परमाणु पायस

एक परमाणु पायस प्लेट एक प्रकार का कण डिटेक्टर  है जो पहली बार 20 वीं शताब्दी के शुरुआती दशकों में परमाणु और  कण भौतिकी  प्रयोगों में प्रयोग किया जाता था।   यह  फोटोग्राफिक प्लेट  का एक संशोधित रूप है जिसका उपयोग अल्फा-कण,  न्यूक्लियॉन,  लेपटोन  या मेसॉन जैसे तीव्र आवेशित कणों को रिकॉर्ड करने और जांच करने के लिए किया जा सकता है। पायस को उजागर करने और विकसित करने के बाद, एकल कण ट्रैक देखे जा सकते हैं और माइक्रोस्कोप का उपयोग करके मापा जा सकता है।

विवरण
न्यूक्लियर इमल्शन प्लेट फोटोग्राफिक प्लेट का एक संशोधित रूप है, जो जेलाटीन  के एक मोटे  फोटोग्राफिक पायस  के साथ लेपित होता है, जिसमें बहुत महीन  चांदी हलाइड  अनाज की उच्च सांद्रता होती है; पायस की सटीक संरचना को कण का पता लगाने के लिए अनुकूलित किया जा रहा है।

इसमें अत्यधिक उच्च स्थानिक सटीकता का लाभ है, जो केवल सिल्वर हलाइड अनाज (कुछ माइक्रोन ) के आकार तक सीमित है, एक सटीकता जो आधुनिक कण डिटेक्टरों में से भी बेहतर है (के-मेसन के नीचे की छवि में पैमाने का निरीक्षण करें) क्षय)। इमल्शन प्लेटों का ढेर कणों की परस्पर क्रियाओं को रिकॉर्ड और संरक्षित कर सकता है ताकि उनके प्रक्षेपवक्र को 3-आयामी अंतरिक्ष में सिल्वर-हैलाइड अनाज के निशान के रूप में दर्ज किया जा सके, जिसे सूक्ष्म पैमाने पर किसी भी पहलू से देखा जा सकता है। इसके अलावा, इमल्शन प्लेट एक एकीकृत उपकरण है जिसे डेटा की वांछित मात्रा जमा होने तक उजागर या विकिरणित किया जा सकता है। यह कॉम्पैक्ट है, जिसमें कोई संबद्ध रीड-आउट केबल या इलेक्ट्रॉनिक्स नहीं है, जिससे प्लेटों को बहुत ही सीमित स्थानों में स्थापित किया जा सकता है और अन्य डिटेक्टर तकनीकों की तुलना में, निर्माण, संचालन और रखरखाव के लिए काफी कम खर्चीला है।  ब्रह्मांडीय किरणों  के उच्च-ऊंचाई, पर्वत और गुब्बारे आधारित अध्ययनों को सक्षम करने में ये विशेषताएं निर्णायक थीं, जिससे  पी आंखें  की खोज हुई  और  के-मेसन  क्षय में समता उल्लंघन; आधुनिक प्रयोगात्मक कण भौतिकी के विकास में एक मील का पत्थर परिभाषित करते हुए, उप-परमाणु  कण चिड़ियाघर  की वास्तविक प्रकृति और सीमा पर प्रकाश डालना।

परमाणु पायस का मुख्य नुकसान यह है कि यह एक सघन और जटिल सामग्री ( चांदी, ब्रोमिन ,  कार्बन ,  नाइट्रोजन ,  ऑक्सीजन ) है जो संभावित रूप से कई बिखरने और आयनकारी ऊर्जा हानि के माध्यम से अन्य डिटेक्टर घटकों के लिए कणों की उड़ान को बाधित करता है। अंत में, उपयोगी, 3-आयामी डिजीटल डेटा प्राप्त करने के लिए इमल्शन की बड़ी मात्रा का  फोटोग्राफिक विकास  और स्कैनिंग एक धीमी और श्रम गहन प्रक्रिया है।

नए कण डिटेक्टर और कण त्वरक  प्रौद्योगिकियों के उद्भव के साथ-साथ इन नुकसानों ने 20 वीं शताब्दी के अंत में कण भौतिकी में परमाणु पायस प्लेटों के उपयोग में गिरावट का नेतृत्व किया।  हालांकि दुर्लभ प्रक्रियाओं के अध्ययन और विज्ञान की अन्य शाखाओं, जैसे चिकित्सा और जीव विज्ञान में  ऑटोरैडियोग्राफी, में इस पद्धति का उपयोग जारी है।

