संक्रमण विकिरण: Difference between revisions
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'''संक्रमण विकिरण''' (टीआर) [[विद्युत चुम्बकीय विकिरण]] का एक रूप होता है जो तब उत्सर्जित होता है जब एक [[आवेशित कण]] अमानवीय साधन से निकलता है, जैसे कि दो अलग-अलग साधन 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 तरंग|विद्युत चुम्बकीय तरंगों]] के [[चरण वेग]] से अधिक गति से एक सजाती माध्यम से निकलता है। | |||
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1945 में [[विटाली गिन्ज़बर्ग]] और [[इल्या फ्रैंक]] द्वारा सैद्धांतिक रूप से संक्रमण विकिरण का प्रदर्शन किया गया था।<ref>V.L.Ginzburg and I.M.Frank [http://inspirehep.net/record/45474/ "Radiation of a uniformly moving electron due to its transition from one medium into another"], JETP (USSR) 16 (1946) 15-28; Journ.Phys. USSR 9 (1945) 353-362</ref> उन्होंने संक्रमण विकिरण के अस्तित्व को दिखाया | 1945 में [[विटाली गिन्ज़बर्ग]] और [[इल्या फ्रैंक]] द्वारा सैद्धांतिक रूप से संक्रमण विकिरण का प्रदर्शन किया गया था।<ref>V.L.Ginzburg and I.M.Frank [http://inspirehep.net/record/45474/ "Radiation of a uniformly moving electron due to its transition from one medium into another"], JETP (USSR) 16 (1946) 15-28; Journ.Phys. USSR 9 (1945) 353-362</ref> उन्होंने संक्रमण विकिरण के अस्तित्व को दिखाया था। एक चार्ज कण लंबवत रूप से दो अलग-अलग सजातीय साधन 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 होती है। विकिरण की [[तीव्रता (भौतिकी)|तीव्रता]] कण के [[लोरेंत्ज़ कारक]] के लिए लघुगणकीय रूप से आनुपातिक होती है। प्रकाशिक क्षेत्र में संक्रमण विकिरण के पहले अवलोकन के बाद,<ref>P.Goldsmith and J.V.Jelley,[https://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/14786435908238241 "Optical transition radiation from protons entering metal surfaces"], Philos.Mag. 4 (1959) 836</ref> कई प्रारंभिक अध्ययनों ने संकेत दिया कि व्यक्तिगत कणों की पहचान के लिए प्रकाशिक 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 अति-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।<ref>G.M.Garibyan [http://jetp.ac.ru/cgi-bin/dn/e_006_06_1079.pdf "Contribution to the Theory of Transition Radiation"], JETP (USSR) 33 (1957) 1403; Sov.Phys.JETP 6 (1958) 1079</ref> 1959 में गैरीबियन ने सैद्धांतिक रूप से दिखाया कि साधन 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।<ref>G.M.Garibyan [http://www.jetp.ac.ru/cgi-bin/dn/e_010_02_0372.pdf "Transition Radiation Effects in Particle Energy Losses"], JETP (USSR) 37 (1959) 527-533; Sov.Phys.JETP 10 (1960) 372</ref> 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।<ref>Boris Dolgoshein [http://ivanik3.narod.ru/Vacuum/DolgosheinNIMdet.pdf "Transition radiation detectors"], Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A326 (1993) 434-469</ref> | |||
इस प्रकार, 1959 से टीआर और विशेष रूप से एक्स-रे टीआर का गहन सैद्धांतिक और प्रायोगिक अनुसंधान प्रारंभ हुआ था।<ref>[https://books.google.com/books?id=Y1fbXwKcQWMC&dq=fast+charged+particles+passing+through+media+with+boundaries+garibian&pg=PA137 "Health Physics Division annual progress report"], Oak Ridge National Laboratory, p.137, 1959</ref><ref>[http://lss.fnal.gov/archive/1975/conf/fermilab-conf-75-111-e.pdf "Some New Developments on Transition Radiation Detectors"] [[Luke Chia-Liu Yuan|L. C. Yuan]], Brookhaven National Laboratory, p.2, Upton, New York, USA and CERN, Geneva, Switzerland</ref> | |||
