Tanecik Bulucuları - Detektörler - Maddenin En Küçük Parçacıklarını Saptayan Aygıt

Tanecik bulucuları - detektörler - maddenin en küçük parçacıklarını saptayan aygıt



Tanecik bulucuları (detektörleri) elektron ve proton gibi, maddenin en küçük parçacıklarını saptama olanağı sağlayan aygıtlardır

Tanecikler, boyutları 1 cm'nin milyarda birinden daha küçük olduğundan, çıplak gözle, hattâ çok güçlü mikroskoplarla bile gözlenemezler Bu yüzden, saptanmalarında dolaylı yöntemler uygulanır Dolaylı yöntemlerde, taneciklerin bulucu içinden geçerken çeşitli biçimlerde oluşturdukları etkilerden yararlanılır

Tanecik bulucularının pek çoğunda iyonlaşmadan yararlanılır Elektrik yüklü bir tanecik, yüksek enerjiyle katı, sıvı ya da gaz ortamından geçerse, yoluna çıkan atomların elektronlarını koparıp ayırır Bu olaja «iyonlaşma Taneciklerin (ya da parçacıkların) araştırılmasından önıcelikle birkaç temel özellik ortaya çıkarılmak islenir: Taneciğin türü; nereden, ne zaman ve ne hızla geçtiği Tanecik bulucuları, bu sorulara doğru yanıt verecek biçimde düzenlenir Değişik özellikteki bulu-ru'ar, milimetrenin binde biri duyarlıkla taneciğin seçtiği yörüngeyi ve gene saniyenin milyarda biri kesinlikle geçiş zamanlarını saptayabilirler

Bulucuların çoğunda bilgi, görüntüyle verilir Bu amaçla taneciklerin KABARCIK ODASI ve emülsiyonlar içinde bıraktıkları izlerden yararlanılır Görüntülü yöntem, özel etkileşimlerin izlenmesini sağlaması ve film kayıtlarını olanaklı kılması bakımından, öteki yöntemlerden üstündür Bununla birlikte, filmlerin tek tek incelenip, ilgi çekici bir olay saptandıktan sonra bilgisayara gönderilmesi, oldukça uzun zaman alır Günümüzde genellikle, bilgileri elektrik sinyalleri biçiminde veren bulucular yeğlenmektedir: Bu sinyaller, herhangi bir ara işlemden geçirilmeksizin doğrudan doğruya bilgisayara verildiklerinden, sonuçlar daha kısa sürede alınmaktadır
Çeşitli bulucu tipleri vardır Bunların ilk örnekleri, fotoğrafla çözümleme yöntemine dayanır

Nükleer emülsiyonlar:

Eski bulucularda özel fotoğrafçılık emülsiyonları kullanıldığından ve bu bulucularda genellikle nükleer tanecikler incelendiğinden, emülsiyonlara da, «nükleer emülsiyon Bu yöntemle, taneciklerin geçiş yollarının büyük hassaslıkla ortaya çıkarılmasına karşılık, taneciklerin emülsiyon içine girme zamanlarına ilişkin bilgi elde edilemez Ayrıca, emülsiyon da çeşitli atomlar içerdiğinden, izlerin hangi taneciğin izleri olduğunu saptamak bazen çok güç olabilir Günümüzde pek kullaılmamalarına karşılık, nükleer emülsiyonlar 1940 yıllarının en yaygın aygıtlarıydı Söz konusu dönemde bulucular, ya balonlar içine ya da yüksek dağ tepelerine yerleştirilerek, uzaydan atmosferimize giren kozmik ışınların saptanmasında kullanılmışlardır Bu tür çalışmalar, çekirdekte önemli bir rol oynayan pzonların ortaya çıkarılmasını sağlamıştır

Sis odası ve kabarcık odası:

Bu tür tanecik bulucuları, ya sis odalarındaki sıvı damlacıklarının oluşturduğu izlere ya da kabarcık odalarındaki buhar kabarcıklarının oluşturduğu izlere dayanarak, taneciklerin çizdikleri yörüngeleri görüntülerler TANECİK HIZLANDIRICILARI'ndaki deneylerde kullanılırlar ve hızlandırılmış taneciğin başka bir tanecikle çarpışması sonucu ortaya çıkan durumun fotoğrafının çekilmesini sağlarlar Konumların saptanması açısından çok hassas sonuçlar veren bu yöntemde, fotoğrafların tek tek banyo edilip taranması, oldukça zor ve uzun süren bir iştir
Hızla ndırıcılardaki deneylerde, günümüzde de büyük kabarcık odaları kullanılmaktadır Bilinen 200taneciğin çoğu bunlarla ortaya çıkarılmıştır

Kıvılcım odası:

Kıvılcım odaları, yüklü taneciklerin bulundukları yere ilişkin bilgileri, elektrik sinyalleri halinde toplarlar
Bir kıvılcım odası, paralel dizilmiş ince tellerin oluşturduğu 7 cm aralıklı iki düzlemle hazırlanır Düzlemlerin arası, argon gibi bir asal gazla doldurulur Yardımcı bulucular taneciğin yol aldığını saptadıklarında, iki düzlem arasına 15 bin voltluk bir elektrik sinyali uygulanır Böylece iki düzlem levha arasında bir kıvılcım oluşur
Yüklü tanecik, iki levha arasından geçerken gazı iyonlaştırır ve levhalar arasında oluşan kıvılcımın konumunu iyonlaşma doğrultusunda değiştirecek biçimde elektriksel koşulları bozar Kıvılcım, tellerden birine çarptığında, bir elektrik sinyali oluşturur Böylece taneciğin, söz konusu telin herhangi bir noktasında olduğu anlaşılır Sistemde bu türden birçok kıvılcım oda-cığı yan yana getirilmiş ve paralel teller değişik yönlerde dizilmiş olduğundan, tellerin birbirini kestiği noktalara göre tanecik yörüngesi saptanır
Tellerin birbirinden uzaklığı yaklaşık 1 mm düzeyinde olduğundan, taneciğin konumu kesin olarak bulunamaz Daha duyarlı bir sonuç sağlamak için, tel yerine alüminyum folyo kullanılır ve bunlar arasında oluşan kıvılcımların fotoğrafları çekilir Bu aygıta "optik kıvılcım odasz'adı verilir Son gelişmelerle, fotoğraf yerine, televizyon kameraları da kullanılabilmektedir Tıpkı normal televizyon görüntülerinde olduğu gibi, bu aygıttaki televizyon kamerası da, kıvılcımın oluşturduğu ışığı elektrik sinyaline dönüştürmektedir

Orantılı ve kaymalı Geiger sayaçları:

Nükleer fiziğin ilk dönemlerinde GEİGER SAYACI (bir tür bulucu) çok yararlı olmuştur Ancak günümüzde, bunlar yerlerini, gelişmiş buluculara bırakmışlardır
Geiger sayaçları yüklü taneciğin bir gaz ortamından geçerken oluşturduğu iyonlaşmanın elektrik sinyalleri halinde saptanması ilkesine göre çalışır Bunlarda kullanılan gerilim çok yüksek olduğundan, serbest kalan elektron ve iyonlar, iyonlaşmayı başlatmaya yeterlidir Tanecik bir elektron çığı oluşturarak, tel üstünden büyük bir elektrik sinyalinin geçmesine neden olur

Gerilim yeterli yükseklikte olmazsa, tam bir çığ ortaya çıkmaz Bunun yerine, tele ulaşan elektron sayısı, serbest kalan tanecik sayısına bağlı kalır Tel üstündeki sinyal, başlangıç iyonlaşmasıyla orantılıdır: bu yüzden,söz konusu buluculara "orantılı sayıcı"adı verilir

İki yeni bulucu tipinde bu olaydan yararlanılır Birincisine "çok telli orantılı oda" adı verilir Bunda, kıvılcım odasındakine benzeyen birbirine paralel teller vardır Tel levhalar, tanecik yörüngesine en yakın bulundukları yerlerde oluşan elektrik sinyallerini toplarlar Bu bulucularda düşük gerilimler kullanılır Dolayısıyle, teller tam kıvılcım algılamazlar; bunun yerine, üstlerinden, oluşan iyonlaşmayla orantılı sayıda elektron geçer Tellere bağlı bulunan yükselticiler, sinyalleri yükseltip bilgisayara gönderirler
Kıvılcım odasındaki gibi yüksek gerilime gerek duymadıklarından çok telli orantılı odalar, tanecik geçişini sürekli olarak algılayabilirler Bir kıvılcım odası ateşlendiğinde gerilim düşer ve yeni bir kıvılcım oluşturacak değere ulaşması için saniyenin yüzde biri kadar bir süre geçer Hızlandırıcıdan tanecikler püskürtülmekteyse, bu «ölü zaman En yeni bulucu tipi kayma odasıdır Bu, çok telli orantılı odanın geliştirilmiş bir türüdür Tel düzlemleri arasındaki boşluk daha geniş tutulmuştur Bunlarda tanecik konumu en yakın teldeki sinyale bağlı kalarak saptanmaz; bunun yerine, birçok telden sinyal toplanır ve ölçülen elektrik alanının etkisi altında, elektronların tele ulaşması sırasında ortaya çıkan kaymalar saptanır Bu yöntem büyük bir duyarlılıkla, taneciğin geçtiği yörüngeyi ortaya çıkarır

Işıldama sayıcıları:

Işıldama sayıcıları çok daha hızlı zamanlama yapabilirler, ama tanecik konumuyla ilgili kesin bilgi veremezler Bunlar, yüksek enerjili bir tanecikle karşılaştığında ışık parıltısı veren plastik türü maddelerin özelliklerinden yararlanırlar Işıldama sayıcısında bir plastik blok, ışık geçirmeyecek biçimde sarılır ve taneciğin geçişiyle ortaya çıkan ışık parıltısı, ışık borularıyla FOTOÇOĞALTICI TÜP'e gönderilir Elektrot üstüne düşen bir ışık, elektronları serbest bırakır ve böylece bir elektrik sinyali oluşur Bu sinyal, ya bir bilgisayara ya da tanecik yolu üstünde bulunan başka buluculara gönderilir Işıldama sayıcılarındaki zaman ölçme aralığı, saniyenin milyarda biri düzeyindedir

Cerenkov sayıcısı:

Bu bulucu, genellikle tanecikleri birbirinden ayırt etmek için kullanılır Hızlandırılmış bir taneciğin bir Lucite bloku(«perspeks Sayıcıya ulaşmadan önce tanecik, bir magnetik alandan geçirilirse yörüngesi eğrilir Bu eğriliğin miktarı, taneciğin hızı ile kütlesinin çarpımıyla orantılıdır Cerenkov sayıcısı hızı ölçer ve tanecik, kütlesine göre ayırt edilir