विकिरण के प्रकार। चिकित्सा में गामा विकिरण का उपयोग

गामा विकिरण मानव शरीर और सामान्य रूप से सभी जीवित चीजों के लिए एक गंभीर खतरा है।

ये बहुत छोटी लंबाई और उच्च प्रसार गति वाली विद्युत चुम्बकीय तरंगें हैं।

वे इतने खतरनाक क्यों हैं, और आप अपने आप को उनके प्रभाव से कैसे बचा सकते हैं?

गामा विकिरण के बारे में

हर कोई जानता है कि सभी पदार्थों के परमाणुओं में एक नाभिक और उसके चारों ओर घूमने वाले इलेक्ट्रॉन होते हैं। एक नियम के रूप में, कोर एक काफी स्थिर गठन है जिसे नुकसान पहुंचाना मुश्किल है।

इसी समय, ऐसे पदार्थ होते हैं जिनके नाभिक अस्थिर होते हैं, और उन पर कुछ प्रभाव के साथ, उनके घटकों का विकिरण होता है। इस तरह की प्रक्रिया को रेडियोधर्मी कहा जाता है, इसके कुछ घटक होते हैं, जिनका नाम ग्रीक वर्णमाला के पहले अक्षरों के नाम पर रखा गया है:

• गामा विकिरण।

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि विकिरण प्रक्रिया को दो प्रकारों में विभाजित किया जाता है, जो इस बात पर निर्भर करता है कि वास्तव में क्या परिणाम निकलता है।

प्रकार:

1. कणों की रिहाई के साथ किरणों की एक धारा - अल्फा, बीटा और न्यूट्रॉन;
2. विकिरण ऊर्जा - एक्स-रे और गामा।

गामा विकिरण फोटॉन के रूप में ऊर्जा का प्रवाह है। विकिरण के प्रभाव में परमाणुओं के अलग होने की प्रक्रिया नए पदार्थों के निर्माण के साथ होती है। इस मामले में, नवगठित उत्पाद के परमाणुओं में एक अस्थिर अवस्था होती है। धीरे-धीरे, जब प्राथमिक कण परस्पर क्रिया करते हैं, तो संतुलन बहाल हो जाता है। नतीजतन, अतिरिक्त ऊर्जा गामा के रूप में निकलती है।

ऐसी किरणों की धारा की भेदन शक्ति बहुत अधिक होती है। यह त्वचा, ऊतकों, कपड़ों के माध्यम से घुसने में सक्षम है। धातु के माध्यम से प्रवेश करना अधिक कठिन होगा। ऐसी किरणों को विलंबित करने के लिए स्टील या कंक्रीट की काफी मोटी दीवार की जरूरत होती है। हालांकि, -विकिरण की तरंग दैर्ध्य बहुत छोटी है और 2·10 −10 मीटर से कम है, और इसकी आवृत्ति 3*1019 - 3*1021 हर्ट्ज की सीमा में है।

गामा कण काफी उच्च ऊर्जा वाले फोटॉन होते हैं। शोधकर्ताओं का दावा है कि गामा विकिरण की ऊर्जा 10 5 eV से अधिक हो सकती है। इस मामले में, एक्स-रे और γ-किरणों के बीच की सीमा तेज होने से बहुत दूर है।

स्रोत:

• बाह्य अंतरिक्ष में विभिन्न प्रक्रियाएं,
• प्रयोगों और अनुसंधान की प्रक्रिया में कणों का क्षय,
• किसी तत्व के नाभिक का उच्च ऊर्जा की अवस्था से विराम अवस्था में या कम ऊर्जा के साथ संक्रमण,
• एक माध्यम में आवेशित कणों के मंदी या चुंबकीय क्षेत्र में उनके संचलन की प्रक्रिया।

गामा विकिरण की खोज फ्रांसीसी भौतिक विज्ञानी पॉल विलार्ड ने 1900 में रेडियम से विकिरण का अध्ययन करते हुए की थी।

गामा विकिरण खतरनाक क्यों है?

गामा विकिरण अल्फा और बीटा से अधिक खतरनाक है।

कार्रवाई की प्रणाली:

• गामा किरणें त्वचा के माध्यम से जीवित कोशिकाओं में प्रवेश करने में सक्षम होती हैं, जिसके परिणामस्वरूप उनकी क्षति और आगे विनाश होता है।
• क्षतिग्रस्त अणु नए समान कणों के आयनीकरण को भड़काते हैं।
• नतीजतन, पदार्थ की संरचना में परिवर्तन होता है। ऐसे में प्रभावित कण सड़ने लगते हैं और विषाक्त पदार्थों में बदल जाते हैं।
• नतीजतन, नई कोशिकाएं बनती हैं, लेकिन उनमें पहले से ही एक निश्चित दोष है और इसलिए वे पूरी तरह से काम नहीं कर सकते हैं।

गामा विकिरण खतरनाक है क्योंकि किरणों के साथ किसी व्यक्ति की इस तरह की बातचीत उसे किसी भी तरह से महसूस नहीं होती है। तथ्य यह है कि मानव शरीर का प्रत्येक अंग और प्रणाली -किरणों के लिए अलग तरह से प्रतिक्रिया करती है। सबसे पहले, कोशिकाएं जो तेजी से विभाजित हो सकती हैं, पीड़ित होती हैं।

सिस्टम:

• लसीका,
• हृदय,
• पाचक,
• हेमटोपोइएटिक,
• यौन।

आनुवंशिक स्तर पर भी नकारात्मक प्रभाव पड़ता है। इसके अलावा, इस तरह के विकिरण मानव शरीर में जमा हो जाते हैं। उसी समय, पहली बार में, यह व्यावहारिक रूप से प्रकट नहीं होता है।

गामा विकिरण का उपयोग कहाँ किया जाता है?

नकारात्मक प्रभाव के बावजूद, वैज्ञानिकों ने सकारात्मक पहलू पाए हैं। वर्तमान में, ऐसी किरणों का उपयोग जीवन के विभिन्न क्षेत्रों में किया जाता है।

गामा विकिरण - अनुप्रयोग:

• भूवैज्ञानिक अध्ययनों में, उनका उपयोग कुओं की लंबाई निर्धारित करने के लिए किया जाता है।
• विभिन्न चिकित्सा उपकरणों का बंध्याकरण।
• विभिन्न चीजों की आंतरिक स्थिति को नियंत्रित करने के लिए प्रयोग किया जाता है।
• अंतरिक्ष यान के पथ का सटीक मॉडलिंग।
• फसल उत्पादन में, इसका उपयोग उन पौधों की नई किस्मों को विकसित करने के लिए किया जाता है जो किरणों के प्रभाव में उत्परिवर्तित होते हैं।

गामा कणों के विकिरण ने दवा में अपना आवेदन पाया है। इसका उपयोग कैंसर रोगियों के उपचार में किया जाता है। इस विधि को "विकिरण चिकित्सा" कहा जाता है और यह तेजी से विभाजित होने वाली कोशिकाओं पर किरणों के प्रभाव पर आधारित है। नतीजतन, उचित उपयोग के साथ, पैथोलॉजिकल ट्यूमर कोशिकाओं के विकास को कम करना संभव हो जाता है। हालांकि, इस पद्धति का उपयोग, एक नियम के रूप में, तब किया जाता है जब अन्य पहले से ही शक्तिहीन होते हैं।

अलग-अलग, यह मानव मस्तिष्क पर इसके प्रभाव का उल्लेख करने योग्य है।

आधुनिक शोध से पता चला है कि मस्तिष्क लगातार विद्युत आवेगों का उत्सर्जन करता है। वैज्ञानिकों का मानना ​​है कि गामा विकिरण तब होता है जब किसी व्यक्ति को एक ही समय में अलग-अलग सूचनाओं के साथ काम करना होता है। साथ ही, ऐसी तरंगों की एक छोटी संख्या स्मृति क्षमता में कमी की ओर ले जाती है।

गामा विकिरण से खुद को कैसे बचाएं

किस तरह की सुरक्षा मौजूद है, और इन हानिकारक किरणों से खुद को बचाने के लिए क्या किया जा सकता है?

आधुनिक दुनिया में, एक व्यक्ति हर तरफ से विभिन्न विकिरणों से घिरा हुआ है। हालांकि, अंतरिक्ष से गामा कणों का प्रभाव न्यूनतम होता है। लेकिन जो आसपास है वह कहीं ज्यादा बड़ा खतरा है। यह विभिन्न परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में काम करने वाले लोगों के लिए विशेष रूप से सच है। इस मामले में, गामा विकिरण से सुरक्षा में कुछ उपाय शामिल हैं।

पैमाने:

• इस तरह के विकिरण वाले स्थानों में लंबे समय तक न रहें। व्यक्ति जितनी देर इन किरणों के प्रभाव में रहेगा, शरीर को उतना ही अधिक नुकसान होगा।
• आपको वहां नहीं होना चाहिए जहां विकिरण के स्रोत स्थित हैं।
• सुरक्षात्मक कपड़ों का उपयोग किया जाना चाहिए। इसमें रबर, प्लास्टिक के साथ सीसा भराव और इसके यौगिक होते हैं।

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि गामा विकिरण का क्षीणन गुणांक इस बात पर निर्भर करता है कि सुरक्षात्मक अवरोध किस सामग्री से बना है। उदाहरण के लिए, बड़ी मात्रा में विकिरण को अवशोषित करने की क्षमता के कारण सीसा को सबसे अच्छी धातु माना जाता है। हालांकि, यह काफी कम तापमान पर पिघलता है, इसलिए कुछ स्थितियों में अधिक महंगी धातु जैसे टंगस्टन या टैंटलम का उपयोग किया जाता है।

अपने आप को बचाने का दूसरा तरीका वाट में गामा विकिरण की शक्ति को मापना है। इसके अलावा, शक्ति को सिवर्ट्स और रेंटजेन्स में भी मापा जाता है।

गामा विकिरण की दर 0.5 माइक्रोसीवर्ट प्रति घंटे से अधिक नहीं होनी चाहिए। हालांकि, यह बेहतर है अगर यह संकेतक प्रति घंटे 0.2 माइक्रोसीवर्ट से अधिक न हो।

गामा विकिरण को मापने के लिए एक विशेष उपकरण का उपयोग किया जाता है - एक डोसीमीटर। ऐसे काफी कम डिवाइस हैं। एक उपकरण जैसे "गामा विकिरण डोसीमीटर डीकेजी 07डी थ्रश" अक्सर प्रयोग किया जाता है। यह गामा और एक्स-रे विकिरण के त्वरित और उच्च गुणवत्ता वाले माप के लिए डिज़ाइन किया गया है।

इस तरह के डिवाइस में दो स्वतंत्र चैनल होते हैं जो डीईआर और डोज़ इक्विवेलेंट को माप सकते हैं। गामा विकिरण का डीईआर समतुल्य खुराक शक्ति है, अर्थात, ऊर्जा की मात्रा जो एक पदार्थ प्रति इकाई समय में अवशोषित करता है, मानव शरीर पर किरणों के प्रभाव को ध्यान में रखते हुए। इस सूचक के लिए, कुछ निश्चित मानदंड भी हैं जिन्हें ध्यान में रखा जाना चाहिए।

विकिरण मानव शरीर को नकारात्मक रूप से प्रभावित कर सकता है, लेकिन यहां तक ​​कि जीवन के कुछ क्षेत्रों में भी इसका अनुप्रयोग पाया गया है।

वीडियो: गामा विकिरण

सभी ने शायद तीन प्रकार के रेडियोधर्मी विकिरणों के बारे में सुना है - अल्फा, बीटा और गामा। वे सभी पदार्थ के रेडियोधर्मी क्षय की प्रक्रिया में उत्पन्न होते हैं, और उनके पास सामान्य गुण और अंतर दोनों होते हैं। अंतिम प्रकार का विकिरण सबसे बड़ा खतरा है। वह क्या प्रतिनिधित्व करता है?