== एक्स-रे क्षेत्र में संक्रमण विकिरण == | == 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 साधन के अंतराफलक को पार करते है। उत्सर्जित विकिरण प्रत्येक माध्यम में अलग-अलग गतिमान कण के विद्युत और चुंबकीय क्षेत्रों 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 {{math|''γ'' {{=}} ''E''/''mc''<sup>2</sup>}} पर निर्भर करती है और ज्यादातर आगे की ओर निर्देशित होती है, जो कण के पथ के सापेक्ष {{math|1/''γ''}} के क्रम के कोण पर चरम पर होती है। उत्सर्जित विकिरण की तीव्रता कण की ऊर्जा {{math|''E''}} के लगभग समानुपाती होती है। | |||
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प्रकाशिक संक्रमण विकिरण दोनों आगे की दिशा में उत्सर्जित होते है और अंतराफलक सतह द्वारा परिलक्षित होते है। कण किरण के संबंध में 45 डिग्री के कोण वाली पन्नी के स्थिति में, कण किरण के आकार को 90 डिग्री के कोण पर देखा जा सकता है। उत्सर्जित दृश्य विकिरण का अधिक विस्तृत विश्लेषण {{math|''γ''}} है और उत्सर्जन के निर्धारण की अनुमति देता है। | |||
आपेक्षिकीय गति के सन्निकटन में (<math>\gamma \gg 1</math>), छोटे कोण (<math>\theta \ll 1</math>) और उच्च आवृत्ति (<math>\omega \gg \omega_p</math>), ऊर्जा स्पेक्ट्रम के रूप में व्यक्त किया जा सकता है:<ref>{{Cite book|title=शास्त्रीय इलेक्ट्रोडायनामिक्स|last=Jackson|first=John|publisher=John Wiley & Sons, Inc|year=1999|isbn=978-0-471-30932-1|pages=646–654}}</ref> | आपेक्षिकीय गति के सन्निकटन में (<math>\gamma \gg 1</math>), छोटे कोण (<math>\theta \ll 1</math>) और उच्च आवृत्ति (<math>\omega \gg \omega_p</math>), ऊर्जा स्पेक्ट्रम के रूप में व्यक्त किया जा सकता है:<ref>{{Cite book|title=शास्त्रीय इलेक्ट्रोडायनामिक्स|last=Jackson|first=John|publisher=John Wiley & Sons, Inc|year=1999|isbn=978-0-471-30932-1|pages=646–654}}</ref> | ||
<math>\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 )</math> | <math>\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 )</math> | ||
जहाँ <math>z</math> परमाणु प्रभारी है, <math>e</math> एक इलेक्ट्रॉन का प्रभार है, <math>\gamma</math> लोरेंत्ज़ कारक है, <math>\omega_p</math> [[ प्लाज्मा आवृत्ति |प्लाज्मा आवृत्ति]] है। यह विचलन कम आवृत्तियों पर होता है जहां सन्निकटन विफल हो जाता है। उत्सर्जित कुल ऊर्जा है: | |||
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बहुत | इस विद्युत चुम्बकीय विकिरण की विशेषताएं इसे कण भेदभाव के लिए उपयुक्त बनाती है, विशेष रूप से [[इलेक्ट्रॉन|इलेक्ट्रॉनों]] और [[ हैड्रान |हैड्रान]] के बीच की गति सीमा में {{val|1|u=GeV/c}} और {{val|100|u=GeV/c}} है। इलेक्ट्रॉनों द्वारा उत्पादित संक्रमण विकिरण [[फोटोन]] में एक्स-रे सीमा में [[तरंग दैर्ध्य]] होते है, ऊर्जा के साथ सामान्यतः 5 से लेकर {{val|15|u=keV}} चूंकि, प्रति अंतराफलक क्रॉसिंग में उत्पादित फोटॉन की संख्या बहुत कम होती है: कणों के साथ {{math|γ}} = 2×10<sup>3</sup>, लगभग 0.8 एक्स-रे फोटॉन का पता चलता है। सामान्यतः वैकल्पिक सामग्री या संयुक्त 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 संसूचक की एक परत (जैसे माइक्रोस्ट्रिप गैस चैंबर)। | ||
बहुत त्रुटिहीन मोटाई और पन्नी अंतराफलक रखकर, सुसंगतता प्रभाव संक्रमण विकिरण के [[स्पेक्ट्रम|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 स्वरूप के लिए एक्स-रे फोकसिंग उपकरण (क्रिस्टल/दर्पण) बनाना आसान नहीं होता है। | |||
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==बाहरी संबंध== | ==बाहरी संबंध== | ||
*[https://web.archive.org/web/20040616112405/http://rkb.home.cern.ch/rkb/PH14pp/node194.html Article on transition radiation] | *[https://web.archive.org/web/20040616112405/http://rkb.home.cern.ch/rkb/PH14pp/node194.html Article on transition radiation] | ||
