संक्रमण विकिरण

संक्रमण विकिरण (टीआर) विद्युत चुम्बकीय विकिरण का एक रूप है जो तब उत्सर्जित होता है जब एक आवेशित कण अमानवीय मीडिया से गुजरता है, जैसे कि दो अलग-अलग मीडिया के बीच की सीमा होती है। यह चेरेंकोव विकिरण के विपरीत होता है, जो तब होता है जब एक चार्ज कण उस माध्यम में विद्युत चुम्बकीय तरंगों के चरण वेग से अधिक गति से एक सजाती माध्यम से गुजरता है।

इतिहास
1945 में विटाली गिन्ज़बर्ग और इल्या फ्रैंक द्वारा सैद्धांतिक रूप से संक्रमण विकिरण का प्रदर्शन किया गया था। उन्होंने संक्रमण विकिरण के अस्तित्व को दिखाया था जब एक चार्ज कण लंबवत रूप से दो अलग-अलग सजातीय मीडिया के बीच एक सीमा के माध्यम से पारित हो गया था। कण के सापेक्ष पश्च दिशा में उत्सर्जित विकिरण की आवृत्ति मुख्य रूप से दृश्य प्रकाश की सीमा में थी। विकिरण की तीव्रता कण के लोरेंत्ज़ कारक के लिए लघुगणकीय रूप से आनुपातिक थी। ऑप्टिकल क्षेत्र में संक्रमण विकिरण के पहले अवलोकन के बाद, कई प्रारंभिक अध्ययनों ने संकेत दिया कि व्यक्तिगत कणों की पहचान के लिए ऑप्टिकल संक्रमण विकिरण का उपयोग विकिरण की अंतर्निहित कम तीव्रता के कारण गंभीर रूप से सीमित प्रतीत होता है।

संक्रमण विकिरण में रुचि तब नवीनीकृत हुई जब गैरीबियन ने दिखाया कि विकिरण को अल्ट्रा-सापेक्षवादी कणों के लिए एक्स-रे क्षेत्र में भी दिखाई देना चाहिए। उनके सिद्धांत ने एक्स-रे क्षेत्र में संक्रमण विकिरण के लिए कुछ उल्लेखनीय विशेषताओं की भविष्यवाणी की थी। 1959 में गैरीबियन ने सैद्धांतिक रूप से दिखाया कि मीडिया और निर्वात के बीच की सीमा पार करते समय टीआर का उत्सर्जन करते समय एक अतिसापेक्षिक सीमा कण की ऊर्जा हानि, कण के लोरेंत्ज़ कारक के सीधे आनुपातिक थे। एक्स-रे संक्रमण विकिरण की सैद्धांतिक खोज, जो लोरेंत्ज़ कारक के सीधे आनुपातिक थी, उसने उच्च-ऊर्जा भौतिकी में टीआर के आगे उपयोग को संभव बनाया था।

इस प्रकार, 1959 से टीआर और विशेष रूप से एक्स-रे टीआर का गहन सैद्धांतिक और प्रायोगिक अनुसंधान प्रारंभ हुआ था।

एक्स-रे क्षेत्र में संक्रमण विकिरण
एक्स-रे क्षेत्र (टीआर) में संक्रमण विकिरण आपेक्षिक आवेशित कणों द्वारा उत्पन्न होता है जब वे विभिन्न परावैद्युत स्थिरांकों के दो मीडिया के अंतराफलक को पार करते है। उत्सर्जित विकिरण प्रत्येक माध्यम में अलग-अलग गतिमान कण के विद्युत और चुंबकीय क्षेत्रों के मैक्सवेल के समीकरणों के दो विषम समाधानों के बीच सजातीय अंतर होता है। दूसरे शब्दों में, चूंकि प्रत्येक माध्यम में कण का विद्युत क्षेत्र भिन्न होता है, कण को सीमा पार करने पर अंतर को हटना पड़ता है। संक्रमण पर एक आवेशित कण की कुल ऊर्जा हानि इसके लोरेंत्ज़ कारक $γ = E/mc^{2}$ पर निर्भर करती है और ज्यादातर आगे की ओर निर्देशित होती है, जो कण के पथ के सापेक्ष $1/γ$ के क्रम के कोण पर चरम पर होती है। उत्सर्जित विकिरण की तीव्रता कण की ऊर्जा $E$ के लगभग समानुपाती होती है।