विषय के व्यापक और तकनीकी रूप से विस्तृत विवरण के लिए बरकस की पुस्तकों का संदर्भ लें और पॉवेल, फाउलर और पर्किन्स द्वारा। परमाणु पायस पद्धति के इतिहास और व्यापक वैज्ञानिक संदर्भ की व्यापक समीक्षा के लिए, गैलिसन की पुस्तक देखें।

इतिहास
1896 में हेनरी बेकरेल  द्वारा  रेडियोधर्मिता  की खोज के बाद फोटोग्राफिक इमल्शन का उपयोग करते हुए,  अर्नेस्ट रदरफोर्ड, पहले कनाडा में  मैकगिल विश्वविद्यालय  में काम कर रहे थे, फिर इंग्लैंड में  मैनचेस्टर विश्वविद्यालय  में,  रेडियोधर्मी  सामग्री द्वारा उत्सर्जित विकिरण का विस्तार से अध्ययन करने के लिए उस पद्धति का उपयोग करने वाले पहले भौतिकविदों में से एक थे। 1905 में वे कुछ परमाणु नाभिक ों के  रेडियोधर्मी क्षय  में उत्पन्न हाल ही में खोजी गई अल्फा किरणों के गुणों में अपने शोध को जारी रखने के लिए व्यावसायिक रूप से उपलब्ध फोटोग्राफिक प्लेटों का उपयोग कर रहे थे। इसमें अल्फा किरणों के साथ विकिरण के कारण फोटोग्राफिक प्लेटों के काले पड़ने का विश्लेषण शामिल था। फोटोग्राफिक विकास द्वारा दिखाई देने वाले फोटोग्राफिक इमल्शन में सिल्वर हैलाइड ग्रेन के साथ किरणों को बनाने वाले कई आवेशित  अल्फा कण ों की परस्पर क्रिया से यह काला पड़ना संभव हुआ। रदरफोर्ड ने मैनचेस्टर में अपने शोध सहयोगी किनोशिता सुएकिती को प्रोत्साहित किया, अधिक विस्तार से  अल्फा-कण ों की फोटोग्राफिक क्रिया की जांच करने के लिए।

किनोशिता ने अपने उद्देश्यों में शामिल किया "यह देखने के लिए कि क्या एक एकल 𝛂-कण ने एक पता लगाने योग्य फोटोग्राफिक घटना का उत्पादन किया"। उनकी पद्धति एक अच्छी तरह से मापा रेडियोधर्मी स्रोत से विकिरण के लिए पायस का पर्दाफाश करना था, जिसके लिए 𝛂-कणों की उत्सर्जन दर ज्ञात थी। उन्होंने उस ज्ञान और प्लेट की स्रोत से सापेक्ष निकटता का उपयोग किया, ताकि प्लेट को पार करने वाले 𝛂-कणों की संख्या की गणना की जा सके। उन्होंने उस संख्या की तुलना उन विकसित हलाइड अनाजों की संख्या से की, जिन्हें उन्होंने इमल्शन में गिना था, ' पृष्ठभूमि विकिरण ' का सावधानीपूर्वक हिसाब लेते हुए, जिसने एक्सपोज़र में अतिरिक्त 'नॉन-अल्फा' अनाज का उत्पादन किया। उन्होंने इस शोध परियोजना को 1909 में पूरा किया। यह दिखाते हुए कि यह संभव था "बहुत महीन सिल्वर हैलाइड अनाज की एक इमल्शन फिल्म तैयार करके, और उच्च आवर्धन के एक माइक्रोस्कोप का उपयोग करके, फोटोग्राफिक विधि को काफी सटीकता के साथ 𝛂-कणों की गिनती के लिए लागू किया जा सकता है"। यह पहली बार था कि एक फोटोग्राफिक इमल्शन के माध्यम से अलग-अलग आवेशित कणों का अवलोकन प्राप्त किया गया था। हालाँकि, यह अलग-अलग कण प्रभावों का पता लगाना था, न कि किसी कण के विस्तारित प्रक्षेपवक्र का अवलोकन। इसके तुरंत बाद, 1911 में, मैक्स रींगानम दिखाया गया है कि एक फोटोग्राफिक इमल्शन के माध्यम से एक 𝛂-कण के पारित होने का उत्पादन होता है, जब इमल्शन विकसित किया गया था, 𝛂-कण के प्रक्षेपवक्र को रेखांकित करने वाले चांदी के हलाइड अनाज की एक पंक्ति; एक पायस में एक विस्तारित कण ट्रैक का पहला रिकॉर्ड किया गया अवलोकन।

