معرفی کتاب؛ در مسیر یادگیری

اندازه گیری و آشکارسازی تابش های هسته ای

نویسنده: نیکلاس سولفاندیس (Nicholas Tsoulfanidis)
مترجمان: دکتر رحیم کوهی و دکتر محمدهادی هادی زاده یزدی
ناشر: سیمین
زبان: فارسی
سال انتشار: ۱۳۹۵
تعداد صفحات: ۸۴۰ صفحه
حوزه: اندازه‌گیری و آشکارسازی تابش های هسته ای
سطح: متوسط تا پیشرفته

چرا این کتاب؟

وقتی درباره تابش های هسته ای صحبت می کنیم، یک سؤال اساسی همیشه وجود دارد:

چطور می توان چیزی را که مستقیماً نمی بینیم، اندازه گرفت؟

پاسخ این سؤال، نقطه شروع دنیای آشکارسازی تابش است. در کار با منابع پرتوزا، دانستن اینکه تابش وجود دارد کافی نیست. باید بتوانیم آن را آشکار کنیم، بشماریم، انرژی آن را اندازه بگیریم، خطای اندازه گیری را بشناسیم و از داده به یک نتیجه قابل اعتماد برسیم.

کتاب ” اندازه گیری و آشکارسازی تابش های هسته ای ” دقیقاً وارد همین مسیر می شود. کتاب از مفاهیم پایه ای مانند ماهیت آماری تابش و خطاهای اندازه‌گیری آغاز می کند و قدم به قدم به آشکارسازهای گازی، سوسوزن و نیمه‌رسانا، طیف‌سنجی پرتوهای X و گاما، آشکارسازی نوترون ها و روش های تخصصی اندازه گیری می رسد.

در واقع، سؤال اصلی کتاب فقط این نیست که ” چه آشکارسازی داریم؟ “؛ بلکه این است که چگونه از یک سیگنال پرتویی به یک اندازه گیری قابل اعتماد برسیم؟

یک نکته از کتاب:

یکی از نکات مهمی که از ساختار کتاب می توان دریافت این است که آشکارسازی تابش، صرفاً انتخاب یک آشکارساز نیست.

ممکن است یک آشکارساز بتواند تابش را ثبت کند، اما این هنوز به معنی داشتن یک اندازه گیری دقیق نیست. نوع تابش، انرژی آن، ماده‌ای که تابش در آن حرکت می کند، هندسه چشمه و آشکارساز، زمان مرده، آمار شمارش، الکترونیک، تفکیک انرژی و روش تحلیل داده‌ها، همگی می توانند روی نتیجه اثر بگذارند. به همین دلیل کتاب مسیر خود را از آمار و خطا آغاز می کند و بعد به سراغ انواع آشکارسازها و سیستم های اندازه گیری می رود.

این نگاه یک پیام مهم دارد:

برای اندازه گیری خوب، فقط ابزار خوب کافی نیست؛ باید رفتار اندازه گیری را هم بشناسیم.

سرفصل های کتاب و ساختار آن

این کتاب در ۱۷ فصل تنظیم شده و از مفاهیم پایه تا روش های تخصصی آشکارسازی و طیف سنجی پیش می رود.