रेडियोधर्मी क्षय की प्रकृति

गामा क्षय के गुणों को अधिक विस्तार से समझने के लिए, आयनकारी विकिरण की प्रकृति पर विचार करना आवश्यक है। इस परिभाषा का अर्थ है कि इस प्रकार के विकिरण की ऊर्जा बहुत अधिक होती है - जब यह किसी अन्य परमाणु से टकराती है, जिसे "लक्ष्य परमाणु" कहा जाता है, तो यह अपनी कक्षा में घूम रहे एक इलेक्ट्रॉन को बाहर निकाल देता है। इस मामले में, लक्ष्य परमाणु एक सकारात्मक चार्ज आयन बन जाता है (इसलिए, विकिरण को आयनीकरण कहा जाता था)। यह विकिरण उच्च ऊर्जा में पराबैंगनी या अवरक्त से भिन्न होता है।

सामान्य तौर पर, अल्फा, बीटा और गामा क्षय में सामान्य गुण होते हैं। आप एक परमाणु को एक छोटे से खसखस ​​के रूप में सोच सकते हैं। तब इलेक्ट्रॉनों की कक्षा उसके चारों ओर एक साबुन का बुलबुला होगी। अल्फा, बीटा और गामा क्षय में, इस अनाज से एक छोटा कण उड़ जाता है। इस मामले में, नाभिक का आवेश बदल जाता है, जिसका अर्थ है कि एक नया रासायनिक तत्व बन गया है। धूल का एक कण विशाल गति से दौड़ता है और लक्ष्य परमाणु के इलेक्ट्रॉन खोल में दुर्घटनाग्रस्त हो जाता है। एक इलेक्ट्रॉन खोने के बाद, लक्ष्य परमाणु एक सकारात्मक चार्ज आयन बन जाता है। हालांकि, रासायनिक तत्व वही रहता है, क्योंकि लक्ष्य परमाणु का केंद्रक वही रहता है। आयनीकरण एक रासायनिक प्रकृति की प्रक्रिया है, लगभग यही प्रक्रिया कुछ धातुओं के परस्पर क्रिया के दौरान होती है जो एसिड में घुल जाती हैं।

अन्य -क्षय कहाँ होता है ?

लेकिन आयनकारी विकिरण न केवल रेडियोधर्मी क्षय के दौरान होता है। वे परमाणु विस्फोटों और परमाणु रिएक्टरों में भी होते हैं। सूर्य और अन्य तारों पर, साथ ही साथ हाइड्रोजन बम में, आयनकारी विकिरण के साथ, प्रकाश नाभिक संश्लेषित होते हैं। एक्स-रे उपकरण में भी यह प्रक्रिया होती है। अल्फा, बीटा, गामा के क्षय का मुख्य गुण उच्चतम आयनीकरण ऊर्जा है।

और इन तीन प्रकार के विकिरणों के बीच अंतर उनकी प्रकृति से निर्धारित होता है। 19वीं शताब्दी के अंत में विकिरण की खोज की गई थी। तब कोई नहीं जानता था कि यह घटना क्या है। इसलिए, तीन प्रकार के विकिरणों को लैटिन वर्णमाला के अक्षरों द्वारा नामित किया गया था। गामा विकिरण की खोज 1910 में हेनरी ग्रेग नामक वैज्ञानिक ने की थी। गामा क्षय की प्रकृति सूर्य के प्रकाश, अवरक्त किरणों, रेडियो तरंगों जैसी ही होती है। उनके गुणों से, -किरणें फोटॉन विकिरण हैं, लेकिन उनमें निहित फोटॉनों की ऊर्जा बहुत अधिक है। दूसरे शब्दों में, यह बहुत कम तरंग दैर्ध्य वाला विकिरण है।

गामा किरणों के गुण

यह विकिरण किसी भी बाधा के माध्यम से प्रवेश करना बेहद आसान है। सामग्री अपने रास्ते में जितनी घनी होती है, उतनी ही देर हो जाती है। इस उद्देश्य के लिए अक्सर सीसा या कंक्रीट संरचनाओं का उपयोग किया जाता है। हवा में, -किरणें आसानी से दसियों या हजारों मीटर की दूरी को पार कर जाती हैं।

गामा क्षय मनुष्य के लिए बहुत खतरनाक है। इसके संपर्क में आने पर त्वचा और आंतरिक अंगों को नुकसान हो सकता है। बीटा विकिरण की तुलना छोटी गोलियों की शूटिंग से की जा सकती है, और गामा विकिरण की तुलना शूटिंग सुइयों से की जा सकती है। परमाणु भड़कने के दौरान, गामा विकिरण के अलावा, न्यूट्रॉन फ्लक्स का निर्माण भी होता है। गामा किरणें अपने साथ पृथ्वी से टकराती हैं।उनके अलावा, यह प्रोटॉन और अन्य कणों को पृथ्वी पर ले जाती है।

जीवों पर गामा किरणों का प्रभाव

यदि हम अल्फा, बीटा और गामा के क्षय की तुलना करते हैं, तो बाद वाले जीवों के लिए सबसे खतरनाक होंगे। इस प्रकार के विकिरण की प्रसार गति प्रकाश की गति के बराबर होती है। इसकी तेज गति के कारण यह जल्दी से जीवित कोशिकाओं में प्रवेश कर जाता है, जिससे उनका विनाश होता है। कैसे?

रास्ते में, -विकिरण बड़ी संख्या में आयनित परमाणु छोड़ता है, जो बदले में परमाणुओं के एक नए हिस्से को आयनित करता है। शक्तिशाली गामा विकिरण के संपर्क में आने वाली कोशिकाएं अपनी संरचना के विभिन्न स्तरों पर बदल जाती हैं। रूपांतरित होकर, वे शरीर को विघटित और विष देना शुरू कर देते हैं। और अंतिम चरण दोषपूर्ण कोशिकाओं की उपस्थिति है जो अब सामान्य रूप से अपना कार्य नहीं कर सकते हैं।

मनुष्यों में, विभिन्न अंगों में गामा विकिरण के प्रति संवेदनशीलता की अलग-अलग डिग्री होती है। परिणाम आयनकारी विकिरण की प्राप्त खुराक पर निर्भर करते हैं। इसके परिणामस्वरूप, शरीर में विभिन्न शारीरिक प्रक्रियाएं हो सकती हैं, जैव रसायन में गड़बड़ी हो सकती है। सबसे कमजोर हेमटोपोइएटिक अंग, लसीका और पाचन तंत्र, साथ ही साथ डीएनए संरचनाएं हैं। यह एक्सपोजर इंसानों के लिए खतरनाक है और यह तथ्य कि विकिरण शरीर में जमा हो जाता है। इसकी एक विलंबता अवधि भी है।

गामा क्षय सूत्र

गामा किरणों की ऊर्जा की गणना करने के लिए, आप निम्न सूत्र का उपयोग कर सकते हैं:

इस सूत्र में, h प्लैंक स्थिरांक है, v विद्युत चुम्बकीय ऊर्जा की मात्रा की आवृत्ति है, c प्रकाश की गति है, तरंग दैर्ध्य है।

आयनकारी विकिरण (इसके बाद - IR) विकिरण है, जिसके पदार्थ के साथ परस्पर क्रिया से परमाणुओं और अणुओं का आयनीकरण होता है, अर्थात। यह अंतःक्रिया परमाणु की उत्तेजना और परमाणु कोशों से अलग-अलग इलेक्ट्रॉनों (नकारात्मक रूप से आवेशित कणों) की टुकड़ी की ओर ले जाती है। नतीजतन, एक या अधिक इलेक्ट्रॉनों से वंचित, परमाणु एक सकारात्मक चार्ज आयन में बदल जाता है - प्राथमिक आयनीकरण होता है। एआई में इलेक्ट्रोमैग्नेटिक रेडिएशन (गामा रेडिएशन) और चार्ज और न्यूट्रल पार्टिकल्स का फ्लो - कॉर्पसकुलर रेडिएशन (अल्फा रेडिएशन, बीटा रेडिएशन और न्यूट्रॉन रेडिएशन) शामिल हैं।

अल्फा विकिरणकणिका विकिरण को संदर्भित करता है। यह भारी धनावेशित ए-कणों (हीलियम परमाणुओं के नाभिक) की एक धारा है, जो यूरेनियम, रेडियम और थोरियम जैसे भारी तत्वों के परमाणुओं के क्षय से उत्पन्न होती है। चूंकि कण भारी होते हैं, इसलिए पदार्थ में अल्फा कणों की सीमा (अर्थात, जिस मार्ग से वे आयनीकरण उत्पन्न करते हैं) बहुत कम हो जाती है: जैविक मीडिया में एक मिलीमीटर का सौवां हिस्सा, हवा में 2.5-8 सेमी। इस प्रकार, कागज की एक नियमित शीट या त्वचा की एक बाहरी मृत परत इन कणों को बनाए रखने में सक्षम है।

हालांकि, अल्फा कणों का उत्सर्जन करने वाले पदार्थ लंबे समय तक जीवित रहते हैं। भोजन, हवा या घावों के साथ शरीर में ऐसे पदार्थों के अंतर्ग्रहण के परिणामस्वरूप, वे रक्त प्रवाह द्वारा पूरे शरीर में ले जाते हैं, जो चयापचय और शरीर की सुरक्षा के लिए जिम्मेदार अंगों में जमा होते हैं (उदाहरण के लिए, प्लीहा या लिम्फ नोड्स), इस प्रकार शरीर के आंतरिक जोखिम के कारण। शरीर के इस तरह के आंतरिक जोखिम का खतरा अधिक है, क्योंकि। ये अल्फा कण बहुत बड़ी संख्या में आयन बनाते हैं (ऊतकों में प्रति 1 माइक्रोन पथ में कई हजार जोड़े तक आयन)। आयनीकरण, बदले में, उन रासायनिक प्रतिक्रियाओं की कई विशेषताओं का कारण बनता है जो पदार्थ में होते हैं, विशेष रूप से, जीवित ऊतक में (मजबूत ऑक्सीडेंट का निर्माण, मुक्त हाइड्रोजन और ऑक्सीजन, आदि)।

