Total absorption spectroscopy
کل جذب سپیکٹروسکوپی ایک پیمائش کی تکنیک ہے جو مختلف جوہری گاما منتقلی میں خارج ہونے والی گاما تابکاری کی پیمائش کی اجازت دیتی ہے جو بیٹا انحطاط کے عمل کے ذریعے اس کے غیر مستحکم والدین کے سڑنے کے بعد بیٹی کے مرکزے میں ہو سکتی ہے۔ اس تکنیک کو استحکام سے دور نیوکلئی کے لیے مکمل ڈیک انرجی ونڈو کے اندر بیٹا فیڈنگ پیمائش سے متعلق بیٹا ڈیک اسٹڈیز کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔ اسے ایک خاص قسم کے ڈٹیکٹر، "کل جذب سپیکٹرومیٹر" (ٹی اے ایس) کے ساتھ لاگو کیا جاتا ہے، جو ایک سنٹیلیٹر کرسٹل سے بنا ہوتا ہے جو پیمائش کی جانے والی سرگرمی کو تقریبا مکمل طور پر گھیرے ہوئے ہوتا ہے، جو تقریبا 4π کے ٹھوس زاویے کا احاطہ کرتا ہے۔ نیز، ایک مثالی صورت میں، یہ اتنا موٹا ہونا چاہیے کہ اس کی اعلی کارکردگی 100% کے قریب ہو، اس طرح اس کی کل کارکردگی بھی 100% کے بہت قریب ہے (یہ ان وجوہات میں سے ایک ہے جس کی وجہ سے اسے "کل" جذب سپیکٹروسکوپی کہا جاتا ہے)۔ آخر میں، اسے کسی بھی دوسری قسم کی تابکاری سے اندھا ہونا چاہیے۔ زیر مطالعہ سڑنے میں پیدا ہونے والی گاما شعاعیں سنٹیلیٹر مواد سے منسلک فوٹو ملٹی پلیئرز کے ذریعے جمع کی جاتی ہیں۔ یہ تکنیک پانڈمونیم اثر کے مسئلے کو حل کر سکتی ہے۔ ٹی اے ایس سے پیمائش کرتے وقت فلسفے میں تبدیلی آتی ہے۔ انفرادی گاما شعاعوں کا پتہ لگانے کے بجائے (جیسا کہ ہائی ریزولوشن ڈٹیکٹر کرتے ہیں)، یہ سڑنے میں خارج ہونے والے گاما جھرنوں کا پتہ لگائے گا۔ پھر، حتمی توانائی سپیکٹرم مختلف منتقلی سے آنے والی مختلف توانائی کی چوٹیوں کا مجموعہ نہیں ہوگا (جیسا کہ جرمنیم ڈٹیکٹر کے معاملے میں توقع کی جا سکتی ہے)، بلکہ ایک ایسی توانائی پر واقع چوٹیوں کا مجموعہ ہوگا جو ہر سطح سے خارج ہونے والے جھرن کے تمام گاماؤں کی مختلف توانائیوں کا مجموعہ ہے۔ اس کا مطلب یہ ہے کہ ٹی اے ایس کے ساتھ ماپا جانے والا توانائی سپیکٹرم حقیقت میں مرکزوں کی سطحوں کا ایک سپیکٹرم ہوگا، جہاں ہر چوٹی سڑنے میں آباد سطح ہے۔ چونکہ ان ڈٹیکٹرز کی کارکردگی 100% کے قریب ہے، اس لیے اعلی جوش و خروش کی سطح تک کھانا کھلانا ممکن ہے جو عام طور پر ہائی ریزولوشن ڈٹیکٹرز کے ذریعے نہیں دیکھا جا سکتا۔ یہ مکمل جذب سپیکٹروسکوپی کو بیٹا فیڈنگ کی پیمائش کرنے اور پیچیدہ ڈیک اسکیموں کے لیے درست بیٹا شدت (Iβ) کی تقسیم فراہم کرنے کا بہترین طریقہ بناتا ہے۔ ایک مثالی صورت میں، ماپا ہوا سپیکٹرم بیٹا فیڈنگ (Iβ) کے متناسب ہوگا۔ لیکن ایک حقیقی ٹی اے ایس کی کارکردگی اور ریزولوشن محدود ہوتی ہے، اور آئی بی اے کو بھی ماپا سپیکٹرم سے نکالنا پڑتا ہے، جو سپیکٹرومیٹر کے ردعمل پر منحصر ہوتا ہے۔ ٹی اے ایس ڈیٹا کا تجزیہ آسان نہیں ہے: پیمائش شدہ ڈیٹا سے طاقت حاصل کرنے کے لیے، ڈیکونولوشن کا عمل لاگو کیا جانا چاہیے۔ ٹی اے ایس ڈیٹا کے لیے تجزیہ کا طریقہ ٹی اے ایس کے ساتھ ماپا جانے والے ڈیٹا کے پیچیدہ تجزیے کو ایک لکیری مسئلے کے حل تک کم کیا جا سکتا ہے: ڈی = ری یہ دیکھتے ہوئے کہ یہ ماپا ہوا ڈیٹا (ڈی) کا تعلق فیڈنگز (i) سے کرتا ہے جس سے بیٹا شدت کی تقسیم Iβ حاصل کی جا سکتی ہے۔ R ڈٹیکٹر کا رسپانس میٹرکس ہے (اس کا مطلب یہ ہے کہ اس بات کا امکان ہے کہ ایک خاص سطح کو کھانا کھلانے والا انحطاط سپیکٹرم کے مخصوص ڈبے میں شمار کرتا ہے)۔ فنکشن R کا انحصار ڈٹیکٹر پر ہوتا ہے بلکہ اس مخصوص سطح کی اسکیم پر بھی جس کی پیمائش کی جا رہی ہے۔ ڈیٹا d سے i کی قدر نکالنے کے قابل ہونے کے لیے مساوات کو الٹا کرنا پڑتا ہے (اس مساوات کو "الٹا مسئلہ" بھی کہا جاتا ہے)۔ بدقسمتی سے یہ آسانی سے نہیں کیا جا سکتا کیونکہ ملحقہ سطحوں کو کھانا کھلانے کے لیے اسی طرح کا ردعمل ہوتا ہے جب وہ اعلی محرک توانائیوں پر ہوتے ہیں جہاں سطح کی کثافت زیادہ ہوتی ہے۔ دوسرے لفظوں میں، یہ نام نہاد "غیر متزلزل" مسائل میں سے ایک ہے، جس کے لیے پیرامیٹرز کے کئی سیٹ ایک ہی ڈیٹا سیٹ کو قریب سے دوبارہ پیش کر سکتے ہیں۔ پھر، i کو تلاش کرنے کے لیے، ردعمل حاصل کرنا پڑتا ہے جس کے لیے شاخوں کے تناسب اور ڈٹیکٹر کی جیومیٹری کے عین مطابق تخروپن کی ضرورت ہوتی ہے۔ استعمال شدہ ٹی اے ایس کی کارکردگی جتنی زیادہ ہوگی، برانچنگ تناسب پر ردعمل کا انحصار اتنا ہی کم ہوگا۔ پھر قابل فہم اندازے سے ہاتھ سے نامعلوم شاخوں کے تناسب کو متعارف کرانا ممکن ہے۔ ایک اچھا اندازہ شماریاتی ماڈل کے ذریعے لگایا جا سکتا ہے۔ پھر فیڈنگ تلاش کرنے کا طریقہ کار تکرار ہے: الٹا مسئلہ حل کرنے کے لیے توقع-زیادہ سے زیادہ الگورتھم کا استعمال کرتے ہوئے، پھر فیڈنگ تلاش کرنے کا طریقہ کار تکرار ہے: الٹا مسئلہ حل کرنے کے لیے توقع-زیادہ سے زیادہ الگورتھم کا استعمال کرتے ہوئے، فیڈنگ نکالی جاتی ہے۔ اگر وہ تجرباتی ڈیٹا کو دوبارہ پیش نہیں کرتے ہیں، تو اس کا مطلب ہے کہ برانچنگ تناسب کا ابتدائی اندازہ غلط ہے اور اسے تبدیل کرنا پڑتا ہے (یقینا، تجزیہ کے دیگر پیرامیٹرز کے ساتھ کھیلنا ممکن ہے)۔ اس طریقہ کار کو کم تعداد میں مراحل میں بار بار دہرانے سے، ڈیٹا آخر کار دوبارہ پیش کیا جاتا ہے۔ برانچنگ تناسب کا حساب اس مسئلے سے نمٹنے کا بہترین طریقہ یہ ہے کہ کم محرک توانائیوں پر مجرد سطحوں کا ایک مجموعہ اور اعلی توانائیوں پر ڈبے دار سطحوں کا ایک مجموعہ رکھا جائے۔ کم توانائیوں پر سیٹ معلوم ہونا چاہیے اور اسے ڈیٹا بیس سے لیا جا سکتا ہے (مثال کے طور پر، [ای این ایس ڈی ایف] ڈیٹا بیس، جس میں ہائی ریزولوشن تکنیک کے ساتھ پہلے سے ناپی گئی معلومات موجود ہیں)۔ اعلی توانائیوں کا سیٹ نامعلوم ہے اور معلوم حصے کے ساتھ اوورلیپ نہیں ہوتا ہے۔ اس حساب کے اختتام پر، کیو ویلیو ونڈو (معلوم اور نامعلوم) کے اندر سطحوں کا پورا خطہ بائن کیا جاتا ہے۔ تجزیہ کے اس مرحلے پر معلوم سطحوں کو جوڑنے والی منتقلی کے لیے اندرونی تبدیلی کے گتانک کو جاننا ضروری ہے۔ اندرونی تبدیلی گتانک کو γ اخراج کے ذریعے ان پر e-اخراج کے ذریعے ڈی-ایکسائٹیشن کی تعداد کے طور پر بیان کیا گیا ہے۔ اگر اندرونی تبدیلی واقع ہوتی ہے تو، نیوکلئس کے ای ایم ملٹی پول فیلڈز کے نتیجے میں فوٹون کا اخراج نہیں ہوتا ہے، اس کے بجائے، فیلڈز جوہری الیکٹرانوں کے ساتھ تعامل کرتے ہیں اور ایٹم سے خارج ہونے والے الیکٹرانوں میں سے ایک کا سبب بنتے ہیں۔ وہ گاما جو بیٹا انحطاط کے بعد خارج ہوتا ہے چھوٹ جاتا ہے، اور γ کی شدت اسی کے مطابق کم ہو جاتی ہے: IT = Iγ + Ie− = Iγ (1 + αe)، لہذا اس رجحان کو حساب میں رکھنا پڑتا ہے۔ نیز، ایکس شعاعیں الیکٹران تبدیلی کے عمل سے آنے والی شعاعوں سے آلودہ ہوں گی۔ یہ الیکٹران کیپچر ڈیک میں اہم ہے، کیونکہ اگر اندرونی تبدیلی مضبوط ہو تو یہ کسی بھی ایکس رے گیٹڈ سپیکٹر کے نتائج کو متاثر کر سکتا ہے۔ کم توانائیوں اور اعلی کثیر قطبوں کے لیے اس کا امکان زیادہ ہے۔ مکمل برانچنگ تناسب میٹرکس حاصل کرنے کے طریقوں میں سے ایک شماریاتی نیوکلیئر ماڈل کا استعمال کرنا ہے۔ یہ ماڈل اوسط سطح کی کثافت اور اوسط گاما طاقت کے افعال سے بائنڈ برانچنگ تناسب میٹرکس تیار کرتا ہے۔ نامعلوم حصے کے لیے، اوسط برانچنگ تناسب کا حساب لگایا جا سکتا ہے، جس کے لیے کئی پیرامیٹرائزیشنز کا انتخاب کیا جا سکتا ہے، جبکہ معلوم حصے کے لیے ڈیٹا بیس میں موجود معلومات استعمال کی جاتی ہیں۔ ردعمل کا تخروپن گاما ذرائع پیدا کرنا ممکن نہیں ہے جو ٹی اے ایس ڈٹیکٹر کے ردعمل کا درست حساب لگانے کے لیے درکار تمام توانائیاں خارج کرتے ہیں۔ اس وجہ سے، ردعمل کا مونٹیکارلو تخروپن انجام دینا بہتر ہے۔ اس تخروپن کو قابل اعتماد بنانے کے لیے، سڑنے میں خارج ہونے والے تمام ذرات کا تعامل (γ، e−/e +، آگر e، x کرنیں، وغیرہ)۔ درست طریقے سے نمونہ بنانا ہوگا، اور ان ذرات کی شکل میں جیومیٹری اور مواد کو اچھی طرح سے دوبارہ پیش کرنا ہوگا۔ اس کے علاوہ، سنٹیلیٹر کی ہلکی پیداوار کو بھی شامل کرنا ہوگا۔ اس تخروپن کو انجام دینے کا طریقہ ڈی۔ کینو-اوٹ اور دیگر نے کاغذ میں تفصیل سے بیان کیا ہے۔ GEANT3 اور GEANT4 اس قسم کے تخروپن کے لیے اچھی طرح سے موزوں ہیں۔ اگر ٹی اے ایس ڈٹیکٹر کا سنٹیلیٹر مواد روشنی کی پیداوار میں غیر متناسب ہونے کا شکار ہوتا ہے، تو جھرن کے ذریعے پیدا ہونے والی چوٹیاں کثرت میں ہر اضافے کے لیے مزید بے گھر ہو جائیں گی اور ان چوٹیوں کی چوڑائی ایک ہی توانائی والی چوٹیوں کی چوڑائی سے مختلف ہوگی۔ یہ اثر تخروپن میں ہائپربولک سنٹلیشن کی کارکردگی کے ذریعے متعارف کرایا جا سکتا ہے۔ روشنی کی پیداوار کا تخروپن ٹی اے ایس سپیکٹرم کی چوٹیوں کو وسیع کرے گا ؛ تاہم، یہ اب بھی تجرباتی چوٹیوں کی حقیقی چوڑائی کو دوبارہ پیش نہیں کرتا ہے۔ پیمائش کے دوران اضافی شماریاتی عمل ہوتے ہیں جو توانائی جمع کرنے کو متاثر کرتے ہیں اور مونٹی کارلو میں شامل نہیں ہوتے ہیں۔ اس کا اثر ٹی اے ایس تجرباتی چوٹیوں کی اضافی چوڑائی ہے۔ چونکہ مونٹیکارلو کے ساتھ دوبارہ پیش کی گئی چوٹیوں کی صحیح چوڑائی نہیں ہے، اس لیے مصنوعی ردعمل پر تجرباتی آلات کے حل کی تقسیم کے ساتھ ایک ارتقاء کا اطلاق کرنا پڑتا ہے۔ آخر میں، اگر تجزیہ کیا جانے والا ڈیٹا الیکٹران کیپچر ایونٹس سے آتا ہے، تو متعدد توانائیوں کی انفرادی مونو اینرجیٹک γ کرنوں کے مصنوعی ردعمل کا استعمال کرتے ہوئے ایک مصنوعی گاما رسپانس میٹرکس بنایا جانا چاہیے۔ یہ میٹرکس ڈٹیکٹر پر رسپانس فنکشن کے انحصار سے متعلق معلومات پر مشتمل ہے۔ پیمائش کی جانے والی سطح کی اسکیم پر انحصار کو بھی شامل کرنے کے لیے، مذکورہ بالا میٹرکس کو پہلے شمار کیے گئے برانچنگ تناسب میٹرکس کے ساتھ جوڑنا چاہیے۔ اس طرح حتمی عالمی ردعمل R حاصل ہوتا ہے۔ معاون ڈٹیکٹر ٹی اے ایس تکنیک کا استعمال کرتے وقت ذہن میں رکھنے والی ایک اہم بات یہ ہے کہ، اگر مختصر نصف زندگی والے مرکزوں کی پیمائش کی جائے تو، توانائی کا سپیکٹرم ڈیک چین میں پیدا ہونے والے ڈٹر مرکزوں کے گاما جھرنوں سے آلودہ ہو جائے گا۔ عام طور پر ٹی اے ایس ڈٹیکٹرز میں ثانوی تابکاری جیسے ایکس رے، الیکٹرانوں یا پوزیٹرانوں کی پیمائش کے لیے ان کے اندر ذیلی ڈٹیکٹر لگانے کا امکان ہوتا ہے۔ اس طرح تجزیہ کے دوران انحطاط کے دیگر اجزاء کو ٹیگ کرنا ممکن ہے، جس سے تمام مختلف مرکزوں (آئسوبارک علیحدگی) سے آنے والی شراکت کو الگ کرنے کی اجازت ملتی ہے۔ 1970 میں، آئی ایس او ایل ڈی ای میں 15 سینٹی میٹر قطر اور 10 سینٹی میٹر لمبائی کے دو سلنڈریکل این اے آئی ڈٹیکٹر پر مشتمل ایک سپیکٹرومیٹر کا استعمال کیا گیا تھا۔ جی ایس آئی میں ٹی اے ایس جی ایس آئی میں نصب ٹی اے ایس پیمائش اسٹیشن میں ایک ٹیپ ٹرانسپورٹ سسٹم تھا جو جداکار سے نکلنے والے آئنوں کو جمع کرنے (انہیں ٹیپ میں لگایا گیا تھا)، اور ان آئنوں کو جمع کرنے کی پوزیشن سے ٹی اے ایس کے مرکز تک پیمائش کے لیے (ٹیپ کی حرکت کے ذریعے) منتقل کرنے کی اجازت دیتا تھا۔ اس سہولت پر ٹی اے ایس، سمیٹری محور کی سمت میں ایک متمرکز سلنڈریکل سوراخ کے ساتھ، φ = h = 35.6 سینٹی میٹر کے سلنڈریکل این اے آئی کرسٹل سے بنا تھا۔ یہ سوراخ ایک پلگ ڈٹیکٹر (4.7x15.0 سینٹی میٹر) کے ذریعے ایک ہولڈر کے ساتھ بھرا ہوا تھا جس سے ایک ٹیپ کے لیے ذیلی ڈٹیکٹر اور دو رولر لگانے کی اجازت ہوتی تھی۔ لوکریشیا پیمائش اسٹیشن یہ پیمائش اسٹیشن، جو ISOLDE بیم لائنوں میں سے ایک کے آخر میں نصب ہے، ایک ٹی اے ایس، اور ایک ٹیپ اسٹیشن پر مشتمل ہے۔ اس اسٹیشن میں ٹیپ کو پکڑنے کے لیے بیم پائپ کا استعمال کیا جاتا ہے۔ بیم کو ٹی اے ایس کے باہر ٹیپ میں لگایا جاتا ہے، جسے پھر پیمائش کے لیے ڈٹیکٹر کے مرکز میں منتقل کیا جاتا ہے۔ اس اسٹیشن میں رولروں کی پوزیشن تبدیل کر کے براہ راست ٹی اے ایس کے مرکز میں بیم لگانا بھی ممکن ہے۔ مؤخر الذکر طریقہ کار بہت مختصر نصف زندگی کے ساتھ زیادہ غیر ملکی مرکزوں کی پیمائش کی اجازت دیتا ہے۔ اس اسٹیشن پر لوکریشیا ٹی اے ایس ہے۔ یہ φ = h = 38 سینٹی میٹر (ہمارے علم کے مطابق اب تک کا سب سے بڑا) کے ساتھ بیلناکار شکل کے NaI (Tl) مواد کے ایک ٹکڑے سے بنا ہے۔ اس میں 7.5 سینٹی میٹر قطر کی بیلناکار کھوپڑی ہوتی ہے جو اس کے ہم آہنگی کے محور پر عمودی طور پر گزرتی ہے۔ اس سوراخ کا مقصد بیم پائپ کو پیمائش کی پوزیشن تک پہنچنے دینا ہے تاکہ ٹیپ کو ڈٹیکٹر کے مرکز میں رکھا جا سکے۔ یہ ٹیپ میں لگائی گئی سرگرمی (ایکس رے، ای −/ای +، وغیرہ) سے خارج ہونے والی دیگر اقسام کی تابکاری کی پیمائش کے لیے مخالف سمت میں ذیلی ڈٹیکٹر لگانے کی بھی اجازت دیتا ہے۔ تاہم، اس سوراخ کی موجودگی اس ڈٹیکٹر کو جی ایس آئی ٹی اے ایس کے مقابلے میں کم موثر بناتی ہے (لوکریشیا کی کل کارکردگی 300 سے 3000 کے وی تک تقریبا 90 فیصد ہے)۔ لوکریشیا کی روشنی 8 فوٹو ملٹی پلیئرز کے ذریعے جمع کی جاتی ہے۔ پیمائش کے دوران لوکریشیا کی پیمائش کل گنتی کی شرح پر کی جاتی ہے جو 10 کلو ہرٹز سے زیادہ نہیں ہوتی ہے تاکہ دوسرے اور اعلی درجے کے ڈھیر کی شراکت سے بچا جا سکے۔ ٹی اے ایس کے ارد گرد 19.2 سینٹی میٹر موٹا ایک شیلڈنگ باکس ہے جو چار تہوں سے بنا ہے: پولی تھیلین، سیسہ، تانبے اور ایلومینیم۔ اس کا مقصد زیادہ تر بیرونی تابکاری (نیوٹرون، کائناتی شعاعیں، اور کمرے کا پس منظر) کو جذب کرنا ہے۔ پینڈمونیم ایفیکٹ سنٹیلیشن کاؤنٹر حوالہ جات بھی دیکھیں بیرونی لنکس آن لائن آئسوٹوپ ماس سیپریٹر تجرباتی ہال، جہاں لوکریشیا نصب ہے۔ گاما سپیکٹروسکوپی گروپ، جو کل جذب سپیکٹروسکوپی پیمائش کے لیے وقف ہے۔ ذرات کا پتہ لگانے والے نیوکلیئر فزکس تابکاری تجرباتی طبیعیات