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संक्रमण विकिरण (टीआर) विद्युत चुम्बकीय विकिरण का एक रूप होता है जो तब उत्सर्जित होता है जब एक आवेशित कण अमानवीय साधन से निकलता है, जैसे कि दो अलग-अलग साधन 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 निकलता है।
इतिहास
1945 में विटाली गिन्ज़बर्ग और इल्या फ्रैंक द्वारा सैद्धांतिक रूप से संक्रमण विकिरण का प्रदर्शन किया गया था।[1] उन्होंने संक्रमण विकिरण के अस्तित्व को दिखाया था। एक चार्ज कण लंबवत रूप से दो अलग-अलग सजातीय साधन 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 होती है। विकिरण की तीव्रता कण के लोरेंत्ज़ कारक के लिए लघुगणकीय रूप से आनुपातिक होती है। प्रकाशिक क्षेत्र में संक्रमण विकिरण के पहले अवलोकन के बाद,[2] कई प्रारंभिक अध्ययनों ने संकेत दिया कि व्यक्तिगत कणों की पहचान के लिए प्रकाशिक 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 अति-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।[3] 1959 में गैरीबियन ने सैद्धांतिक रूप से दिखाया कि साधन 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।[4] 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।[5]
इस प्रकार, 1959 से टीआर और विशेष रूप से एक्स-रे टीआर का गहन सैद्धांतिक और प्रायोगिक अनुसंधान प्रारंभ हुआ था।[6][7]
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 साधन के अंतराफलक को पार करते है। उत्सर्जित विकिरण प्रत्येक माध्यम में अलग-अलग गतिमान कण के विद्युत और चुंबकीय क्षेत्रों 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/mc2 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।
प्रकाशिक संक्रमण विकिरण दोनों आगे की दिशा में उत्सर्जित होते है और अंतराफलक सतह द्वारा परिलक्षित होते है। कण किरण के संबंध में 45 डिग्री के कोण वाली पन्नी के स्थिति में, कण किरण 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 देता है।
आपेक्षिकीय गति के सन्निकटन में (), छोटे कोण () और उच्च आवृत्ति (), ऊर्जा स्पेक्ट्रम के रूप में व्यक्त किया जा सकता है:[8]
जहाँ परमाणु प्रभारी है, एक इलेक्ट्रॉन का प्रभार है, लोरेंत्ज़ कारक है, प्लाज्मा आवृत्ति है। यह विचलन कम आवृत्तियों पर होता है जहां सन्निकटन विफल हो जाता है। उत्सर्जित कुल ऊर्जा है:
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 है। इलेक्ट्रॉनों द्वारा उत्पादित संक्रमण विकिरण फोटोन में एक्स-रे सीमा 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 संयुक्त 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 संसूचक 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 स्वरूप के लिए एक्स-रे फोकसिंग उपकरण (क्रिस्टल/दर्पण) बनाना आसान नहीं होता है।
यह भी देखें
संदर्भ
- ↑ V.L.Ginzburg and I.M.Frank "Radiation of a uniformly moving electron due to its transition from one medium into another", JETP (USSR) 16 (1946) 15-28; Journ.Phys. USSR 9 (1945) 353-362
- ↑ P.Goldsmith and J.V.Jelley,"Optical transition radiation from protons entering metal surfaces", Philos.Mag. 4 (1959) 836
- ↑ G.M.Garibyan "Contribution to the Theory of Transition Radiation", JETP (USSR) 33 (1957) 1403; Sov.Phys.JETP 6 (1958) 1079
- ↑ G.M.Garibyan "Transition Radiation Effects in Particle Energy Losses", JETP (USSR) 37 (1959) 527-533; Sov.Phys.JETP 10 (1960) 372
- ↑ Boris Dolgoshein "Transition radiation detectors", Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A326 (1993) 434-469
- ↑ "Health Physics Division annual progress report", Oak Ridge National Laboratory, p.137, 1959
- ↑ "Some New Developments on Transition Radiation Detectors" L. C. Yuan, Brookhaven National Laboratory, p.2, Upton, New York, USA and CERN, Geneva, Switzerland
- ↑ Jackson, John (1999). शास्त्रीय इलेक्ट्रोडायनामिक्स. John Wiley & Sons, Inc. pp. 646–654. ISBN 978-0-471-30932-1.