बीटा विकिरण(बीटा किरणें, या बीटा कणों की एक धारा) भी कणिका प्रकार के विकिरण को संदर्भित करता है। यह कुछ परमाणुओं के नाभिक के रेडियोधर्मी बीटा क्षय के दौरान उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनों (β-विकिरण, या, अधिक बार, बस β-विकिरण) या पॉज़िट्रॉन (β+-विकिरण) की एक धारा है। न्यूट्रॉन के प्रोटॉन में या प्रोटॉन से न्यूट्रॉन में परिवर्तन के दौरान क्रमशः इलेक्ट्रॉन या पॉज़िट्रॉन नाभिक में बनते हैं।

इलेक्ट्रॉन अल्फा कणों की तुलना में बहुत छोटे होते हैं और पदार्थ (शरीर) में 10-15 सेंटीमीटर (अल्फा कणों के लिए मिलीमीटर के सौवें हिस्से की तुलना में) तक गहराई से प्रवेश कर सकते हैं। किसी पदार्थ से गुजरते समय, बीटा विकिरण उसके परमाणुओं के इलेक्ट्रॉनों और नाभिक के साथ संपर्क करता है, इस पर अपनी ऊर्जा खर्च करता है और गति को तब तक धीमा कर देता है जब तक कि यह पूरी तरह से बंद न हो जाए। इन गुणों के लिए धन्यवाद, बीटा विकिरण से सुरक्षा के लिए कार्बनिक ग्लास स्क्रीन की उचित मोटाई होना पर्याप्त है। सतह के लिए दवा में बीटा विकिरण का उपयोग, अंतरालीय और अंतःस्रावी विकिरण चिकित्सा समान गुणों पर आधारित है।

न्यूट्रॉन विकिरण- एक अन्य प्रकार का कणिका प्रकार का विकिरण। न्यूट्रॉन विकिरण न्यूट्रॉन की एक धारा है (प्राथमिक कण जिनमें विद्युत आवेश नहीं होता है)। न्यूट्रॉन का आयनीकरण प्रभाव नहीं होता है, लेकिन पदार्थ के नाभिक पर लोचदार और अकुशल प्रकीर्णन के कारण एक बहुत ही महत्वपूर्ण आयनीकरण प्रभाव होता है।

न्यूट्रॉन द्वारा विकिरणित पदार्थ रेडियोधर्मी गुण प्राप्त कर सकते हैं, अर्थात् तथाकथित प्रेरित रेडियोधर्मिता प्राप्त कर सकते हैं। न्यूट्रॉन विकिरण प्राथमिक कण त्वरक के संचालन के दौरान, परमाणु रिएक्टरों, औद्योगिक और प्रयोगशाला प्रतिष्ठानों में, परमाणु विस्फोटों आदि के दौरान उत्पन्न होता है। न्यूट्रॉन विकिरण में सबसे अधिक मर्मज्ञ शक्ति होती है। न्यूट्रॉन विकिरण से सुरक्षा के लिए सबसे अच्छा हाइड्रोजन युक्त पदार्थ हैं।

गामा विकिरण और एक्स-रेविद्युत चुम्बकीय विकिरण से संबंधित हैं।

इन दो प्रकार के विकिरणों के बीच मूलभूत अंतर उनकी घटना के तंत्र में निहित है। एक्स-रे विकिरण अतिरिक्त-परमाणु मूल का है, गामा विकिरण नाभिक के क्षय का एक उत्पाद है।

एक्स-रे विकिरण, भौतिक विज्ञानी रोएंटजेन द्वारा 1895 में खोजा गया था। यह एक अदृश्य विकिरण है जो सभी पदार्थों में अलग-अलग डिग्री तक प्रवेश कर सकता है। 10 -12 से 10 -7 तक के क्रम की तरंग दैर्ध्य के साथ विद्युत चुम्बकीय विकिरण का प्रतिनिधित्व करता है। एक्स-रे का स्रोत एक एक्स-रे ट्यूब, कुछ रेडियोन्यूक्लाइड (उदाहरण के लिए, बीटा उत्सर्जक), त्वरक और इलेक्ट्रॉनों के संचायक (सिंक्रोट्रॉन विकिरण) हैं।

एक्स-रे ट्यूब में दो इलेक्ट्रोड होते हैं - कैथोड और एनोड (क्रमशः नकारात्मक और सकारात्मक इलेक्ट्रोड)। जब कैथोड को गर्म किया जाता है, तो इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन होता है (एक ठोस या तरल की सतह से इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन की घटना)। कैथोड से उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनों को विद्युत क्षेत्र द्वारा त्वरित किया जाता है और एनोड सतह से टकराते हैं, जहां वे अचानक कम हो जाते हैं, जिसके परिणामस्वरूप एक्स-रे विकिरण होता है। दृश्य प्रकाश की तरह, एक्स-रे से फोटोग्राफिक फिल्म काली पड़ जाती है। यह इसके गुणों में से एक है, दवा के लिए मुख्य बात यह है कि यह एक मर्मज्ञ विकिरण है और, तदनुसार, एक रोगी को इसकी मदद से और तब से रोशन किया जा सकता है। अलग-अलग घनत्व के ऊतक एक्स-रे को अलग-अलग तरीकों से अवशोषित करते हैं - तब हम बहुत प्रारंभिक अवस्था में आंतरिक अंगों के कई प्रकार के रोगों का निदान कर सकते हैं।

गामा विकिरण इंट्रान्यूक्लियर मूल का है। यह रेडियोधर्मी नाभिक के क्षय के दौरान होता है, एक उत्तेजित अवस्था से जमीनी अवस्था में नाभिक के संक्रमण के दौरान, पदार्थ के साथ तेजी से आवेशित कणों की बातचीत के दौरान, इलेक्ट्रॉन-पॉज़िट्रॉन जोड़े के विनाश आदि के दौरान होता है।

गामा विकिरण की उच्च भेदन शक्ति लघु तरंगदैर्घ्य के कारण होती है। गामा विकिरण के प्रवाह को कम करने के लिए, ऐसे पदार्थों का उपयोग किया जाता है जिनमें एक महत्वपूर्ण द्रव्यमान संख्या (सीसा, टंगस्टन, यूरेनियम, आदि) और सभी प्रकार की उच्च घनत्व वाली रचनाएँ (धातु भराव के साथ विभिन्न कंक्रीट) होती हैं।

विद्युत चुम्बकीय विकिरण की विविधता के बीच, एक्स-रे के बगल में, बहुत कम विद्युत चुम्बकीय तरंगों ने एक "आश्रय" पाया है - यह गामा विकिरण है। प्रकाश के समान प्रकृति होने के कारण, यह अंतरिक्ष में 300,000 किमी/सेकंड की समान गति से फैलता है।

हालांकि, इसके विशेष गुणों के कारण, गामा विकिरण का जीवित जीवों पर एक मजबूत विषाक्त और दर्दनाक प्रभाव पड़ता है। आइए जानें कि गामा विकिरण क्या है, यह खतरनाक क्यों है और इससे खुद को कैसे बचाएं।

गामा विकिरण खतरनाक क्यों है?

गामा विकिरण के स्रोत कॉस्मिक किरणें, रेडियोधर्मी तत्वों के परमाणु नाभिक का अंतःक्रिया और क्षय और अन्य प्रक्रियाएं हैं। दूर अंतरिक्ष की गहराई से आने या पृथ्वी पर पैदा होने के कारण, इस विकिरण का किसी व्यक्ति पर सबसे मजबूत आयनीकरण प्रभाव पड़ता है।

सूक्ष्म जगत में एक पैटर्न होता है, विद्युत चुम्बकीय विकिरण की तरंग दैर्ध्य जितनी कम होती है, उसके क्वांटा (भागों) की ऊर्जा उतनी ही अधिक होती है। इसलिए, यह तर्क दिया जा सकता है कि गामा विकिरण बहुत अधिक ऊर्जा वाला क्वांटम प्रवाह है।

गामा विकिरण खतरनाक क्यों है? गामा किरणों की विनाशकारी क्रिया का तंत्र इस प्रकार है।

1. अपनी विशाल मर्मज्ञ शक्ति के कारण, "ऊर्जावान" गामा क्वांटा आसानी से जीवित कोशिकाओं में प्रवेश कर जाता है, जिससे क्षति और विषाक्तता होती है।
2. अपने आंदोलन के रास्ते में, वे अपने द्वारा नष्ट किए गए अणुओं (आयनों) को छोड़ देते हैं। ये क्षतिग्रस्त कण अणुओं के एक नए हिस्से को आयनित करते हैं।
3. कोशिकाओं के इस तरह के परिवर्तन से इसकी विभिन्न संरचनाओं में सबसे मजबूत परिवर्तन होते हैं। और विकिरणित कोशिकाओं के परिवर्तित या नष्ट घटक विघटित हो जाते हैं और जहर के रूप में कार्य करना शुरू कर देते हैं।
4. अंतिम चरण नई, लेकिन दोषपूर्ण कोशिकाओं का जन्म है जो आवश्यक कार्य नहीं कर सकते हैं।

घातक खुराक तक इस प्रभाव को महसूस करने में सक्षम मानव तंत्र की कमी से गामा विकिरण का खतरा बढ़ जाता है।

विभिन्न मानव अंगों में इसके प्रभावों के प्रति व्यक्तिगत संवेदनशीलता होती है। हेमटोपोइएटिक प्रणाली, पाचन तंत्र, लसीका ग्रंथियों, जननांग अंगों, बालों के रोम और डीएनए संरचना की तेजी से विभाजित होने वाली कोशिकाएं इस विकिरण के हमले के लिए सबसे बड़ी भेद्यता दिखाती हैं। गामा क्वांटा उनमें प्रवेश कर सभी प्रक्रियाओं की सुसंगतता को नष्ट कर देता है और आनुवंशिकता के तंत्र में कई उत्परिवर्तन को जन्म देता है।

गामा विकिरण का एक विशेष खतरा शरीर में जमा होने की क्षमता के साथ-साथ जोखिम की एक अव्यक्त अवधि की उपस्थिति में निहित है।

गामा विकिरण का उपयोग कहाँ किया जाता है?

