الارتباط الزاوي بين أشعة γ-γ Angular Correlation :γ

ينطلق الإشعاع من مصدر مشع في جميع الاتجاهات أي أنه متماثل Isotropic في الفراغ، وذلك بصورة عامة. أي أن شدة الإشعاع المنطلق متساوية في جميع الاتجاهات. قد تفضل نواة معينة أن تطلق إشعاعها في اتجاه معين، ولكن الطبيعة العشوائية للاتجاهات التي تأخذها هذه الأنوية تجعل محصلة الإشعاع المنطلق متماثلة في جميع الاتجاهات. اما إذا حدث توجيه خارجي لهذه الأنوية كما في حالة وضع مجال مغناطيسي حول العينة فقد نستطيع تغيير هذا التماثل.

بينا فيما سبق ان إشعاع γ ينتج عن نواة مثارة تلي غالباً تحولات α أو β كما ويمكن أن تنطلق أشعة γ المتلاحقة الذي يبين تحلل ⁶⁰Co بإطلاق ^-β حيث تنتج نواة النيكل Ni⁶⁰ في عدة حالات وينطلق تبعاً لذلك شعاعا γ₂ ، γ₁ المتلاحقين). قد يكون هناك ترابطاً زاوياً بين اتجاه انطلاق إشعاع α , β وبين اتجاه انطلاق إشعاع γ. كما ويمكن أن يكون هناك ترابطاً زاوياً بين اتجاهي انطلاق شعاعي γ المتلاحقين.

تعتبر دراسة الترابط الزاوي إحدى الأدوات المهمة لتعيين الزخم النووي للمستويات النووية كما وتساعد على تعيين خصائص الانتقالات بين هذه المستويات. لقد وضعت نظريات عديدة لدراسة الارتباط الزاوي بين أشعة γ المتلاحقة. ويلزم لذلك معرفة كلاً من أ) الزخم الزاوي لمستويات الإثارة وأشعة γ المنطلقة بينها. ب) طبيعة التفاعل بين النواة وإشعاع γ المنطلق. يبين الشكل (1) انطلاق أشعة γ المتلاحقة والزاوية بين اتجاهات الأشعة المنطلقة. في هذه الحالة نجد أن الارتباط الزاوي ((θ) W) يعتمد على الزخم الزاوي الابتدائي (J_i) والنهائي (J_r) وزخم المستوى المتوسط (J) وكذلك على زخمي أشعة (ℓ₁)γ₁ وأشعة (γ₂)(ℓ₂). وتعطي (θ) W بالعلاقة الأساسية التي أدخلها هاملتون حيث

الشكل (1)

(1)  ...........

حيث : a₄ , a₂ .... دوال في الزخوم الزاوية السابقة يمكن حسابها نظرياً.

عملياً، يمكن اختصار هذه العلاقة إلى الحدود الأولى أي ان:

(2)  ...........

وغالباً ما يقاس الارتباط الزاوي بالنبة لقيمته عندما θ = 90 وفي هذه الحالة نجد ان 1 = (90) W. ومن ثم نعرف الارتباط النسبي (θ)G حيث:

(3)       .......

ويمكن تعيين أكبر قيمة (2ℓ) في معادلة (1) وذلك يوضع الشرط التالي:

أي أن 2ℓ يجب أن تكون أصغر من أي من القيم الثلاث السابقة.

فمثلاً: إذا كانت J , J_f ,J_i في الشكل (1) تساوي 0، 0، 1 على الترتيب وكانت كلاً من γ₂ ، γ₁ هي E₁, E₁ فإن:

وفي هذه الحالة نجد أن: 2 = 2ℓ ايضاً وينتج ان:

(4)      .......

ولا تظهر بقية الحدود.