अगला कदम स्वाभाविक रूप से 1912 में विक्टर हेस  द्वारा खोजी गई कॉस्मिक किरणों सहित अन्य कण प्रकारों का पता लगाने और अनुसंधान के लिए इस तकनीक को लागू करना होगा। हालांकि, 1914 में  प्रथम विश्व युद्ध  की शुरुआत से प्रगति रुक ​​गई थी। बकाया अन्य प्रकार के कण - प्रोटॉन का पता लगाने के लिए मानक फोटोग्राफिक इमल्शन के कण पहचान प्रदर्शन में सुधार का मुद्दा, उदाहरण के लिए, एक 𝛂-कण के कारण होने वाले आयनीकरण का लगभग एक चौथाई उत्पादन करता है - 1920 के दशक में विभिन्न भौतिक अनुसंधान प्रयोगशालाओं द्वारा फिर से लिया गया।

विशेष रूप से मारिएटा ब्लाउ,  ऑस्ट्रिया  में रेडियम अनुसंधान संस्थान, विएना में कार्यरत, ने 1923 में प्रोटॉन का पता लगाने के लिए वैकल्पिक प्रकार के फोटोग्राफिक इमल्शन प्लेटों की जांच करना शुरू किया, जिसे उस समय "एच-रे" के रूप में जाना जाता था। उसने  पैराफिन मोम  को विकिरणित करने के लिए 𝛂-कणों के एक रेडियोधर्मी स्रोत का उपयोग किया, जिसमें हाइड्रोजन की उच्च सामग्री होती है। एक 𝛂-कण हाइड्रोजन नाभिक (प्रोटॉन) से टकरा सकता है, उस प्रोटॉन को मोम से बाहर निकालकर फोटोग्राफिक इमल्शन में डाल सकता है, जहाँ यह सिल्वर हैलाइड अनाज का एक दृश्य ट्रैक बनाता है। कई परीक्षणों के बाद, विभिन्न प्लेटों का उपयोग करके और अवांछित विकिरण से पायस के सावधानीपूर्वक परिरक्षण के बाद, वह परमाणु पायस में प्रोटॉन ट्रैक्स का पहला अवलोकन करने में सफल रही। लेटरल थिंकिंग के एक सरल उदाहरण के द्वारा, उसने परमाणु इमल्शन में  न्यूट्रॉन  का पहला 'अवलोकन' करने के लिए एक समान विधि लागू की। विद्युत रूप से तटस्थ होने के कारण, न्यूट्रॉन को सीधे फोटोग्राफिक इमल्शन में नहीं देखा जा सकता है, लेकिन अगर यह इमल्शन में एक प्रोटॉन से टकराता है, तो रिकॉइलिंग प्रोटॉन का पता लगाया जा सकता है। उन्होंने विशिष्ट परमाणु प्रतिक्रिया प्रक्रियाओं से उत्पन्न न्यूट्रॉन के ऊर्जा स्पेक्ट्रम को निर्धारित करने के लिए इस पद्धति का उपयोग किया। उसने अपनी पटरियों के साथ उजागर अनाज घनत्व को मापकर प्रोटॉन ऊर्जा निर्धारित करने के लिए एक विधि विकसित की (तेज न्यूनतम आयनीकरण कण धीमे कणों की तुलना में कम अनाज के साथ बातचीत करते हैं)। तेज प्रोटॉन के लंबे ट्रैक को अधिक सटीक रूप से रिकॉर्ड करने के लिए, उन्होंने ब्रिटिश फिल्म निर्माता इलफ़र्ड (अब  इलफ़र्ड फोटो ) को अपनी व्यावसायिक प्लेटों पर पायस को मोटा करने के लिए सूचीबद्ध किया, और उन्होंने अन्य पायस मापदंडों के साथ प्रयोग किया - अनाज का आकार, अव्यक्त छवि प्रतिधारण, विकास की स्थिति - अल्फा-कण और फास्ट-प्रोटॉन ट्रैक की दृश्यता में सुधार। 1937 में, मारिएटा ब्लाउ और उनकी पूर्व छात्रा  हर्था वैंबाकर  ने परमाणु विघटन सितारों (ज़र्ट्रुमेरुंगस्टर्न) की खोज की, जो  इंसब्रुक  के ऊपर  हाफलेकरस्पिट्ज  पर 2300 मीटर की ऊंचाई पर ब्रह्मांडीय विकिरण के संपर्क में आने वाले परमाणु पायस में फैलाव के कारण थे। इस खोज ने परमाणु और ब्रह्मांडीय किरण भौतिकी की दुनिया में सनसनी पैदा कर दी, जिसने परमाणु पायस विधि को व्यापक दर्शकों के ध्यान में लाया। लेकिन  द्वितीय विश्व युद्ध  के लिए अग्रणी ऑस्ट्रिया और जर्मनी में राजनीतिक अशांति की शुरुआत ने मारिएटा ब्लाउ के लिए अनुसंधान के उस क्षेत्र में प्रगति को अचानक रोक दिया। 1938 में जर्मन भौतिक विज्ञानी वाल्टर हिटलर, जो इंग्लैंड में रहने और काम करने के लिए एक वैज्ञानिक शरणार्थी के रूप में जर्मनी से भाग गए थे,  ब्रिस्टल विश्वविद्यालय  में कई सैद्धांतिक विषयों पर शोध कर रहे थे, जिसमें कॉस्मिक किरण वर्षा का गठन भी शामिल था। उन्होंने  सेसिल पॉवेल  का उल्लेख किया, उस समय ब्रह्मांडीय किरणों का पता लगाने के लिए  बादल कक्ष ों के उपयोग पर विचार करते हुए, कि 1937 में दो विनीज़ भौतिकशास्त्रियों, ब्लाऊ और वम्बाचर ने ऑस्ट्रियाई आल्प्स में फोटोग्राफिक इमल्शन का पर्दाफाश किया था और कम ऊर्जा वाले प्रोटॉन के साथ-साथ 'सितारों' या ब्रह्मांडीय किरणों के कारण होने वाले परमाणु विघटन को देखा था।