इस विकिरण के अनियंत्रित, सहज संपर्क के साथ, परिणाम बहुत गंभीर हो सकते हैं। और यह देखते हुए कि इसकी "ऊष्मायन" अवधि भी है, प्रतिशोध कई वर्षों और यहां तक ​​कि पीढ़ियों में भी आगे निकल सकता है।

हालांकि, वैज्ञानिकों के जिज्ञासु दिमाग ने गामा विकिरण के लिए कई अनुप्रयोगों को खोजने में कामयाबी हासिल की है:

• कुछ उत्पादों, चिकित्सा उपकरणों और उपकरणों की नसबंदी;
• उत्पादों की आंतरिक स्थिति पर नियंत्रण (गामा दोष का पता लगाना);
• भूविज्ञान में कुओं की गहराई का निर्धारण;
• अंतरिक्ष यान द्वारा तय की गई दूरियों का सटीक मापन;
• पौधों की खुराक विकिरण उनके उत्परिवर्तन को प्राप्त करना संभव बनाता है, जिससे अत्यधिक उत्पादक किस्मों का चयन किया जाता है।

उपचार की एक प्रभावी चिकित्सीय पद्धति के रूप में, गामा विकिरण का उपयोग चिकित्सा में किया जाता है। इस तकनीक को विकिरण चिकित्सा कहा जाता है। यह मुख्य रूप से तेजी से विभाजित होने वाली कोशिकाओं पर कार्य करने के लिए गामा विकिरण की ख़ासियत का उपयोग करता है।

इस पद्धति का उपयोग कैंसर, सार्कोमा के इलाज के लिए किया जाता है, जहां उपचार के अन्य तरीके अप्रभावी होते हैं। खुराक और लक्षित विकिरण आपको पैथोलॉजिकल ट्यूमर कोशिकाओं की महत्वपूर्ण गतिविधि को दबाने की अनुमति देता है।

गामा विकिरण और कहाँ पाया जाता है?

अब हम जानते हैं कि गामा किरणें क्या हैं और उनसे जुड़े खतरों से अवगत हैं। इसलिए हम खुद को इससे बचाने के लिए लगातार नए तरीके खोज रहे हैं। लेकिन एक सदी पहले रेडियोधर्मिता के प्रति रवैया अधिक लापरवाह था।

गामा विकिरण से खुद को कैसे बचाएं

हमारा सारा जीवन प्राकृतिक विद्युत चुम्बकीय विकिरण की पृष्ठभूमि के खिलाफ गुजरता है। और इस पृष्ठभूमि में गामा क्वांटा का योगदान काफी महत्वपूर्ण है। हालांकि, उनके आवधिक फटने के बावजूद, जीवित जीवों को उनका नुकसान न्यूनतम है। यहां, इन विकिरणों के स्रोतों से भारी दूरी से पृथ्वीवासियों को बचाया जाता है। काफी अलग - स्थलीय स्रोत। परमाणु ऊर्जा संयंत्र विशेष खतरे में हैं: उनके परमाणु रिएक्टर, तकनीकी सर्किट और अन्य उपकरण। इन और अन्य समान सुविधाओं पर कर्मियों के गामा विकिरण से सुरक्षा के संगठन में निम्नलिखित उपाय शामिल हैं।

गामा विकिरण से प्रभावी सुरक्षा के लिए, उच्च परमाणु संख्या और उच्च घनत्व वाली सामग्री का उपयोग किया जाता है। इन मानदंडों को पूरा किया जाता है:

लेड में -किरणों के अवशोषण की तीव्रता सबसे अच्छी होती है। 1 सेमी मोटी, 5 सेमी कंक्रीट और 10 सेमी पानी की एक प्लेट - इस विकिरण को आधे से कमजोर कर देती है, हालांकि, वे उनके लिए एक दुर्गम बाधा नहीं हैं। गामा विकिरण के प्रभावों के खिलाफ ढाल के रूप में सीसा का उपयोग इसके कम गलनांक द्वारा सीमित है। इसलिए, गर्म क्षेत्रों में महंगी धातुओं का उपयोग किया जाता है:

• टंगस्टन;
• टैंटलम

विकिरण स्रोतों या रेडियोधर्मी संदूषण के क्षेत्र में काम करने वाले कर्मचारियों के लिए सुरक्षात्मक कपड़ों के निर्माण के लिए, विशेष सामग्री का उपयोग किया जाता है। यह रबर, प्लास्टिक या रबर पर सीसा और उसके यौगिकों के एक विशेष भराव के साथ आधारित है।

सुरक्षा के साधन के रूप में एंटी-रेडिएशन स्क्रीन का उपयोग किया जा सकता है।

गामा विकिरण से सुरक्षा भी हमारे आस-पास की वस्तुओं के प्रति एक बहुत ही विवेकपूर्ण रवैया है जो दिखने में काफी हानिरहित लगती है: डाइविंग घड़ियाँ, सेक्सटेंट, आइसिंग सेंसर, आदि। उनके डायल में रेडियम 226 लवण होते हैं, जो अल्फा और गामा विकिरण के स्रोत होते हैं।

सभी प्रकार के विकिरणों में, यह गामा विकिरण है जिसमें सबसे बड़ी मर्मज्ञ शक्ति होती है। इस मामले में, बाहरी गामा विकिरण से बचाने का सबसे प्रभावी तरीका विशेष आश्रय हैं, और उनकी अनुपस्थिति में, घरों के तहखाने। दीवारें जितनी मोटी होंगी, आश्रय उतना ही सुरक्षित होगा। एक बहुमंजिला इमारत का तहखाना रेडिएशन के प्रभाव को 1000 गुना तक कमजोर कर सकता है।

दुर्भाग्य से, विकिरण संदूषण का खतरा काफी अचानक उत्पन्न हो सकता है। और जिन लोगों का परमाणु ऊर्जा से कोई लेना-देना नहीं है, वे विकिरणित हो सकते हैं। हमें उम्मीद है कि प्राप्त जानकारी आपको अपने स्वास्थ्य को बनाए रखने और अतिरिक्त रेडियोधर्मी जोखिम के खतरे से खुद को बचाने में मदद करेगी।

इस खंड को बनाते समय, मुख्य रूप से मोनोग्राफ और समीक्षा की सामग्री का उपयोग किया गया था।

गामा किरणों के समस्थानिक स्रोत

आमतौर पर, बीटा-सक्रिय समस्थानिकों का उपयोग गामा किरणों के रेडियोधर्मी स्रोतों के रूप में किया जाता है। अंजीर पर। 1 दिखाता है, उदाहरण के तौर पर, 60 Co और 22 Na की क्षय योजनाएं। 60Co नाभिक मुख्य रूप से एक अनुमत गैम-टेलर संक्रमण के माध्यम से 60Ni बेटी नाभिक के 4+ उत्तेजित अवस्था में क्षय हो जाता है। यह उत्तेजित अवस्था 1173 और 1333 केवी की गामा फोटॉन ऊर्जा के साथ ई2 संक्रमणों के एक झरने के माध्यम से जमीनी अवस्था में गुजरती है। 22 Na नाभिक β + क्षय का अनुभव करता है। साथ ही, जैसा कि 60 Co के मामले में होता है, क्षय मुख्य रूप से डॉटर न्यूक्लियस की उत्तेजित अवस्था में होता है। 22 Na 1275 और 511 keV की ऊर्जा के साथ -क्वांटा का स्रोत है। उत्तरार्द्ध पॉज़िट्रॉन विनाश के परिणामस्वरूप बनते हैं।
बीटा-सक्रिय समस्थानिकों के अलावा, आइसोमर्स का उपयोग गामा क्वांटा के स्रोतों के रूप में भी किया जाता है, उदाहरण के लिए, 119m Sn। मापा अवस्था का आधा जीवन 119m Sn T 1/2 = 293.1 दिन, ऊर्जा 23.9 keV। 119m Sn आइसोमेरिक अवस्था के क्षय से गामा लाइन के अलावा, यह 25.2 और 28.6 keV की ऊर्जा के साथ एक्स-रे क्वांटा का एक स्रोत है, जो आंतरिक रूपांतरण प्रक्रिया के साथ है, जो गामा संक्रमण के साथ प्रतिस्पर्धा करता है।
-लाइनों की आंतरिक चौड़ाई γ-क्वांटा की ऊर्जा से छोटे परिमाण के कई क्रम हैं, इसलिए रेडियोधर्मी स्रोतों को मोनोक्रोमैटिक माना जा सकता है। रेडियोधर्मी स्रोतों की तीव्रता को 10 14 फोटॉन प्रति सेकंड तक बढ़ाया जा सकता है।
तालिका में। 1 बीटा-सक्रिय समस्थानिकों को दर्शाता है जिनका उपयोग संदर्भ स्पेक्ट्रोमेट्रिक स्रोतों (OSGI) में किया जाता है, जिनका उपयोग फोटॉन विकिरण माप उपकरणों के सत्यापन और अंशांकन के लिए कार्य मानकों के रूप में किया जाता है।

परमाणु प्रतिक्रियाओं से गामा किरणें

परमाणु प्रतिक्रियाओं का उपयोग करके उच्च ऊर्जा मोनोक्रोमैटिक γ-क्वांटा प्राप्त किया जा सकता है जिसके परिणामस्वरूप अंतिम नाभिक का मजबूत उत्तेजना होता है। यदि नाभिक अत्यधिक उत्तेजित होता है, तो इसके क्षय होने की प्रायिकता संबंध द्वारा निर्धारित की जाती है

