक विदेशी नाभिक के माप की अनुमति देती है। इस स्टेशन पर लुक्रेसिया टी. ए. एस. है। यह NaI (Tl) सामग्री के एक टुकड़े से बना है जो बेलनाकार रूप से φ = h = 38 सेमी (हमारे ज्ञान के अनुसार अब तक का सबसे बड़ा निर्मित) के आकार का है। इसमें 7.5 से. मी. व्यास की एक बेलनाकार गुहा है जो अपनी समरूपता अक्ष के लंबवत से गुजरती है। इस छेद का उद्देश्य बीम पाइप को माप की स्थिति तक पहुंचने देना है ताकि टेप को डिटेक्टर के केंद्र में रखा जा सके। यह टेप में प्रत्यारोपित गतिविधि (एक्स किरणें, ई-/ ई +, आदि) द्वारा उत्सर्जित अन्य प्रकार के विकिरण को मापने के लिए विपरीत दिशा में सहायक डिटेक्टरों को लगाने की भी अनुमति देता है। हालांकि, इस छेद की उपस्थिति इस डिटेक्टर को जीएसआई टीएएस (लुक्रेसिया की कुल दक्षता 300 से 3000 केवी तक लगभग 90 प्रतिशत है) की तुलना में कम कुशल बनाती है। लुक्रेसिया का प्रकाश 8 फोटोमल्टीप्लायरों द्वारा एकत्र किया जाता है। माप के दौरान लुक्रेसिया को कुल गिनती दर पर मापा जाता है जो 10 किलोहर्ट्ज़ से अधिक नहीं है ताकि दूसरे और उच्च क्रम के ढेर योगदान से बचा जा सके। टी. ए. एस. के चारों ओर चार परतोंः पॉलीइथिलीन, सीसा, तांबा और एल्यूमीनियम से बना 19.2 से. मी. मोटा एक कवच बॉक्स है। इसका उद्देश्य अधिकांश बाहरी विकिरण (न्यूट्रॉन, ब्रह्मांडीय किरणें और कमरे की पृष्ठभूमि) को अवशोषित करना है। पैनडेमोनियम प्रभाव सिंटिलेशन काउंटर संदर्भ भी देखें बाहरी लिंक ऑन-लाइन आइसोटोप मास सेपरेटर प्रायोगिक कक्ष, जहां लुक्रेसिया स्थापित है। गामा स्पेक्ट्रोस्कोपी समूह, कुल अवशोषण स्पेक्ट्रोस्कोपी माप के लिए समर्पित। कण डिटेक्टर परमाणु भौतिकी रेडियोधर्मिता प्रायोगिक भौतिकी