इसने पॉवेल को साज़िश की, जिसने हिटलर को इलफ़र्ड हाफ़-टोन इमल्शन के एक बैच के साथ स्विटज़रलैंड की यात्रा करने के लिए राजी कर लिया और उन्हें 3,500 मीटर पर जंगफ्राउ  पर बेनकाब करें। अगस्त 1939 में 'प्रकृति' को लिखे एक पत्र में, वे ब्लाऊ और वम्बाचर की टिप्पणियों की पुष्टि करने में सक्षम थे। उन विकासों के बाद, द्वितीय विश्व युद्ध के बाद, पॉवेल और ब्रिस्टल विश्वविद्यालय में उनके शोध समूह ने कॉस्मिक किरण कणों का पता लगाने के लिए इमल्शन को और अनुकूलित करने के लिए इलफ़र्ड (अब इलफ़र्ड फोटो) के साथ सहयोग किया। इलफ़र्ड ने एक केंद्रित 'परमाणु-अनुसंधान' पायस का उत्पादन किया जिसमें प्रति इकाई मात्रा में सिल्वर ब्रोमाइड की सामान्य मात्रा का आठ गुना होता है (देखें 'इलफ़र्ड द्वारा परमाणु पायस' के लिए बाहरी लिंक)। पॉवेल के समूह ने सबसे पहले कैम्ब्रिज कॉकक्रॉफ्ट-वाल्टन जनरेटर /त्वरक विश्वविद्यालय का उपयोग करते हुए नए 'परमाणु-अनुसंधान' इमल्शन को कैलिब्रेट किया, जो नए इमल्शन में आवेशित कणों के लिए आवश्यक रेंज-ऊर्जा संबंधों को मापने के लिए जांच के रूप में कृत्रिम विघटन कण प्रदान करता है। बाद में उन्होंने 20वीं शताब्दी की भौतिकी में दो सबसे महत्वपूर्ण खोजों को बनाने के लिए इन पायसों का उपयोग किया। सबसे पहले, 1947 में सेसिल पॉवेल, सीज़र लैट्स, ग्यूसेप ओचिआलिनी  और  ह्यूग मुइरहेड  ( ब्रिस्टल विश्वविद्यालय ) ने पाइरेनीज़ में  पिक डु मिडी वेधशाला  में कॉस्मिक किरणों के संपर्क में आने वाली प्लेटों का उपयोग किया और आइरीन रॉबर्ट्स और  मेरियट्टा कुर्ज़  द्वारा स्कैन किया गया, आवेशित पाई की खोज की। मेसन। दूसरा, दो साल बाद 1949 में, स्विट्जरलैंड में जुंगफ्राजोक पर स्फिंक्स वेधशाला  में प्रदर्शित प्लेटों का विश्लेषण करते हुए, सकारात्मक के-मेसन और इसके 'अजीब' क्षय के पहले सटीक अवलोकन सेसिल पॉवेल के समूह के एक शोध छात्र रोज़मेरी ब्राउन द्वारा किए गए थे। ब्रिस्टल। तब  ताऊ-थीटा पहेली  में 'ताउ मेसन' के रूप में जाना जाता है, इन के-मेसन क्षय मोड के सटीक माप ने अजीबता की क्वांटम अवधारणा की शुरुआत की और कमजोर बातचीत में समता उल्लंघन की खोज की। रोज़मेरी ब्राउन ने आकर्षक चार-ट्रैक इमल्शन इमेज कहा, एक 'ताऊ' के ​​तीन आवेशित चबूतरों में क्षय होने से, उसका के ट्रैक, इस प्रकार प्रभावी रूप से नए खोजे गए 'अजीब' के-मेसन का नामकरण। सेसिल पॉवेल को परमाणु प्रक्रियाओं का अध्ययन करने की फोटोग्राफिक पद्धति के विकास और इस पद्धति से बने मेसॉन के बारे में उनकी खोजों के लिए भौतिकी में 1950 का नोबेल पुरस्कार दिया गया था।

