Neutron imaging
نیوٹرون امیجنگ نیوٹرون کے ساتھ تصویر بنانے کا عمل ہے۔ نتیجے میں آنے والی تصویر امیجڈ آبجیکٹ کی نیوٹرون ایٹینویشن خصوصیات پر مبنی ہوتی ہے۔ نتیجے میں آنے والی تصاویر میں صنعتی ایکس رے امیجز کے ساتھ بہت کچھ مشترک ہے، لیکن چونکہ یہ تصویر ایکس رے تخفیف کی خصوصیات کے بجائے نیوٹرون تخفیف کی خصوصیات پر مبنی ہے، اس لیے نیوٹرون امیجنگ کے ساتھ آسانی سے نظر آنے والی کچھ چیزیں ایکس رے امیجنگ تکنیک کے ساتھ دیکھنا بہت مشکل یا ناممکن ہو سکتی ہیں (اور اس کے برعکس)۔ ایکس رے کو مواد کی کثافت کی بنیاد پر کم کیا جاتا ہے۔ گھنے مواد زیادہ ایکس رے کو روکیں گے۔ نیوٹرانوں کے ساتھ، کسی مادے کے نیوٹرانوں کے کم ہونے کے امکان کا اس کی کثافت سے کوئی تعلق نہیں ہے۔ کچھ ہلکے مادے جیسے بوران نیوٹرانوں کو جذب کریں گے جبکہ ہائیڈروجن عام طور پر نیوٹرانوں کو منتشر کرے گا، اور بہت سی عام طور پر استعمال ہونے والی دھاتیں زیادہ تر نیوٹرانوں کو ان سے گزرنے دیتی ہیں۔ یہ بہت سی صورتوں میں نیوٹرون امیجنگ کو ایکس رے امیجنگ سے بہتر بنا سکتا ہے ؛ مثال کے طور پر، دھات کے اجزاء کے اندر او رنگ کی پوزیشن اور سالمیت کو دیکھنا، جیسے کہ سالڈ راکٹ بوسٹر کے حصوں کے جوڑوں کو دیکھنا۔ نیوٹرون کو جیمز چیڈوک نے 1932 میں دریافت کیا تھا۔ نیوٹرون ریڈیوگرافی کا پہلا مظاہرہ ہارٹموٹ کالمین اور ای کوہن نے 1930 کی دہائی کے آخر میں کیا تھا۔ انہوں نے دریافت کیا کہ نیوٹرانوں کے ساتھ بمباری پر، کچھ مواد تابکاری خارج کرتے ہیں جو فلم کو بے نقاب کر سکتے ہیں۔ یہ دریافت 1946 تک ایک تجسس بنی رہی جب پیٹرز نے کم معیار کے ریڈیوگراف بنائے۔ معقول معیار کے پہلے نیوٹرون ریڈیوگراف جے تھیولس (یوکے) نے 1955 میں بنائے تھے۔ 1960 کے آس پاس، ہیرالڈ برجر (امریکہ) اور جان پی بارٹن (برطانیہ) نے تابکار ری ایکٹر ایندھن کی تحقیقات کے لیے نیوٹرانوں کا جائزہ لینا شروع کیا۔ اس کے بعد، متعدد تحقیقی سہولیات تیار کی گئیں۔ پہلی تجارتی سہولیات 1960 کی دہائی کے آخر میں آن لائن آئیں، زیادہ تر ریاستہائے متحدہ اور فرانس میں، اور بالآخر کینیڈا، جاپان، جنوبی افریقہ، جرمنی اور سوئٹزرلینڈ سمیت دیگر ممالک میں۔ عمل نیوٹرون امیج، نیوٹرون کا ایک ذریعہ، خارج ہونے والے نیوٹرون کو کافی حد تک مونو ڈائرکشنل بیم میں شکل دینے کے لیے ایک کولیمیٹر، امیج کی جانے والی چیز، اور امیج کو ریکارڈ کرنے کے کچھ طریقہ کار کی ضرورت ہوتی ہے۔ نیوٹرون ذرائع عام طور پر نیوٹرون ماخذ ایک تحقیقی ری ایکٹر ہوتا ہے، جہاں فی یونٹ رقبے (بہاؤ) میں نیوٹرون کی ایک بڑی تعداد دستیاب ہوتی ہے۔ نیوٹرانوں کے آاسوٹوپ ذرائع کے ساتھ کچھ کام مکمل ہو چکے ہیں (بڑی حد تک کیلیفورنیایم-252 کا بے ساختہ فشن، بلکہ ایم-بی آاسوٹوپ ذرائع، اور دیگر)۔ ان پیشکشوں سے سرمایہ کی لاگت میں کمی آئی اور نقل و حرکت میں اضافہ ہوا، لیکن بہت کم نیوٹرون کی شدت اور نمایاں طور پر کم تصویری معیار کی قیمت پر۔ مزید برآں، نیوٹرانوں کے ایکسلریٹر ذرائع کی دستیابی میں اضافہ ہوا ہے، بشمول اسپلیشن کے اہداف کے ساتھ بڑے ایکسلریٹر اور یہ نیوٹرون امیجنگ کے لیے موزوں ذرائع ہو سکتے ہیں۔ ڈیوٹیریم-ڈیوٹیریم یا ڈیوٹیریم-ٹریٹیئم کے نیوٹران پیدا کرنے والے فیوژن رد عمل کا استعمال کرتے ہوئے پورٹیبل ایکسلریٹر پر مبنی نیوٹران جنریٹر۔ اعتدال پسندی نیوٹرانوں کے پیدا ہونے کے بعد، انہیں امیجنگ کے لیے مطلوبہ رفتار تک سست کرنے (حرکی توانائی میں کمی) کی ضرورت ہوتی ہے۔ یہ تھرمل نیوٹرون پیدا کرنے کے لیے کمرے کے درجہ حرارت پر پانی، پولی تھیلین، یا گریفائٹ کی کچھ لمبائی کی شکل اختیار کر سکتا ہے۔ ماڈریٹر میں نیوٹرون ایٹموں کے مرکزے سے ٹکرائیں گے اور اس طرح سست ہو جائیں گے۔ آخر کار ان نیوٹرانوں کی رفتار ماڈریٹر کے درجہ حرارت (حرکی توانائی کی مقدار) کی بنیاد پر کچھ تقسیم حاصل کرے گی۔ اگر زیادہ توانائی والے نیوٹرون مطلوب ہیں، تو ایک گریفائٹ ماڈریٹر کو زیادہ توانائی والے نیوٹرون پیدا کرنے کے لیے گرم کیا جا سکتا ہے (جسے ایپیتھرمل نیوٹرون کہا جاتا ہے)۔ کم توانائی والے نیوٹرانوں کے لیے، ایک کولڈ ماڈریٹر جیسے مائع ڈیوٹیریم (ہائیڈروجن کا ایک آاسوٹوپ)، کم توانائی والے نیوٹرون (کولڈ نیوٹرون) پیدا کرنے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔ اگر کوئی یا کم ماڈریٹر موجود نہ ہو تو اعلی توانائی والے نیوٹرون (تیز نیوٹرون کہلاتے ہیں) پیدا کیے جا سکتے ہیں۔ ماڈریٹر کا درجہ حرارت جتنا زیادہ ہوگا، اس کے نتیجے میں نیوٹرانوں کی حرکی توانائی اتنی ہی زیادہ ہوگی اور نیوٹرون اتنی ہی تیزی سے سفر کریں گے۔ عام طور پر، تیز نیوٹرون زیادہ گھسنے والے ہوں گے، لیکن اس رجحان سے کچھ دلچسپ انحراف موجود ہیں اور بعض اوقات نیوٹرون امیجنگ میں استعمال کیے جا سکتے ہیں۔ عام طور پر ایک امیجنگ سسٹم نیوٹرانوں کی صرف ایک توانائی پیدا کرنے کے لیے ڈیزائن اور ترتیب دیا جاتا ہے، جس میں زیادہ تر امیجنگ سسٹم تھرمل یا کولڈ نیوٹرون پیدا کرتے ہیں۔ کچھ حالات میں، نیوٹرانوں کی صرف ایک مخصوص توانائی کا انتخاب مطلوب ہو سکتا ہے۔ نیوٹرانوں کی ایک مخصوص توانائی کو الگ کرنے کے لیے، کرسٹل سے نیوٹرانوں کا بکھرنا یا ان کی رفتار کی بنیاد پر نیوٹرانوں کو الگ کرنے کے لیے نیوٹرون بیم کو کاٹنا اختیارات ہیں، لیکن یہ عام طور پر بہت کم نیوٹرون کی شدت پیدا کرتا ہے اور بہت طویل نمائش کا باعث بنتا ہے۔ عام طور پر یہ صرف تحقیقی ایپلی کیشنز کے لیے کیا جاتا ہے۔ یہ بحث تھرمل نیوٹرون امیجنگ پر مرکوز ہے، حالانکہ اس معلومات کا زیادہ تر اطلاق سردی اور ایپیتھرمل امیجنگ پر بھی ہوتا ہے۔ فاسٹ نیوٹرون امیجنگ ہوم لینڈ سیکیورٹی ایپلی کیشنز کے لیے دلچسپی کا ایک شعبہ ہے، لیکن فی الحال تجارتی طور پر دستیاب نہیں ہے اور عام طور پر یہاں بیان نہیں کیا گیا ہے۔ کولیمیشن ماڈریٹر میں، نیوٹرون بہت سی مختلف سمتوں میں سفر کر رہے ہوں گے۔ ایک اچھی تصویر پیدا کرنے کے لیے، نیوٹرانوں کو کافی یکساں سمت (عام طور پر قدرے مختلف) میں سفر کرنے کی ضرورت ہوتی ہے۔ اس کو پورا کرنے کے لیے، ایک یپرچر (ایک افتتاحی جو نیوٹران کو نیوٹران جذب کرنے والے مواد سے گھرا ہوا اس سے گزرنے دے گا)، کولیمیٹر میں داخل ہونے والے نیوٹران کو محدود کرتا ہے۔ نیوٹرون جذب کرنے والے مواد کے ساتھ کولیمیٹر کی کچھ لمبائی (جیسے۔ بوران) پھر نیوٹرانوں کو جذب کرتا ہے جو مطلوبہ سمت میں کولیمیٹر کی لمبائی میں سفر نہیں کر رہے ہیں۔ تصویر کے معیار اور نمائش کے وقت کے درمیان ایک ٹریڈ آف موجود ہے۔ ایک چھوٹا کولیمیشن سسٹم یا بڑا یپرچر زیادہ شدید نیوٹران بیم پیدا کرے گا لیکن نیوٹران وسیع تر مختلف زاویوں پر سفر کر رہے ہوں گے، جبکہ ایک لمبا کولیمیٹر یا چھوٹا یپرچر نیوٹران کے سفر کی سمت میں زیادہ یکسانیت پیدا کرے گا، لیکن نمایاں طور پر کم نیوٹران موجود ہوں گے اور اس کے نتیجے میں نمائش کا طویل وقت آئے گا۔ آبجیکٹ آبجیکٹ کو نیوٹرون بیم میں رکھا جاتا ہے۔ ایکس رے سسٹم کے ساتھ پائے جانے والوں سے بڑھتی ہوئی ہندسی بے ساختگی کو دیکھتے ہوئے، شے کو عام طور پر امیج ریکارڈنگ ڈیوائس کے جتنا ممکن ہو اتنا قریب رکھنے کی ضرورت ہوتی ہے۔ تبدیلی اگرچہ امیج ریکارڈنگ کے متعدد مختلف طریقے موجود ہیں، لیکن نیوٹرانوں کی پیمائش عام طور پر آسانی سے نہیں کی جاتی ہے اور انہیں تابکاری کی کسی دوسری شکل میں تبدیل کرنے کی ضرورت ہوتی ہے جس کا زیادہ آسانی سے پتہ لگایا جا سکے۔ اس کام کو انجام دینے کے لیے عام طور پر کنورژن اسکرین کی کچھ شکلیں استعمال کی جاتی ہیں، حالانکہ امیج کیپچر کے کچھ طریقے براہ راست امیج ریکارڈر میں کنورژن مواد کو شامل کرتے ہیں۔ اکثر یہ گیڈولینیم کی ایک پتلی پرت کی شکل اختیار کرتا ہے، جو تھرمل نیوٹرانوں کے لیے ایک بہت مضبوط جذب کنندہ ہے۔ گیڈولینیم کی 25 مائکرو میٹر کی پرت اس پر واقع تھرمل نیوٹرون کا 90 فیصد جذب کرنے کے لیے کافی ہے۔ کچھ حالات میں، دیگر عناصر جیسے بوران، انڈیم، سونا، یا ڈیسپروزیم استعمال کیا جا سکتا ہے یا مواد جیسے کہ ایل آئی ایف سنٹلیشن اسکرین جہاں کنورژن اسکرین نیوٹرانوں کو جذب کرتی ہے اور مرئی روشنی کا اخراج کرتی ہے۔ تصویری ریکارڈنگ نیوٹرون کے ساتھ تصاویر تیار کرنے کے لیے عام طور پر مختلف طریقے استعمال کیے جاتے ہیں۔ کچھ عرصہ پہلے تک، نیوٹرون امیجنگ عام طور پر ایکس رے فلم پر ریکارڈ کی جاتی تھی، لیکن اب مختلف قسم کے ڈیجیٹل طریقے دستیاب ہیں۔ نیوٹران ریڈیوگرافی (فلم) نیوٹران ریڈیوگرافی ایک نیوٹران امیج تیار کرنے کا عمل ہے جو فلم پر ریکارڈ کیا جاتا ہے۔ یہ عام طور پر نیوٹرون امیجنگ کی سب سے زیادہ ریزولوشن والی شکل ہے، حالانکہ مثالی سیٹ اپ کے ساتھ ڈیجیٹل طریقے حال ہی میں تقابلی نتائج حاصل کر رہے ہیں۔ سب سے زیادہ استعمال ہونے والا نقطہ نظر نیوٹرانوں کو اعلی توانائی والے الیکٹرانوں میں تبدیل کرنے کے لیے گیڈولینیم کنورژن اسکرین کا استعمال کرتا ہے، جو ایک ایملشن ایکس رے فلم کو بے نقاب کرتا ہے۔ براہ راست طریقہ بیم لائن میں موجود فلم کے ساتھ انجام دیا جاتا ہے، لہذا نیوٹرون تبادلوں کی اسکرین کے ذریعے جذب ہو جاتے ہیں جو فوری طور پر کسی قسم کی تابکاری کا اخراج کرتی ہے جو فلم کو بے نقاب کرتی ہے۔ بالواسطہ طریقہ میں بیم لائن میں براہ راست فلم نہیں ہوتی ہے۔ تبادلوں کی اسکرین نیوٹرانوں کو جذب کرتی ہے لیکن تابکاری کی رہائی سے پہلے کچھ وقت کی تاخیر موجود ہوتی ہے۔ تبدیلی اسکرین پر تصویر ریکارڈ کرنے کے بعد، تبدیلی اسکرین کو فلم پر تصویر تیار کرنے کے لیے ایک مدت (عام طور پر گھنٹوں) کے لیے فلم کے ساتھ قریبی رابطے میں رکھا جاتا ہے۔ تابکار اشیاء، یا زیادہ گاما آلودگی والے امیجنگ سسٹم سے نمٹنے کے دوران بالواسطہ طریقہ کار کے اہم فوائد ہیں، بصورت دیگر براہ راست طریقہ کار کو عام طور پر ترجیح دی جاتی ہے۔ نیوٹرون ریڈیوگرافی ایک تجارتی طور پر دستیاب خدمت ہے، جو ایرو اسپیس انڈسٹری میں ہوائی جہاز کے انجنوں کے لیے ٹربائن بلیڈ، خلائی پروگراموں کے اجزاء، اعلی وشوسنییتا والے دھماکہ خیز مواد، اور دیگر صنعتوں میں مصنوعات کی ترقی کے چکروں کے دوران مسائل کی نشاندہی کرنے کے لیے بڑے پیمانے پر استعمال ہوتی ہے۔ "نیوٹران ریڈیوگرافی" کی اصطلاح اکثر نیوٹران امیجنگ کے تمام طریقوں کی طرف اشارہ کرنے کے لیے غلط استعمال ہوتی ہے۔ ٹریک ایچ ایک بڑی حد تک متروک طریقہ ہے۔ ایک کنورژن اسکرین نیوٹرانوں کو الفا ذرات میں تبدیل کرتی ہے جو سیلولوز کے ٹکڑے میں نقصان کے راستے پیدا کرتے ہیں۔ اس کے بعد سیلولوز کو تراشنے کے لیے تیزاب غسل کا استعمال کیا جاتا ہے، تاکہ سیلولوز کا ایک ٹکڑا تیار کیا جا سکے جس کی موٹائی نیوٹرون کی نمائش کے ساتھ مختلف ہوتی ہے۔ ڈیجیٹل نیوٹران امیجنگ تھرمل نیوٹران کے ساتھ ڈیجیٹل نیوٹران تصاویر لینے کے لیے کئی عمل موجود ہیں جن کے مختلف فوائد اور نقصانات ہیں۔ امیجنگ کے یہ طریقے تعلیمی حلقوں میں بڑے پیمانے پر استعمال ہوتے ہیں، جزوی طور پر اس لیے کہ وہ فلم پروسیسرز اور ڈارک رومز کی ضرورت سے بچنے کے ساتھ ساتھ مختلف فوائد پیش کرتے ہیں۔ مزید برآں فلم کی تصاویر کو ٹرانسمیشن اسکینرز کے استعمال کے ذریعے ڈیجیٹل کیا جا سکتا ہے۔ نیوٹرون کیمرہ (ڈی آر سسٹم) نیوٹرون کیمرہ ایک امیجنگ سسٹم ہے جو ڈیجیٹل کیمرہ یا اسی طرح کے ڈٹیکٹر سرنی پر مبنی ہوتا ہے۔ نیوٹرون تصویر لینے کے لیے اس شے سے گزرتے ہیں، پھر ایک چمکدار اسکرین نیوٹرون کو مرئی روشنی میں تبدیل کر دیتی ہے۔ یہ روشنی پھر کچھ آپٹکس سے گزرتی ہے (جس کا مقصد کیمرے کی آئنائزنگ تابکاری سے نمائش کو کم کرنا ہے)، پھر تصویر کو سی سی ڈی کیمرے کے ذریعے پکڑا جاتا ہے (کیمرے کی کئی دیگر اقسام بھی موجود ہیں، بشمول سی ایم او ایس اور سی آئی ڈی، اسی طرح کے نتائج پیدا کرتے ہیں)۔ نیوٹرون کیمرے حقیقی وقت کی تصاویر (عام طور پر کم ریزولوشن کے ساتھ) کی اجازت دیتے ہیں، جو غیر واضح پائپوں میں دو مرحلے کے سیال کے بہاؤ، ایندھن کے خلیوں میں ہائیڈروجن بلبلے کی تشکیل، اور انجنوں میں چکنا کرنے والی حرکت کا مطالعہ کرنے کے لیے مفید ثابت ہوئے ہیں۔ یہ امیجنگ سسٹم ایک روٹری ٹیبل کے ساتھ مل کر، مختلف زاویوں پر بڑی تعداد میں تصاویر لے سکتا ہے جنہیں تین جہتی تصویر (نیوٹرون ٹومیگرافی) میں دوبارہ تعمیر کیا جا سکتا ہے۔ جب ایک پتلی سنٹیلیشن اسکرین اور اچھے آپٹکس کے ساتھ مل کر یہ نظام فلم امیجنگ سے ملتے جلتے ایکسپوزر اوقات کے ساتھ ہائی ریزولوشن امیجز تیار کر سکتے ہیں، حالانکہ دستیاب سی سی ڈی کیمرا چپس پر پکسلز کی تعداد کو دیکھتے ہوئے امیجنگ طیارہ عام طور پر چھوٹا ہونا چاہیے۔ اگرچہ یہ نظام کچھ اہم فوائد پیش کرتے ہیں (ریئل ٹائم امیجنگ انجام دینے کی صلاحیت، سادگی اور تحقیقی ایپلی کیشن کے لیے نسبتا کم لاگت، ممکنہ طور پر معقول حد تک اعلی ریزولوشن، فوری تصویر دیکھنا)، اہم نقصانات موجود ہیں جن میں کیمرے پر ڈیڈ پکسلز (جو تابکاری کی نمائش کا نتیجہ ہیں)، سنٹلیشن اسکرینوں کی گاما حساسیت (امیجنگ نمونے بنانا جن کو عام طور پر میڈین فلٹرنگ کی ضرورت ہوتی ہے)، محدود فیلڈ آف ویو، اور اعلی تابکاری کے ماحول میں کیمروں کی محدود زندگی شامل ہیں۔ امیج پلیٹیں (سی آر سسٹم) ایکس رے امیج پلیٹیں پلیٹ اسکینر کے ساتھ مل کر نیوٹرون امیجز تیار کرنے کے لیے استعمال کی جا سکتی ہیں جس طرح ایکس رے امیجز سسٹم کے ساتھ تیار کی جاتی ہیں۔ امیج پلیٹ کے ذریعے پکڑے جانے کے لیے نیوٹرون کو اب بھی تابکاری کی کسی اور شکل میں تبدیل کرنے کی ضرورت ہے۔ ایک مختصر مدت کے لیے، فوجی نے نیوٹرون حساس تصویری پلیٹیں تیار کیں جن میں پلیٹ میں ایک کنورٹر مواد موجود تھا اور بیرونی تبدیلی کے مواد کے مقابلے میں بہتر ریزولوشن پیش کرتا تھا۔ تصویری پلیٹیں ایک ایسا عمل پیش کرتی ہیں جو فلم امیجنگ سے بہت ملتا جلتا ہے، لیکن تصویر کو دوبارہ قابل استعمال تصویری پلیٹ پر ریکارڈ کیا جاتا ہے جسے امیجنگ کے بعد پڑھا اور صاف کیا جاتا ہے۔ یہ نظام صرف مستحکم تصاویر (جامد) تیار کرتے ہیں۔ کنورژن اسکرین اور ایک ایکس رے امیج پلیٹ کا استعمال کرتے ہوئے، فلم امیجنگ کے مقابلے میں کم ریزولوشن والی تصویر تیار کرنے کے لیے تقابلی نمائش کے اوقات کی ضرورت ہوتی ہے۔ امیبیڈڈ کنورژن میٹریل والی امیج پلیٹیں بیرونی کنورژن سے بہتر امیجز تیار کرتی ہیں، لیکن فی الحال فلم کی طرح اچھی امیجز تیار نہیں کرتی ہیں۔ فلیٹ پینل سلکان ڈٹیکٹر (ڈی آر سسٹم) سی سی ڈی امیجنگ کی طرح ایک ڈیجیٹل تکنیک۔ نیوٹرون کی نمائش ڈٹیکٹرز کی مختصر عمر کا باعث بنتی ہے جس کے نتیجے میں دیگر ڈیجیٹل تکنیک ترجیحی نقطہ نظر بن گئی ہیں۔ مائیکرو چینل پلیٹس (ڈی آر سسٹم) ایک ابھرتا ہوا طریقہ ہے جو بہت چھوٹے پکسل سائز کے ساتھ ڈیجیٹل ڈٹیکٹر سرنی تیار کرتا ہے۔ اس آلے کے ذریعے چھوٹے (مائکرو میٹر) چینل ہوتے ہیں، جس کے ماخذ کی طرف نیوٹران جذب کرنے والے مواد (عام طور پر گیڈولینیم یا بورون) کے ساتھ لیپت ہوتا ہے۔ نیوٹران جذب کرنے والا مواد نیوٹران کو جذب کرتا ہے اور انہیں آئنائزنگ تابکاری میں تبدیل کرتا ہے جو الیکٹرانوں کو آزاد کرتا ہے۔ آلہ پر ایک بڑا وولٹیج لگایا جاتا ہے، جس کی وجہ سے آزاد الیکٹرانوں کو بڑھایا جاتا ہے کیونکہ انہیں چھوٹے چینلز کے ذریعے تیز کیا جاتا ہے اور پھر ڈیجیٹل ڈٹیکٹر صف کے ذریعے پتہ چلا جاتا ہے۔ حوالہ جات نیوٹران ریڈیوگرافی اور گیجنگ کی عملی ایپلی کیشنز ؛ برجر، ہیرالڈ، اے ایس ٹی ایم نیوٹران امیجنگ