شرح تقني
كيف ترى حزمة ميونات مولدة بالليزر داخل الأجسام الكثيفة؟
يمكن لمسرعات موجة البلازما الليزرية توليد إلكترونات عالية الطاقة تنتج ميونات موجهة، ثم تحول الكواشف تغيرات الحزمة إلى صورة للكثافة المخفية.
يستخدم التصوير بالميونات قدرة هذه الجسيمات غير المعتادة على الاختراق لكشف فروق الكثافة داخل أجسام لا يعبرها الضوء العادي. وقد تشبه الفكرة الأشعة السينية، لكن نوع الجسيمات ومصدرها وطريقة تكوين الصورة تختلف.
لماذا تخترق الميونات مسافات طويلة؟
يحمل الميون شحنة كهربائية مثل الإلكترون، لكنه أثقل منه بنحو 207 مرات. وعندما يمتلك طاقة عالية يستطيع عبور المادة مع فقدان طاقته ببطء نسبي. ومع ذلك تمتص المناطق الأثخن أو الأعلى كثافة عددا أكبر من الميونات وتشتتها أكثر، فتترك نمطا قابلا للقياس خلف الجسم.
من نبضة الليزر إلى حزمة الإلكترونات
تمر نبضة ليزر شديدة وقصيرة جدا داخل غاز في مسرع موجة البلازما الليزرية، فتحوله إلى بلازما وتدفع بعض إلكتروناته جانبا. وينشأ خلف النبضة مجال كهربائي متحرك يمكن أن يحتجز إلكترونات أخرى ويرفع طاقتها إلى مستوى غيغا إلكترون فولت خلال مسافة لا تتجاوز بضعة سنتيمترات.
من الإلكترونات إلى الميونات
تصطدم الإلكترونات المسرعة بمحول مصنوع من مادة ذات عدد ذري مرتفع. ويولد انحرافها المفاجئ فوتونات كبح عالية الطاقة. وإذا دخل فوتون مناسب في المجال الكهربائي المحيط بنواة ذرية، يمكن أن ينتج ميونا موجبا وآخر سالبا عبر عملية بيثي هايتلر. ثم تساعد الدروع وهندسة الحزمة على إزالة كثير من الإلكترونات والفوتونات والجسيمات المصاحبة.
كيف تتكون الصورة؟
تقيس الكواشف مواضع وصول الميونات قبل عبورها الجسم أو بعده. يبحث التصوير بالنفاذ عن المواقع التي يمر منها عدد أقل من الجسيمات، بينما تقيس تقنيات التشتت مقدار انحناء مساراتها. وتجمع البرمجيات عددا كبيرا من المسارات لتعيد بناء خريطة تمثل فيها تغيرات الشدة أو الزاوية اختلافات الكثافة والتركيب.
لماذا نولد الميونات اصطناعيا؟
تنتج الأشعة الكونية ميونات باستمرار في الغلاف الجوي، لذلك لا يحتاج التصوير السلبي إلى مصدر إشعاعي. لكن تدفق الجسيمات الطبيعية محدود، خصوصا في الاتجاهات القريبة من الأفق، وقد يستغرق جمع عدد كاف من المسارات أياما أو أسابيع أو أشهرا. أما المصدر الموجه فيمكن أن يرسل ميونات أكثر عبر هدف محدد ويقصر زمن التعريض.
ما الذي يبقى صعبا؟
مصدر الميونات الليزري ليس كاميرا صغيرة بعد. فهو يحتاج إلى ليزر عالي القدرة ومسرع بلازمي ومحول كثيف ودروع كبيرة وكواشف تميز الميونات من جسيمات الخلفية. كما تؤثر ثبات الحزمة ومعدل النبضات ودقة الصورة وتكلفة التشغيل والسلامة الإشعاعية في جدواه. تثبت التجارب المخبرية أن السلسلة الفيزيائية قابلة للعمل، لكنها لا تثبت حتى الآن وجود نظام محمول أو استخدام صناعي روتيني.
ظهر أول مرة في
ميونات مولدة بالليزر ترسم جسما في اختبار يمتد 42 مترا