जी \u003d जी एक्स + जी ,

जहां x नाभिक द्वारा न्यूक्लियॉन और अधिक जटिल कणों के उत्सर्जन की संभावना है, और Г एक γ-क्वांटम के उत्सर्जन की संभावना है।
यदि नाभिक की उत्तेजन ऊर्जा नाभिक की बंधन ऊर्जा से कम हो तो x = 0 और = । धीमी न्यूट्रॉन के कब्जे के कारण नाभिक के उत्तेजना के मामले में -क्वांटम Г के उत्सर्जन की संभावना भी अधिक होती है। इस मामले में Г= Г n + , जहां Г n न्यूट्रॉन वापस उत्सर्जन की संभावना है, और कई नाभिक Г > n के लिए। धीमी न्यूट्रॉनों को ग्रहण करने के दौरान -क्वांटा के उत्सर्जन को विकिरण अभिग्रहण या अभिक्रिया (n, ) कहते हैं।
धीमी गति से न्यूट्रॉन का विकिरण कब्जा आमतौर पर 4 से 11 MeV (विभिन्न नाभिकों में न्यूट्रॉन की बाध्यकारी ऊर्जा) की ऊर्जा के साथ γ-क्वांटा उत्पन्न करता है। ऐसे स्रोत के -क्वांटा के ऊर्जा स्पेक्ट्रम में एक या अधिक रेखाएँ होती हैं।
विकिरणकारी न्यूट्रॉन कैप्चर द्वारा -क्वांटा के पर्याप्त तीव्र स्रोतों के निर्माण में शक्तिशाली परमाणु रिएक्टरों का उपयोग शामिल है। आधुनिक परमाणु रिएक्टर 10 8 क्वांटम/एस तक विकिरण कैप्चर की γ-क्वांटा की तीव्रता प्राप्त करना संभव बनाते हैं।
इस प्रकार के -स्रोतों का एक अपरिहार्य नुकसान एक बड़ी न्यूट्रॉन पृष्ठभूमि है।
यदि नाभिक की उत्तेजना ऊर्जा न्यूक्लियॉन की बाध्यकारी ऊर्जा से काफी अधिक है, तो, एक नियम के रूप में, प्रोटॉन, न्यूट्रॉन, या अधिक जटिल कणों के उत्सर्जन से उत्तेजना को हटा दिया जाएगा। हालांकि, यहां विशेष मामले भी संभव हैं, जब x 0 और ।
आइए एक उदाहरण के रूप में 8 Be नाभिक में 1+ अवस्था पर विचार करें, जिसकी उत्तेजना ऊर्जा 17.64 MeV है। यह न्यूट्रॉन उत्सर्जन सीमा (18.9 MeV) से नीचे है, और 8 Be नाभिक का सामान्य क्षय, 8 Be → 2α योजना के अनुसार आगे बढ़ना निषिद्ध है, क्योंकि दो α-कणों की प्रणाली केवल 0 राज्यों में हो सकती है। + , 2 + , 4 + , आदि। इसलिए, 8 में उपरोक्त अवस्था γ-क्वांटम के उत्सर्जन के साथ क्षय हो जाती है। -क्वांटा के स्पेक्ट्रम में दो रेखाएं होती हैं: जमीनी अवस्था में संक्रमण पर 0 +, -क्वांटा 17.64 MeV (संकीर्ण रेखा) की ऊर्जा के साथ उत्सर्जित होते हैं, पहली उत्तेजित अवस्था में संक्रमण पर 2+, -क्वांटा एक के साथ 14.74 MeV (ब्रॉड लाइन) की ऊर्जा, इस मामले में, पहली पंक्ति की तीव्रता दूसरी की तीव्रता से लगभग दोगुनी है।
17.64 MeV की ऊर्जा के साथ 8 Be नाभिक की स्थिति को उत्तेजित करने के लिए, р = 440 keV के साथ प्रोटॉन के 7 Li नाभिक द्वारा कैप्चर का उपयोग किया जाता है:

लिथियम लक्ष्य की मोटाई को कम करके, 0 लाइन (17.64 MeV) की ऊर्जा चौड़ाई को लगभग 12 keV तक बढ़ाया जा सकता है।
प्रोटॉन ईपी की ऊर्जा को बदलकर, कोई भी आसानी से γ-क्वांटा की ऊर्जा को बदल सकता है, क्योंकि ये मात्रा संबंध से संबंधित हैं

E(γ 0) = (17.25+ 7/8E p) MeV,
ई(γ 1) = (14.35 + 7/8ई पी) मेव।

हालांकि, ऊर्जा को बदलने की संभावनाएं बहुत सीमित हैं, क्योंकि प्रोटॉन की ऊर्जा में वृद्धि से γ-विकिरण की तीव्रता में तेजी से कमी आती है। इस प्रकार, पहले से ही ई पी = 800-900 केवी पर, -क्वांटा की तीव्रता लगभग 20 गुना कम हो जाती है। साथ ही निम्न-ऊर्जा -रेखा हावी होने लगती है।
एक और अक्सर इस्तेमाल की जाने वाली प्रतिक्रिया 19 एफ (पी, αγ) 16 ओ प्रतिक्रिया है, जिसमें 6.14, 6.92 और 7.12 मेव की ऊर्जा के साथ तीन γ-रेखाएं उत्पन्न होती हैं, जो 16 ओ नाभिक के उत्तेजित राज्यों के क्षय से उत्पन्न होती हैं। उनके रिश्तेदार प्रोटॉन ऊर्जाओं को बदलकर तीव्रता को बदला जा सकता है। उदाहरण के लिए, Ер = 2.05 MeV पर, 80% किरणें 7.12 MeV की ऊर्जा के साथ उत्सर्जित होती हैं। -लाइन की ऊर्जा चौड़ाई 130 केवी है।
इस प्रकार के -स्रोत बनाने के लिए प्रकाश नाभिक द्वारा प्रोटॉन के विकिरण अभिग्रहण की प्रतिक्रिया सबसे सुविधाजनक है। इसका एक कारण यह है कि प्रकाश नाभिक में प्रोटॉन की बाध्यकारी ऊर्जा अधिक होती है, जिससे उच्च ऊर्जा के मोनोक्रोमैटिक -क्वांटा प्राप्त करना संभव हो जाता है। इस प्रकार, प्रतिक्रिया में 3 H(p, γ) 4 He (4 He में एक प्रोटॉन की बंधन ऊर्जा 19.81 MeV है), 20 MeV से अधिक की ऊर्जा के साथ γ-क्वांटा प्राप्त किया जा सकता है। इस अभिक्रिया में -पुंज की ऊर्जा चौड़ाई 40 keV तक बढ़ाई जा सकती है। प्रोटॉन की ऊर्जा में क्रमिक वृद्धि से γ-क्वांटा की ऊर्जा में भी क्रमिक वृद्धि होती है। प्रोटॉन बीम ऊर्जा की ऊपरी सीमा प्रतिस्पर्धी प्रतिक्रिया 3 एच (पी, एन) में न्यूट्रॉन उपज द्वारा निर्धारित की जाती है, जो Е पी = 1.02 मेव से शुरू होती है।
प्रतिक्रिया में 20 MeV से अधिक ऊर्जा वाले प्रयोगों के लिए सुविधाजनक मोनोक्रोमैटिक γ-क्वांटा का बीम प्राप्त करना (p, ), साथ ही साथ अन्य परमाणु प्रतिक्रियाओं में असंभव है। यह इस तथ्य के कारण है कि प्रकाश नाभिक भी, Ep > 1 MeV के साथ प्रोटॉन को कैप्चर करते हुए, खुद को उत्तेजना ऊर्जा के क्षेत्र में पाते हैं जहां यौगिक नाभिक के स्तर ओवरलैप होने लगते हैं। इसके अलावा, जैसे-जैसे उत्तेजना ऊर्जा बढ़ती है, कैस्केड -संक्रमण का अनुपात बढ़ता है। यह सब -रे स्पेक्ट्रम की एक मजबूत जटिलता और नाभिक और अन्य कणों के उत्सर्जन के साथ क्षय की अपरिहार्य प्रतिस्पर्धा की ओर जाता है। इस प्रकार के स्रोतों का नुकसान γ-क्वांटा की अपेक्षाकृत कम तीव्रता भी है।
विचाराधीन प्रकार के स्रोतों के लिए -क्वांटा की ऊर्जा में एक सहज परिवर्तन की सीमा बहुत सीमित है।

इलेक्ट्रॉन त्वरक से ब्रेम्सस्ट्रालंग

त्वरण के साथ चलते हुए, तेज इलेक्ट्रॉन विद्युत चुम्बकीय विकिरण उत्सर्जित करते हैं जिसे ब्रेम्सस्ट्रालंग कहा जाता है। ब्रेम्सस्ट्रालंग -विकिरण प्राप्त करने के लिए, यह किसी भी लक्ष्य के लिए इलेक्ट्रॉन प्रवाह को निर्देशित करने के लिए पर्याप्त है। इस मामले में, लक्ष्य के नाभिक और परमाणु इलेक्ट्रॉनों के कूलम्ब क्षेत्र में इलेक्ट्रॉनों की त्वरित गति के कारण ब्रेम्सस्ट्रालंग उत्पन्न होता है।
ब्रेम्सस्ट्रालंग के γ-क्वांटा का ऊर्जा स्पेक्ट्रम निरंतर है और इसकी ऊपरी सीमा T है। यदि लक्ष्य के साथ बातचीत से पहले इलेक्ट्रॉनों की कुल ऊर्जा E 0 के बराबर है, तो

जहाँ mc 2 एक इलेक्ट्रॉन की शेष ऊर्जा (0.511 MeV) है। ऊपरी सीमा के पास के क्षेत्र को छोड़कर, ब्रेम्सस्ट्रालंग का ऊर्जा स्पेक्ट्रम एक साधारण निर्भरता l/E का पालन करता है, जहां E उत्सर्जित -क्वांटम की ऊर्जा है।
ब्रेम्सस्ट्रालंग के कोणीय वितरण में अज़ीमुथल समरूपता है। यह केवल फोटॉन और प्राथमिक इलेक्ट्रॉनों की गति की दिशाओं के बीच कोण θ द्वारा निर्धारित किया जाता है और लक्ष्य के साथ बातचीत से पहले इलेक्ट्रॉन बीम की गति की दिशा में एक तेज अधिकतम द्वारा विशेषता है (यानी, = 0 डिग्री पर)। विकिरण का सबसे बड़ा अंश सापेक्षतावादी इलेक्ट्रॉनों के लिए छोटे कोण के भीतर होता है 0< mc 2 /E 0 . Отсюда следует, что по мере увеличения энергии электронов тормозное излучение сосредоточивается во все более малом телесном угле.

