تقنية الرؤية: حجيرة الشرر Sparck Chamber

تبين الدراسات التي تجري على ظواهر البرق وتفريغ الوميض أن تكون الإيونات يساعد على تسهيل حركة الشحنات في الهواء الموجود بين لوحين مشحونين بشحنة كبيرة. فإذا كان لدينا قطاع من الجزيئات المتأين بين اللوحين فإن وميضاً أو تفريغاً كهربياً يمكن مشاهدته عند مرور الإشعاع خلال هذا القطاع. وينتج عن حركة تيار مكثف من الإيونات في الهواء تأين وإثارة ثانوية لجزيئات أخرى كما ويساعد الضوء المنبعث عن تلك الإثارات الثانوية على إحداث المزيد من التأثيرات الكهروضوئية التي تنتج عن تهدئة الحالات المثارة إلى حالات استقرارها. حيث تعمل هذه التأثيرات الكهروضوئية على إنتاج المزيد من الإيونات. وفي نهاية المطاف يؤدي ذلك إلى حدوث تفريغ كهربي بين اللوحين. يمكن أن يظهر على شكل ومضة spark أو شرارة ضوئية تبين موضع اخترق الإشعاع للوحين وبالتالي يمكن تحديد موضع ومكان الجسيم المشحون.

بناءاً على هذا المبدأ تم تصميم كاشف برق Spark Detector يتركب من لوحين من الألمنيوم بينهما مسافة تقدر بحوالي 1 سم يؤثر عليهما فرق جهد مناسب أما الفرغ فيما بينهما فيتم ملئه بالهواء العادي. وللحصول على أداء جيد للكاشف فإنه يمكن أن يملأ الفراغ بالغازات النبيلة حيث يمكن التحكم في الضغط والرطوبة ودرجة نقاء الغاز. لقد وجد أن خليطاً يتكون من 70% من النيون و%30 من الهيليوم يعطي نتائج جيدة. هذه البساطة في التركيب أدت إلى إمكانية رص مجموعة من هذه الكاشفات بجانب بعضها بعضاً في الأبعاد الثلاثة مكونة بذلك غرفة الشرر Spark Chamber. وتنال غرفة الشرر اهتماماً خاصاً وتطبيقات عديدة خصوصاً في مجال فيزياء الطاقات العالية حيث يمكن الكشف عن الكثير من الجسيمات السريعة باستخدام هذه الكاشفات. كما وأن تقدم التقنية العلمية ساعد على ربط هذه الكاشفات إلى حاسبات آلية تقوم بتحليل النتائج أثناء القياسات (On - Line). يمكن أيضاً قياس طاقات الجسيمات وزخمها وإشارتها الكهربية باستخدام المجالات المغناطيسية التي توضع حول الكاشف.

وكما سبق في حالتي حجيرة السحاب وحجيرة الفقاعة فإنه عند مرور الإشعاع في الكاشف وتوليد الشرارة الكهربية يمكن أخذ صورة للكاشف عند هذه اللحظة لتبين وتسجل مسار الإشعاع.

يبين الشكل (1) تركيب حجيرة الشرر وهندسة التشغيل. عند مرور

الشكل (1)

جسيم مشحون فإنه يخترق كاشفي الوميض (1، 2) حيث تصدر من كل منهما نبضة تنتقل إلى دائرة التطابق الزمني وتنتج نبضة خرج من هذه الدائرة إذا كانت النبضتان ناتجتان عن حدث واحد. ويقدر ارتفاع هذه النبضة بحوالي 1 فولت (كما بالشكل) ثم تمرر هذه النبضة إلى المضخم (A) الذي يضخمها إلى حوالي KV 5 ويقوم شحن الإبرة المصنوعة من التنجستن، وينتج عند ذلك تفريغ كهربي بين الحلقتين المعدنيتين (d, d) ويفرغ نتيجة لذلك جهد انضغط العالي (HV) الكبير نحو الأرض. ونتيجة لذلك يهبط جهد اللوح الأيمن للمكثف C₀ إلى الصفر، بينما تفرغ شحنة اللوح الأيسر للمكثف C₀ عبر المقاومة 20Ω إلى مجموعة الألواح المتصلة بالجهد العالي (أنظر الشكل). أما مجموعة الألواح الأخرى فتتصل بالأرض. ونتيجة لفرق الجهد الكبير بين المجموعتين يتم التفريغ الكهربي بين كل لوحين متجاورين وتنتج شرارات تبين مسار الجسيم فيما بين الألواح وموضعه. في هذه اللحظة الزمنية يمكن أخذ صورة فوتوغرافية تبين مسار الجسيم الذي يمكن دراسته واستنتاج التفاعلات الحادثة.

لقد وجد أنه تمر فترة زمنية تقدر بحوالي 200 نانو ثانية فيما بين مرور الإشعاع في كاشفي الوميض وشحن ألواح الغرفة. يوضع الجهد V_C للمساعدة على إزالة الإيونات الناتجة عن الوميض بين الألواح وذلك كي يتمكن الجهد العالي من العودة إلى قيمته الأصلية قبل حدوث التفريغ. وقد وجد أن ذلك يستغرق وقتاً يتراوح بين 5 - 20 ميلي ثانية كي تكون الغرفة مستعدة لاستقبال حدث جديد.

يمكن أن تستخدم أيضاً كاشفات البرق للكشم عن النيوترونات وذلك باستخدام مادة محولة مناسبة، ينتج عن تفاعل النيوترونات معها جسيمات مشحونة تعمل على تكوين الإيونات.

ويمكن لذلك استخدام نترات ا لبورون التي توضع على شكل قرص داخل غرفة الشرر، فعندما يسقط النيوترون على هذه المادة فإن جسيمات α تنطلق وفق التفاعل ¹⁰₅B (n, α)⁷₃ Li وهنا تعمل جسيمات α على إثارة الغرفة والحصول على الشرر الذي يمكن تصويره ومن ثم الاستدلال على وجود النيوترونات.

يبين الشكل (2) مسار جسيمات مشحونة في حجيرة الشرر. حيث يبين الشكل (2 .أ) الصورة الفعلية للغرفة عند مرور البايون بها أما الشكل (2.ب) فيبين رسماً توضيحياً للتفاعلات المختلفة. لاحظ أن الجسيم المتعادل (الغير مشحون) لا يعطي مساراً في الغرفة مثل جسيم A وميزون K.

الشكل (2)