नए कण डिटेक्टर और कण त्वरक प्रौद्योगिकियों के उद्भव, परिचय में उल्लिखित नुकसान के साथ, 20 वीं सदी के अंत में कण भौतिकी में परमाणु पायस प्लेटों के उपयोग में गिरावट आई। हालांकि दुर्लभ अंतःक्रियाओं और क्षय प्रक्रियाओं के अध्ययन में इस पद्धति का उपयोग जारी रहा।   हाल ही में,  मानक मॉडल से परे भौतिकी  की खोज, विशेष रूप से  न्युट्रीनो  और  गहरे द्रव्य  के सामान्य पदार्थ के साथ उनकी अत्यधिक दुर्लभ अंतःक्रियाओं के अध्ययन से तकनीक का पुनरुद्धार हुआ है। उदाहरण  ओपेरा प्रयोग  हैं, इटली में  ग्रैन सासो प्रयोगशाला  में  न्यूट्रिनो दोलन ों का अध्ययन, और CERN  LHC  में FASER प्रयोग, जो  डार्क फोटॉन  सहित नए, हल्के और कमजोर रूप से परस्पर क्रिया करने वाले कणों की खोज करेगा।

अन्य अनुप्रयोग
ऐसे कई वैज्ञानिक और तकनीकी क्षेत्र मौजूद हैं जहां विद्युत आवेशित कणों की स्थिति, दिशा और ऊर्जा को सटीक रूप से रिकॉर्ड करने या उनके प्रभाव को एकीकृत करने के लिए परमाणु पायस की क्षमता का उपयोग किया गया है। अधिकांश मामलों में इन अनुप्रयोगों में ऑटोरैडियोग्राफी द्वारा प्रत्यारोपित रेडियोधर्मी मार्कर ों का पता लगाना शामिल है। उदाहरण हैं

चिकित्सा अनुसंधान

जैविक अनुसंधान

धातुकर्म

प्रतिक्रियाशील सतह रसायन

विकिरण सुरक्षा

मुऑन टोमोग्राफी ( म्यूोग्राफी )

पुरातत्व।

बाहरी कड़ियाँ

 * Nuclear emulsions by Ilford