चूंकि लक्ष्य की बढ़ती परमाणु संख्या के साथ ब्रेम्सस्ट्रालंग क्रॉस सेक्शन तेजी से बढ़ता है, बाद वाला आमतौर पर बड़े Z (प्लैटिनम, टंगस्टन, आदि) वाले पदार्थ से बनाया जाता है। अंजीर पर। एक उदाहरण के रूप में, चित्रा 2 प्लैटिनम लक्ष्य के लिए गणना किए गए विभिन्न ई 0 पर ब्रेम्सस्ट्रालंग स्पेक्ट्रा दिखाता है।

किसी भी इलेक्ट्रॉन त्वरक का उपयोग ब्रेम्सस्ट्रालंग के स्रोत के रूप में किया जा सकता है। ऐसे स्रोत उच्च-ऊर्जा -क्वांटा का सबसे तीव्र प्रवाह प्रदान करते हैं। 100 µA के एक इलेक्ट्रॉन बीम करंट और एक ब्रेम्सस्ट्रालंग लक्ष्य 0.01 विकिरण लंबाई मोटी, फोटॉन की तीव्रता, घटना इलेक्ट्रॉनों की ऊर्जा की परवाह किए बिना, लगभग 6 के बराबर होती है। 10 12 / ई फोटोन प्रति MeV।

उच्च ऊर्जा गामा मोनोक्रोमैटाइजेशन के तरीके

फास्ट पॉज़िट्रॉन का इन-फ़्लाइट सर्वनाश

विधि का सार सापेक्ष गति से चलने वाले पॉज़िट्रॉन के इन-फ़्लाइट सर्वनाश की प्रक्रिया का उपयोग करना है।
ऊर्जा ई पॉज़ के साथ एक तेज़ पॉज़िट्रॉन, पदार्थ में गतिमान, अपनी प्रारंभिक ऊर्जा के किसी भी महत्वपूर्ण हिस्से को खोने से पहले विनाश का अनुभव कर सकता है। एक पॉज़िट्रॉन का विनाश दो या दो से अधिक फोटॉन का उत्पादन कर सकता है। सबसे संभावित प्रक्रिया दो-फोटॉन विनाश है। यह वह प्रक्रिया है जो मोनोक्रोमैटिक फोटॉनों के निर्माण की ओर ले जाती है। बड़ी संख्या में फोटॉनों का निर्माण, उदाहरण के लिए तीन, निरंतर ऊर्जा वितरण की ओर जाता है। हालांकि, इस तथ्य के कारण कि तीन-फोटॉन विनाश के लिए क्रॉस सेक्शन छोटा है, इसे उपेक्षित किया जा सकता है (तीन-फोटॉन विनाश दो-फोटॉन विनाश की तुलना में 370 गुना कम बार होता है)।
दो-फोटॉन विनाश, जिस पर हम नीचे विचार करेंगे, ऊर्जा के साथ दो γ-क्वांटा उत्पन्न करता है

	(2)
ई γ2 = ई स्थिति - ई γ1 + एमसी 2 ,	(3)

जहाँ पहले फोटॉन के उत्सर्जन की दिशा और पॉज़िट्रॉन की गति की दिशा के बीच का कोण है।
पॉज़िट्रॉन की गति की दिशा के सापेक्ष 0 और 180° के कोणों पर विपरीत दिशाओं में दो फोटॉन के उत्सर्जन की सबसे अधिक संभावना है। इस मामले में, 0° के कोण पर उत्सर्जित एक फोटान, यानी आगे की दिशा में, लगभग सारी ऊर्जा को ले जाता है। दरअसल, = 0 और mc 2 . सेट करना<< E pos , из (2 и 3) получаем

कोण पर विनाश -क्वांटा की ऊर्जा की निर्भरता (सूत्र (2) और चित्र 3 देखें) इस तथ्य की ओर ले जाती है कि अंतिम ठोस कोण में फोटॉन स्पेक्ट्रम सख्ती से मोनोक्रोमैटिक नहीं है। जैसे-जैसे पॉज़िट्रॉन ऊर्जा बढ़ती है, ऊर्जा प्रसार कम होता जाता है। यदि हम लक्ष्य सामग्री में पॉज़िट्रॉन के बहु-प्रकीर्णन की उपेक्षा करते हैं जहाँ विनाश होता है, तो वह कोण जिस पर ऊर्जा का प्रसार होता है

= Δई γ1 / ई γ1 ,

(2E स्थिति) 1/2 होने का अनुमान है। इसलिए, एक काफी छोटे ठोस कोण के भीतर उड़ने वाले विनाश फोटॉनों को अलग करके, कोई γ-विकिरण के मोनोक्रोमैटाइजेशन का एक बहुत ही उच्च स्तर प्राप्त कर सकता है। विनाश विकिरण बनाने के लिए आवश्यक तेज़ पॉज़िट्रॉन उच्च Z (भारी नाभिक) वाले लक्ष्य (कन्वर्टर) के लिए कुल ऊर्जा ई एल के साथ सापेक्षतावादी इलेक्ट्रॉनों को निर्देशित करके प्राप्त किए जाते हैं। लक्ष्य में उत्पन्न ब्रेम्सस्ट्रालंग एक ही लक्ष्य में इलेक्ट्रॉन-पॉज़िट्रॉन जोड़े बनाता है। पॉज़िट्रॉन कनवर्टर को एक विस्तृत ठोस कोण में छोड़ते हैं और उनकी कुल ऊर्जा 0 से E el - 2ms 2 की सीमा में होती है। कनवर्टर के बाद स्थित चुंबकीय विश्लेषक पॉज़िट्रॉन का चयन करता है, जिसकी ऊर्जा एक संकीर्ण अंतराल में निहित होती है। ये पॉज़िट्रॉन या तो तुरंत या अतिरिक्त त्वरण के बाद कम Z (प्रकाश नाभिक) के साथ एक विनाश लक्ष्य के लिए निर्देशित होते हैं। इस लक्ष्य में बनने वाले सर्वनाश -क्वांटा का प्रयोग आगे प्रयोग के लिए किया जाता है।
चूंकि एनीहिलेशन फोटॉनों के निर्माण की प्रक्रिया दो चरणों वाली प्रक्रिया है, इसलिए मोनोक्रोमैटिक विकिरण की उपज बहुत कम है। आमतौर पर, कनवर्टर में एक इलेक्ट्रॉन द्वारा पॉज़िट्रॉन के उत्पादन की संभावना 10 -4 - 10 -3 से अधिक नहीं होती है, और प्रति पॉज़िट्रॉन विनाश फोटॉन की उपज लगभग 10 -4 के बराबर होती है। इस प्रकार, प्रति इलेक्ट्रॉन विनाश फोटॉन की उपज 10 -8 - 10 -7 से अधिक नहीं है। इसलिए यह स्पष्ट है कि विनाश -विकिरण के तीव्र प्रवाह का निर्माण केवल उच्च-वर्तमान इलेक्ट्रॉन त्वरक की उपस्थिति में ही संभव है।

आइए एक उदाहरण के रूप में एक मोनोक्रोमेटर (चित्र 4) पर विचार करें, जो लिवरमोर (कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, यूएसए) में काम करता है।

150 केवी की ऊर्जा वाले इलेक्ट्रॉनों को रैखिक त्वरक के पहले खंड में अंतःक्षिप्त किया गया था। खंड के अंत में, कनवर्टर तक पहुंचने से पहले, उनके पास लगभग 10 MeV की ऊर्जा थी। टैंटलम (Z = 73) या टंगस्टन (Z = 74) से बना कनवर्टर लगभग 2.5 मिमी मोटा था। कनवर्टर में उत्पन्न पॉज़िट्रॉन एक चुंबकीय लेंस द्वारा केंद्रित थे और रैखिक त्वरक के अगले दो खंडों द्वारा लगभग 30 MeV तक त्वरित किए गए थे। इलेक्ट्रॉन त्वरण मोड से पॉज़िट्रॉन त्वरण मोड में त्वरक वर्गों का पुनर्गठन और इसके विपरीत उच्च आवृत्ति वाले विद्युत वोल्टेज के चरण को घुमाकर किया गया था। प्रति इलेक्ट्रॉन पॉज़िट्रॉन की कुल उपज 10 -5 थी। इस तथ्य को ध्यान में रखते हुए कि चुंबकीय विश्लेषक ने 1% से अधिक के ऊर्जा प्रसार के साथ आगे त्वरण के लिए पॉज़िट्रॉन का चयन किया, प्रति इलेक्ट्रॉन पॉज़िट्रॉन की उपज लगभग 10 -7 थी।
यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि रैखिक त्वरक के दूसरे खंड में पेश किए गए पॉज़िट्रॉन की ऊर्जा कनवर्टर में प्रवेश करने वाले इलेक्ट्रॉनों की ऊर्जा से लगभग तीन गुना कम थी। यह इस तथ्य के कारण था कि कनवर्टर छोड़ने वाले पॉज़िट्रॉन का ऊर्जा वितरण इलेक्ट्रॉन ऊर्जा के लगभग एक तिहाई के अनुरूप ऊर्जा पर अधिकतम होता है। एक लीएच नमूना 0.15 मिमी मोटी का उपयोग विनाश लक्ष्य के रूप में किया गया था। इस तरह के लक्ष्य के लिए प्रति पॉज़िट्रॉन विनाश फोटॉन की उपज ~ 10 -11 थी।
जैसा कि पहले ही उल्लेख किया गया है, कन्वर्टर्स उच्च जेड के साथ सामग्री से बने होते हैं, इस तथ्य के कारण कि पॉज़िट्रॉन की उपज दो क्रमिक प्रक्रियाओं की संभावना पर निर्भर करती है: ब्रेम्सस्ट्रालंग -विकिरण का गठन और इलेक्ट्रॉन-पॉज़िट्रॉन जोड़े का उत्पादन, और क्रॉस सेक्शन इनमें से प्रत्येक प्रक्रिया Z 2 के रूप में बढ़ती है।
छोटे Z के साथ पदार्थों के विनाश लक्ष्य के लिए सामग्री की पसंद को पॉज़िट्रॉन ब्रेम्सस्ट्रालंग -विकिरण के सापेक्ष योगदान को अधिकतम रूप से दबाने की आवश्यकता से समझाया गया है, जो अनिवार्य रूप से विनाश -विकिरण के साथ होता है। चूँकि सर्वनाश -क्वांटा की उपज Z के समानुपाती होती है, तो प्रकाश नाभिक के लिए सर्वनाश और ब्रेम्सस्ट्रालंग γ-क्वांटा की संख्या के बीच का अनुपात अधिकतम होगा।