وتبين هذه المعادلة أن الارتباط الزاوي يكون أكبر ما يمكن عندما θ = 0 أو 180. يقاس الارتباط الزاوي عملياً باستخدام كاشفين لأشعة γ حيث يمكن استخدام كاشفي يوديد الصوديوم (تاليوم) (1Tℓ Na . يقيس أحد الكاشفان أشعة γ ويثبت في موضع معين. أما الكاشف الآخر فيقيس أشعة γ₂ المتزامنة مع γ₁ ويمكن تحريكه بزاوية معينة γ بالنسبة للكاشف الأول الثابت. ويتم ضبط التطابق الزمني بين شعاعي γ₂ ، γ₁ باستخدام دائرة تطابق زمني ذات تمايز زمني يساوي حوالي و ^9-10 ثانية. لاحظ هنا أهمية التطابق الزمني إذ يجب أن يقيس الكاشف الثاني شعاع γ₂ المرتبط زمنياً مع γ₁ أي ذلك الشعاع الذي يتبع γ₁ ومن ثم فإننا نتأكد من أن الشعاعين متلاحقين incascade. يبين الشكل (2) ترتيباً هندسياً لقياس الارتباط الزاوي بين أشعة γ والأجهزة المستخدمة. يستخدم مصدر مشع مناسب (Co⁶⁰) حيث نجد أن هناك شعاعين من اشعة γ المتلاحقين γ₁ بطاقة 1.173 م.ا.ف، γ₂  بطاقة 1.332 م.ا.ف. تتبع الأولى يستخدم أحد المحللين وحيدي القناة لانتخاب γ₁ وهو المتصل بالكاشف الثابت (الشكل 2) بينما يستخدم المحلل الآخر

الشكل (2)

لانتخاب خط γ₂ ثم تغذى النبضات الناتجة عن المحللين إلى دائرة تطابق زمني. تختار زاوية معينة (θ) ويمكن أن نبدأ بزاوية تساوي 180. ثم نقي التطابق الزمني وذلك بأخذ القراءات التي يسجلها معداد التطابق (الشكل 1) ولتكن _τN. ولإدخال تصحيح مناسب للتطابقات العرضية N_ch) ) فإننا نعين قراءات المعداد (1)، المعداد (2) ويمكن تقدير (N_ch) من العلاقة:

(5)     .......

حيث N₂ , N₁ معدل العد للمعدادين 1، 2، على الترتيب.

 2τ زمن تمايز وحدة التطابق الزمني.

ومن ثم فإن معدل عد الترابط الزمني (θ) G يعطي بالعلاقة:

(6)     ......

يمكن الآن رسم العلاقة بين (θ) G كدالة في θ وذلك كما نبينه في الشكل (3).

الشكل (3)

يمكننا الآن تعيين المعاملات في معادلة (2) ومقارنتها بالقيم النظرية في حالة الكوبلت 60 نجد أن:

ويحظى الارتباط الزاوي بتطبيقات ذرية إلى جانب أهميته النووية. فإذا كان عمر النصف للمستوى الذي تنتج عنه γ₂ طويلاً نسبياً فإن النواة قد تتمكن من الدوران مما ينتج عنه ضياع الارتباط الزاوي بين الشعاعين جزئياً أو كلياً. وفي واقع الأمر تنتج القوى التي تعمل على دوران النواة من التفاعلات بين العزم المغناطيسي النووي والمجال المغناطيسي القوى الناتج عن الإلكترونات الذرية (وذلك في المواد البارامغناطيسية). أو من التفاعلات بين عزم رباعي القطب الكهربي النووي والمجالات الكهربية الإلكترونية. هذه المجالات القوية تنتج في الغالب عن البلورات أو تكون الإيونات المعقدة التركيب.

وهكذا نجد أن الارتباط الزاوي يعتمد على التركيب البلوري أو الجزيئي للمادة. ففي حالة الأمريسيوم - 241 نجد أن هذه النواة تطلق إشعاع α وتتحول إلى نواة النبتونيوم — 237 عند مستوى الإثارة kv59 الذي يساوي عمر النصف لم 68 نانوثانية. وهذه فترة زمنية طويلة بما فيه الكفاية لكي ينتج ارتباطاً زاوياً صغيراً عندما تستخدم عينات صلبة. وعندما تم إذابة الأمريسيوم في غشاء سائل رقيق وجد أن الارتباط الزاوي قد زاد كثيراً عن سابقه.

وهكذا يعد الارتباط الزاوي بتطبيقات في مجالات الكيمياء وفيزياء الجوامد.