ऑप्टिकल संक्रमण विकिरण दोनों आगे की दिशा में उत्सर्जित होता है और अंतराफलक सतह द्वारा परिलक्षित होता है। कण बीम के संबंध में 45 डिग्री के कोण वाली पन्नी के स्थिति में, कण बीम के आकार को 90 डिग्री के कोण पर देखा जा सकता है। उत्सर्जित दृश्य विकिरण का अधिक विस्तृत विश्लेषण $γ$ है और उत्सर्जन के निर्धारण की अनुमति दे सकता है।

आपेक्षिकीय गति के सन्निकटन में ($$\gamma \gg 1$$), छोटे कोण ($$\theta \ll 1$$) और उच्च आवृत्ति ($$\omega \gg \omega_p$$), ऊर्जा स्पेक्ट्रम के रूप में व्यक्त किया जा सकता है:

$$\frac{dI}{d \nu} \approx \frac{z^2 e^2 \gamma \omega_p}{\pi c} \bigg( ( 1 + 2 \nu^2) \ln(1 + \frac{1}{\nu^2}) - 2\bigg )$$

जहाँ $$z$$ परमाणु प्रभारी है, $$e$$ एक इलेक्ट्रॉन का प्रभार है, $$\gamma$$ लोरेंत्ज़ कारक है, $$\omega_p$$ प्लाज्मा आवृत्ति है। यह विचलन कम आवृत्तियों पर होता है जहां सन्निकटन विफल हो जाता है। उत्सर्जित कुल ऊर्जा है:

$$I = \frac{z^2 e^2 \gamma \omega_p}{3 c}$$

इस विद्युत चुम्बकीय विकिरण की विशेषताएं इसे कण भेदभाव के लिए उपयुक्त बनाती है, विशेष रूप से इलेक्ट्रॉनों और हैड्रान के बीच की गति सीमा में $1 GeV/c$ और $100 GeV/c$. इलेक्ट्रॉनों द्वारा उत्पादित संक्रमण विकिरण फोटोन में एक्स-रे रेंज में तरंग दैर्ध्य होते है, ऊर्जा के साथ सामान्यतः 5 से लेकर $15 keV$. चूंकि, प्रति अंतराफलक क्रॉसिंग में उत्पादित फोटॉन की संख्या बहुत कम होती है: कणों के साथ $γ$ = 2×103, लगभग 0.8 एक्स-रे फोटॉन का पता चलता है। सामान्यतः वैकल्पिक सामग्री या कंपोजिट की कई परतों का उपयोग पर्याप्त माप के लिए पर्याप्त संक्रमण विकिरण फोटॉनों को इकट्ठा करने के लिए किया जाता है - उदाहरण के लिए, रासायनिक रूप से निष्क्रिय सामग्री की एक परत के बाद डिटेक्टर की एक परत (जैसे माइक्रोस्ट्रिप गैस चैंबर)।

बहुत त्रुटिहीन मोटाई और पन्नी अंतराफलक रखकर, सुसंगतता प्रभाव संक्रमण विकिरण के वर्णक्रमीय और कोणीय विशेषताओं को संशोधित करता है। यह छोटे कोणीय आयतन में बहुत अधिक संख्या में फोटॉनों को प्राप्त करने की अनुमति देता है। इस एक्स-रे स्रोत के अनुप्रयोग इन तथ्य से सीमित होते है कि केंद्र में न्यूनतम तीव्रता के साथ एक शंकु में विकिरण उत्सर्जित होता है। ऐसे विकिरण पैटर्न के लिए एक्स-रे फ़ोकसिंग उपकरण (क्रिस्टल/दर्पण) बनाना आसान नहीं होता है।

यह भी देखें

 * संक्रमण विकिरण डिटेक्टर

स्रोत

 * ऑप्टिकल ट्रांजिशन विकिरण में इंटरफेरेंस घटना और कण बीम डायग्नोस्टिक्स और मल्टीपल-स्कैटरिंग मापन के लिए इसका अनुप्रयोग, एल. वार्टस्की एट अल।, एप्लाइड फिजिक्स जर्नल - अगस्त 1975 - - खंड 46, अंक 8, पीपी 3644-3653।

बाहरी संबंध

 * Article on transition radiation