इस प्रकार, -क्वांटा का स्पेक्ट्रम तब उत्पन्न होता है जब तेजी से पॉज़िट्रॉन एक विनाश लक्ष्य से टकराते हैं, सख्ती से मोनोक्रोमैटिक नहीं होते हैं, क्योंकि इसमें ब्रेम्सस्ट्रालंग होता है। बेरिलियम लक्ष्य के मामले के लिए गणना किए गए -क्वांटा का ऊर्जा स्पेक्ट्रा अंजीर में दिखाया गया है। 5. इस मामले में, dE को 1 MeV माना गया था, और सर्वनाश शिखर का आकार गॉसियन माना गया था और 5% के ऊर्जा संकल्प के अनुरूप था। यह देखा जा सकता है कि जैसे-जैसे ई पॉज़ बढ़ता है, विनाश और ब्रेम्सस्ट्रालंग -क्वांटा की संख्या के बीच का अनुपात बिगड़ता है। दरअसल, एनीहिलेशन -क्वांटा की संख्या ई पॉज़ के रूप में बढ़ती है, जबकि स्पेक्ट्रम के कम-ऊर्जा वाले हिस्से में ब्रेम्सस्ट्रालंग -क्वांटा की संख्या लगभग ई 2 पॉज़ के रूप में बढ़ती है।
ब्रेम्सस्ट्रालंग -विकिरण की अपरिहार्य उपस्थिति वर्णित मोनोक्रोमैटाइजेशन विधि का एक नुकसान है, क्योंकि इससे दो मापों के बीच अंतर के रूप में अंतिम परिणाम प्राप्त करने की आवश्यकता होती है। सबसे पहले, विनाश लक्ष्य द्वारा उत्पन्न फोटॉनों के बीम के साथ प्रतिक्रिया की उपज वाई पॉज़ (ई पॉज़) जब ऊर्जा ई पॉज़ के पॉज़िट्रॉन ने इसे मारा, और फिर फोटॉन की बीम के साथ प्रतिक्रिया वाई एल (ई एल) की उपज विनाश लक्ष्य में उत्पन्न होता है जब समान ऊर्जा के पॉज़िट्रॉन या इलेक्ट्रॉनों की समान संख्या होती है। बाद के मामले में, फोटॉन स्पेक्ट्रम विशुद्ध रूप से ब्रेम्सस्ट्राहलंग है और अंतर Y pos (E pos) - Y el (E el) अध्ययन के तहत प्रतिक्रिया की उपज है, जो कि विनाश विकिरण शिखर के अनुरूप है।
हालाँकि, पैदावार पर प्रायोगिक डेटा के आधार पर प्रतिक्रिया क्रॉस सेक्शन के बारे में सही जानकारी निकालना एक गैर-तुच्छ कार्य है और इसके लिए वाद्य कार्य के मापदंडों के अच्छे ज्ञान की आवश्यकता होती है।
विनाश बीम की अपेक्षाकृत कम तीव्रता एक प्रकार के प्रयोग द्वारा उनके प्रभावी उपयोग को सीमित करती है - फोटोन्यूट्रॉन प्रतिक्रियाओं के लिए प्रभावी क्रॉस सेक्शन का मापन। इस तरह के प्रयोगों में विनाशकारी विकिरण की अपर्याप्त उच्च तीव्रता की भरपाई अध्ययन के तहत लक्ष्य के बड़े (कई सौ ग्राम तक) वजन से की जा सकती है।

टैग की गईं फोटोन

इस पद्धति में, अध्ययन के तहत लक्ष्य को एक ब्रेम्सस्ट्राहलंग बीम से विकिरणित किया जाता है, और एक फोटोन्यूक्लियर प्रतिक्रिया के प्रत्येक मामले के लिए, इस प्रतिक्रिया के कारण फोटॉन की ऊर्जा निर्धारित की जाती है। यह निम्नानुसार किया जाता है (चित्र 6 देखें)। इलेक्ट्रॉन बीम को त्वरक से निकाला जाता है और त्वरक कक्ष के बाहर स्थित एक मंदता लक्ष्य के लिए निर्देशित किया जाता है। ऊर्जा E 0 के साथ एक इलेक्ट्रॉन, एक ब्रेम्सस्ट्रालंग लक्ष्य के साथ बातचीत करते हुए, ऊर्जा E के साथ एक फोटॉन का उत्सर्जन करता है और इसे कम ऊर्जा E के साथ छोड़ देता है। फोटॉन तब अध्ययन के तहत लक्ष्य को हिट करता है और एक फोटोन्यूक्लियर प्रतिक्रिया का कारण बनता है। चूँकि E 0 , E और E विशिष्ट रूप से संबंध से संबंधित हैं

ई \u003d ई 0 - ई,

फिर, बिखरे हुए इलेक्ट्रॉन की ऊर्जा ई को मापकर और इसे फोटोन्यूक्लियर प्रतिक्रिया के उत्पादों के साथ संयोग के लिए पंजीकृत करके, कोई भी फोटॉन की ऊर्जा ई पा सकता है जिसके कारण यह प्रतिक्रिया हुई (ई 0 ज्ञात है, क्योंकि यह द्वारा निर्धारित किया जाता है त्वरक का ऑपरेटिंग मोड)। बिखरी हुई इलेक्ट्रॉन ऊर्जा E आमतौर पर एक चुंबकीय स्पेक्ट्रोमीटर का उपयोग करके निर्धारित की जाती है।
ऊर्जा E को ऊर्जा E 0 और E को बदलकर परिवर्तित किया जा सकता है।
टैग की गई फोटॉन विधि का ऊर्जा संकल्प मुख्य रूप से चुंबकीय स्पेक्ट्रोमीटर के संकल्प द्वारा निर्धारित किया जाता है और, सिद्धांत रूप में, उड़ान में तेजी से पॉज़िट्रॉन विनाश विधि के ऊर्जा संकल्प से अधिक हो सकता है। टैग की गई फोटॉन विधि को सबसे पहले कॉर्नेल यूनिवर्सिटी (यूएसए) में सिंक्रोट्रॉन में लागू किया गया था। 1 9 61 में इलिनोइस विश्वविद्यालय (यूएसए) में टैग की गई फोटॉन विधि का उपयोग करने वाला एक मोनोक्रोमेटर भी बनाया गया था। 11-19 MeV की ऊर्जा वाले फोटॉन के लिए इसका ऊर्जा संकल्प 0.67% है। फोटॉन बीम की अधिकतम तीव्रता 5 थी। प्रति सेकंड 10 5 फोटॉन। चुंबकीय स्पेक्ट्रोमीटर के फोकल प्लेन में स्थित छह प्लास्टिक स्किन्टिलेटर्स द्वारा माध्यमिक इलेक्ट्रॉनों का पता लगाया गया था। साथ ही, इलेक्ट्रॉनों E की ऊर्जा और उनके पंजीकरण का समय दर्ज किया गया। प्रतिक्रियाओं से न्यूट्रॉन की ऊर्जा (γ,xn) उड़ान के समय विधि द्वारा निर्धारित की गई थी।
टैग की गई फोटॉन विधि के नुकसान में परमाणु प्रतिक्रिया उत्पादों के प्रत्यक्ष पंजीकरण की आवश्यकता शामिल है, जो कई पंजीकरण विधियों के उपयोग की अनुमति नहीं देता है, उदाहरण के लिए, प्रेरित गतिविधि विधि। टैग किए गए फोटॉन बीम की तीव्रता को बढ़ाने के सबसे आशाजनक तरीकों में से एक 100% कर्तव्य चक्र के साथ रैखिक त्वरक का उपयोग करना है। हालांकि, ऐसे त्वरक पर भी इलेक्ट्रॉन बीम की तीव्रता के केवल एक हिस्से का उपयोग करना संभव है (तालिका 2 देखें)। तीव्रता पर मुख्य सीमा पंजीकरण प्रणाली की गति से लगाई जाती है। (टैग किए गए फोटॉन के सिस्टम में विशेषता समाधान समय ~ 1 एनएस है।)

यहां, ई ई इलेक्ट्रॉन ऊर्जा है, जे ई इलेक्ट्रॉन प्रवाह है, के बीम भरने वाला कारक है, ई गामा किरणों की ऊर्जा है, टैगिंग सिस्टम की दक्षता है, जे इलेक्ट्रॉन चालू है जिसका उपयोग संचालन करते समय किया जाता है फोटॉन टैगिंग मोड, I श्रेणी E /E γ 1% में टैग किए गए फोटॉन का प्रवाह है।

आराम पर एक इलेक्ट्रॉन पर कॉम्पटन प्रभाव

नियंत्रित ऊर्जा के मोनोक्रोमैटिक फोटॉनों का स्रोत बनाने के लिए, एक स्थिर और गतिशील इलेक्ट्रॉन (तथाकथित प्रत्यक्ष और उलटा कॉम्पटन प्रभाव) पर कॉम्पटन प्रभाव का उपयोग कर सकते हैं। पहले मामले में, एक परमाणु प्रतिक्रिया में उत्पादित मोनोक्रोमैटिक क्वांटा का एक बीम एक स्थिर लक्ष्य के इलेक्ट्रॉनों द्वारा बिखरा हुआ है। दूसरे में, एक शक्तिशाली लेजर का एक फोटॉन बीम उच्च-ऊर्जा मोनोक्रोमैटिक इलेक्ट्रॉनों के टकराने वाले बीम द्वारा बिखरा हुआ है।
प्रत्यक्ष कॉम्पटन प्रभाव का उपयोग परमाणु प्रतिक्रियाओं में उत्पन्न -रे बीम की सबसे महत्वपूर्ण कमियों में से एक को समाप्त करना संभव बनाता है - फोटॉन ऊर्जा को सुचारू रूप से समायोजित करने की असंभवता। वास्तव में, आपतित फोटॉन की ऊर्जा E 0, कॉम्पटन के प्रकीर्णन के बाद फोटॉन की ऊर्जा E से निम्नलिखित संबंध से संबंधित है:

यदि प्रकीर्णक एक गोलाकार सतह के एक खंड पर कब्जा कर लेता है, जिस पर एक निश्चित ऊर्जा के मोनोक्रोमैटिक फोटॉन का स्रोत और अध्ययन के तहत एक लक्ष्य स्थित होता है, तो अध्ययन के तहत लक्ष्य पर आपतित सभी फोटोन की ऊर्जा समान होगी (चित्र 7) . इस ऊर्जा को गोले की सतह के साथ लक्ष्य या स्रोत को स्थानांतरित करके बदला जा सकता है।

इस प्रकार के एक मोनोक्रोमेटर के साथ पहले प्रयोगों में, कैडमियम प्लेट (स्कैटर-ग्रेफाइट) द्वारा थर्मल न्यूट्रॉन के विकिरण कैप्चर के -क्वांटा का उपयोग किया गया था। बिखरी हुई -क्वांटा की तीव्रता ऐसी थी कि स्रोत से 10 मीटर की दूरी पर, 1 ईवी की ऊर्जा सीमा में 1 सेमी 2 के क्षेत्र में 1 फोटॉन प्रति सेकंड गिर गया। -क्वांटा की ऊर्जा 0.1 से 8.0 MeV की सीमा में सुचारू रूप से भिन्न हो सकती है।
इस प्रकार की एक अन्य स्थापना में, Ti और Ni में न्यूट्रॉन के विकिरण कैप्चर के -क्वांटा का उपयोग किया गया था। विसारक एल्यूमीनियम से बना था। बिखरे हुए -क्वांटा की ऊर्जा 0.5 से 8.5 MeV तक भिन्न होती है। ऊर्जा संकल्प 1-3% था, और फोटॉन की तीव्रता 1 क्वांटम/ईवी थी। साथ। सेमी 2.
इस पद्धति का नुकसान यह है कि बिखरे हुए फोटॉनों की ऊर्जा ऊपर से सीमित होती है, जो पहले से ही बहुत अधिक ऊर्जा विकिरण कैप्चर -क्वांटा से नहीं होती है। धीमी न्यूट्रॉन के विकिरण कैप्चर के -क्वांटा का उपयोग करना सबसे अधिक समीचीन है, जिसकी तीव्रता बहुत अधिक हो सकती है)।

इलेक्ट्रॉनों पर लेजर फोटॉन का उलटा कॉम्पटन प्रकीर्णन

प्रतिलोम कॉम्पटन प्रभाव का उपयोग करके उच्च ऊर्जा मोनोक्रोमैटिक γ-क्वांटा प्राप्त किया जा सकता है।
एक गतिमान इलेक्ट्रॉन पर कॉम्पटन प्रभाव की एक महत्वपूर्ण विशेषता है - बिखरने की प्रक्रिया में, फोटॉन बिखरे हुए लोगों की तुलना में बहुत कठिन दिखाई देते हैं। इस प्रकार, जब प्रकाश फोटॉन सापेक्षतावादी इलेक्ट्रॉनों द्वारा बिखरे हुए होते हैं, तो बिखरे हुए फोटॉन में प्राथमिक इलेक्ट्रॉनों की ऊर्जा के बराबर ऊर्जा होती है। वास्तव में, उस स्थिति के लिए व्यंजक (6) का सामान्यीकरण करके जब इलेक्ट्रॉन वेग v से गति करते हैं, हम प्राप्त कर सकते हैं

(7)

जहां E 0 अंतःक्रिया से पहले इलेक्ट्रॉन की कुल ऊर्जा है, और कोणों और φ का अर्थ अंजीर में समझाया गया है। आठ।
इस प्रकार, ई 0 और ई 0 के निश्चित मूल्यों पर, बिखरे हुए फोटॉन की ऊर्जा पूरी तरह से प्रयोग की ज्यामिति (कोणों और ) से निर्धारित होती है।
चूँकि हम अति-सापेक्ष इलेक्ट्रॉनों पर बहुत अधिक ऊर्जा वाले फोटॉन के प्रकीर्णन के मामले पर विचार कर रहे हैं, तो E 0 >> E 0 और व्यंजक के हर (7) में तीसरे पद की उपेक्षा की जा सकती है। इस सन्निकटन में

संबंध से देखा जा सकता है कि कम ऊर्जा वाले फोटॉन के स्रोत का उपयोग करने के मामले में भी, इलेक्ट्रॉनों की ऊर्जा में वृद्धि के कारण बिखरे हुए फोटॉन की ऊर्जा मनमाने ढंग से बड़ी हो सकती है। यह उच्च-शक्ति वाले लेज़रों के उपयोग के माध्यम से उच्च-ऊर्जा मोनोक्रोमैटिक -क्वांटा का एक तीव्र बीम प्राप्त करने की संभावना को खोलता है। दरअसल, जब रूबी लेजर (Е 0 = 1.78 eV) के फोटॉन 6 GeV, E max = 848 MeV की ऊर्जा वाले इलेक्ट्रॉन द्वारा बिखरे होते हैं।
बिखरे हुए फोटोन की ऊर्जा को या तो ऊर्जा E 0 और E γ0 को बदलकर, या अवलोकन कोण - को बदलकर भिन्न किया जा सकता है। जैसे-जैसे E 0 और E बढ़ते हैं, max बहुत तेजी से बढ़ता है। ई γ0 = 1.78 ईवी पर:

बिखरे हुए फोटॉन के एक बीम का ऊर्जा संकल्प उनके कोलिमेशन की डिग्री पर निर्भर करता है, यानी कोण θ - में फैलता है। आइए उस स्थिति पर विचार करें जब एक फोटॉन, वापस बिखरने के बाद, प्राथमिक इलेक्ट्रॉन बीम (θ = 180° और θ - φ0°) की गति की दिशा के सापेक्ष एक छोटे कोण पर उड़ता है। संबंध (8) से, इस तथ्य को ध्यान में रखते हुए कि वीसी, हम प्राप्त करते हैं

(प्रकीर्णित फोटॉन की अधिकतम ऊर्जा सूत्र (9) द्वारा दी गई है)। इसलिए यह इस प्रकार है कि अभिव्यक्ति का उपयोग करके बैकस्कैटर फोटॉन के बीम के ऊर्जा संकल्प का अनुमान लगाया जा सकता है

(12)

मान लें कि = 10 -5 रेड, E γ0 = 1.78 eV और E 0 = 8 GeV, हम E γmax = 1.44 GeV और लगभग 2% का ऊर्जा रिज़ॉल्यूशन प्राप्त करते हैं। जैसे-जैसे E 0 बढ़ता है, ऊर्जा का विभेदन उसी समतलीकरण कोण पर बिगड़ता जाता है। इस प्रकार, 0 = 16 GeV (Е max = 4.7 GeV) पर यह 6.5% के बराबर है।
व्युत्क्रम कॉम्पटन प्रभाव का उपयोग करके प्राप्त मोनोक्रोमैटिक फोटॉनों के एक बीम की तीव्रता लेजर विकिरण की तीव्रता और इलेक्ट्रॉन बीम की तीव्रता दोनों से निर्धारित होती है। शक्तिशाली लेज़रों द्वारा उत्सर्जित फोटॉनों की संख्या 10 -8 s की पल्स अवधि के साथ 10 20 प्रति पल्स तक पहुँच जाती है। इलेक्ट्रॉनों की संख्या 10 11 के साथ समान अवधि के एक इलेक्ट्रॉन गुच्छा द्वारा इतनी संख्या में फोटॉनों को बिखरने से लगभग 5% के ऊर्जा संकल्प के साथ 10 7 फोटॉन / एस तक मोनोक्रोमैटिक फोटॉन की तीव्रता प्राप्त करना संभव हो जाएगा।
कॉम्पटन बीम प्राप्त करने के लिए, कई सौ मिलीमीटर की धारा वाले इलेक्ट्रॉनिक भंडारण उपकरणों का उपयोग करने की सलाह दी जाती है।
बैकस्कैटरिंग विधि 1963 में प्रस्तावित की गई थी। पहली स्थापना जिस पर परमाणु भौतिकी अनुसंधान शुरू हुआ था, वह फ्रैस्काटी (लाडोन) में बनाया गया था। 1994 से, नोवोसिबिर्स्क में ROKK सुविधाओं पर अध्ययन किया गया है ( आरछितरा हुआ हेभाईचारे का सेवाओम्पटन सेवादोस्तो)। वर्तमान में ब्रुकहैवन में लेग्स सुविधा में कॉम्पटन बीम का भी उपयोग किया जा रहा है ( लीअसर इइलेक्ट्रोनिक जीअम्मा एस Ource), ग्रेनोबल में - GRAAL ( जीआरमहान एत्वरक एनेऊ ली aser), जापान में - LEPS ( लीअसर इइलेक्ट्रोनिक पीहॉटन एसहमारा)। तालिका में। 4 प्रतिलोम कॉम्पटन फोटॉनों के बीम के साथ संस्थापन के मुख्य मापदंडों को दर्शाता है।

यह देखा जा सकता है कि इन सेटअपों में एक विस्तृत ऊर्जा रेंज शामिल है। बीम की तीव्रता 10 7 एस -1 से अधिक नहीं है। तीव्रता की सीमा भंडारण रिंग कक्षा से बाहर लेज़र बीम के इलेक्ट्रॉनों के दस्तक देने के कारण होती है। तीव्रता में वृद्धि लंबी-तरंग दैर्ध्य लेज़रों का उपयोग करके प्राप्त की जा सकती है, जब गामा किरणों के उत्सर्जन के लिए इलेक्ट्रॉनों की ऊर्जा हानि अपेक्षाकृत कम होती है और इलेक्ट्रॉन भंडारण की अंगूठी में खो नहीं जाते हैं, लेकिन संतुलन कक्षा में वापस आ जाते हैं।
निम्न-ऊर्जा बीम की उच्च मोनोक्रोमैटिकिटी प्राप्त करने के लिए (Е < 100 MeV) बीम कोलिमेशन का उपयोग किया जाता है। हालांकि, जैसे-जैसे ऊर्जा बढ़ती है, आवश्यक समापक व्यास बहुत छोटा हो जाता है, इसलिए टैग किए गए फोटॉनों की एक प्रणाली का अतिरिक्त रूप से उपयोग किया जाता है।
उदाहरण के लिए अंजीर में। 9 ROCK-2 सेटअप का आरेख दिखाता है।

कॉम्पटन बैकस्कैटरिंग का लाभ यह है कि

• काफी उच्च तीव्रता पर अच्छी मोनोक्रोमैटिकिटी प्राप्त करना संभव है;
• कम-ऊर्जा वाले ब्रेम्सस्ट्राहलंग फोटॉन की पृष्ठभूमि, जो इस मामले में स्टोरेज रिंग के वैक्यूम सिस्टम के अवशिष्ट गैस पर ही होती है, बहुत छोटी है;
• इलेक्ट्रॉनों की प्रारंभिक ऊर्जा को बदलकर कॉम्पटन स्पेक्ट्रम की ऊपरी सीमा को आसानी से बदला जा सकता है;
• गामा-किरण बीम की तीव्रता कमजोर रूप से इलेक्ट्रॉन ऊर्जा पर निर्भर करती है;
• गामा किरणों को रैखिक या गोलाकार ध्रुवीकरण के साथ प्राप्त करना संभव है, जिसकी डिग्री 100% के करीब है, लेजर फोटॉन के ध्रुवीकरण को बदलकर बीम ध्रुवीकरण को आसानी से नियंत्रित किया जा सकता है।

उन्मुख एकल क्रिस्टल से फोटॉनों का क्वासिमोनोक्रोमैटिक उत्सर्जन

ब्रेम्सस्ट्रालंग घटक को छोड़कर, इलेक्ट्रॉनों द्वारा विकिरणित एक उन्मुख क्रिस्टल से सुसंगत विकिरण का स्पेक्ट्रम, जिसमें से एक (कम ऊर्जा पर) की अधिकतम तीव्रता होती है। विधि Frascatti और ​​Kharkov में लागू की गई थी। पतले (~ 0.5–2 मिमी) हीरे के एकल क्रिस्टल आमतौर पर उपयोग किए जाते हैं। आपतित किरण की दिशा के सापेक्ष क्रिस्टल को घुमाकर ऊर्जा समायोजन किया जाता है। Frascati में, 1 GeV की इलेक्ट्रॉन ऊर्जा पर, गामा किरणों की ऊर्जा सीमा 100-550 MeV थी। फ्रैस्काटी और खार्कोव दोनों में, ~ 10 10 एस -1 की तीव्रता 10% की एकरूपता की डिग्री के साथ प्राप्त की गई थी।

साहित्य

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2. पुस्तक में वी.जी. नेदोरेज़ोव, ए.एन. मुशकारेंकोव। सिर के नाभिक की विद्युतचुंबकीय अंतःक्रियाएं और .
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