1. مقدمه ای بر اندازه گیری تابش ها
   آشنایی با مفهوم تابش، ماهیت آماری گسیل و اصول درستی، دقت و خطا در اندازه گیری.
2. آمار و خطا
   بررسی احتمال، توزیع های آماری، توزیع پواسون و نرمال، خطای استاندارد، حدود اطمینان و روش های کاهش خطا.
3. مروری بر فیزیک اتمی و هسته ای
   مرور ساختار اتم و هسته، انرژی بستگی، واپاشی پرتوزا، واکنش های هسته ای و شکافت.
4. اتلاف انرژی و نفوذ تابش در ماده
   بررسی نحوه انتقال و اتلاف انرژی ذرات باردار، پرتوهای X و گاما و نوترون ها در ماده.
5. آشکارسازهای گازی
   آشنایی با اتاقک یونش، شمارنده تناسبی، شمارنده گایگر–مولر و اصول عملکرد آشکارسازهای گازی.
6. آشکارسازهای سوسوزن
   بررسی سوسوزن‌های آلی و غیرآلی، لامپ تکثیرکننده فوتون و سازوکار شمارش سوسوزنی.
7. آشکارسازهای نیمه رسانا
   معرفی نیمه رساناها، پیوند P-N، انواع آشکارسازهای نیمه رسانا و آسیب پرتویی آن ها.
8. اندازه گیری های نسبی و مطلق
   بررسی اثرات هندسی، ویژگی های چشمه و آشکارساز و رابطه آهنگ شمارش با قدرت چشمه.
9. مقدمه ای بر طیف انرژی
   آشنایی با تحلیل طیف، SCA و MCA، توزیع ارتفاع تپ و مفهوم تفکیک انرژی.
10. الکترونیک
    بررسی مدارهای شکل دهی تپ، زمان گیری، پیش تقویت کننده ها، تقویت کننده ها، ADCها و تحلیل چندپارامتری.
11. روش تحلیل داده ها
    آشنایی با برازش منحنی، روش کمترین مربعات، درونیابی، پیچش، بازیابی و هموارسازی داده ها.
12. طیف نگاری پرتوهای X و گاما
    بررسی آشکارسازی و طیف سنجی پرتوهای X و گاما با آشکارسازهایی مانند NaI(Tl)، Ge(Li)، HPGe و CdTe.
13. طیف سنجی ذرات باردار
    بررسی طیف سنجی الکترون، آلفا، پروتون، دوترون، تریتون و یون های سنگین.
14. آشکارسازی و طیف نمایی نوترون
    معرفی روش های مختلف آشکارسازی نوترون و اندازه‌گیری انرژی و طیف آن ها.
15. تجزیه و تحلیل به روش فعال سازی
    بررسی انتخاب واکنش هسته ای، آماده سازی و پرتودهی نمونه، شمارش و تحلیل نتایج.
16. مبانی فیزیک بهداشت
    آشنایی با کمیت ها و یکاهای تابش، دزیمتری، پرتوگیری داخلی و خارجی، آثار زیستی و حدود پرتوگیری.
17. آشکارسازها و طیف‌سنج های ویژه
    معرفی آشکارسازها و سامانه های تخصصی مانند دزیمترهای گرمالیانی، آشکارسازهای حساس به مکان و طیف سنج های مغناطیسی و الکترواستاتیکی.

از این کتاب چه چیزی یاد می گیریم؟

این کتاب یک مسیر نسبتاً کامل برای فهم اندازه گیری تابش در اختیار خواننده قرار می دهد.

از این کتاب می توان یاد گرفت:

• چرا اندازه گیری تابش ماهیتی آماری دارد.
• خطاهای اندازه گیری چگونه ایجاد و چگونه کنترل می شوند.
• تابش چگونه انرژی خود را در ماده از دست می دهد.
• آشکارسازهای گازی، سوسوزن و نیمه رسانا چگونه کار می کنند.
• چگونه انرژی تابش را اندازه گیری و طیف آن را تحلیل کنیم.
• نقش الکترونیک در تبدیل سیگنال آشکارساز به داده قابل استفاده چیست.
• چگونه داده های پرتویی را تحلیل و تفسیر کنیم
• چه روش هایی برای آشکارسازی X، گاما، ذرات باردار و نوترون ها وجود دارد.
• اندازه گیری تابش چه ارتباطی با دزیمتری و فیزیک بهداشت پیدا می کند.

درباره نویسنده

نیکلاس سولفاندیس (Nicholas Tsoulfanidis) از نویسندگان شناخته شده در حوزه اندازه‌گیری و آشکارسازی تابش های هسته ای است. اثر او با تمرکز بر اصول فیزیکی، آماری و عملی اندازه گیری تابش، مباحثی مانند آشکارسازها، طیف سنجی، الکترونیک و تحلیل داده را در یک چارچوب منسجم کنار هم قرار می دهد.

ترجمه فارسی این کتاب توسط دکتر رحیم کوهی و دکتر محمدهادی هادی زاده یزدی انجام شده و کتاب توسط انتشارات سیمین در سال ۱۳۹۵ منتشر شده است.

این کتاب برای چه کسانی مناسب است؟

با توجه به گستردگی مباحث و سطح فنی آن، این کتاب بیشتر برای افرادی مناسب است که با مبانی فیزیک و ریاضیات آشنایی دارند و می خواهند در زمینه اندازه گیری و آشکارسازی تابش عمیق تر شوند. از جمله:

• دانشجویان و فارغ التحصیلان فیزیک
• فیزیک پزشکی
• مهندسی هسته ای
• فیزیک هسته ای
• کارشناسان اندازه گیری و آشکارسازی تابش
• متخصصان دزیمتری و فیزیک بهداشت
• پژوهشگران حوزه آشکارسازها و طیف سنجی

برای کسی که با تجهیزات آشکارسازی تابش کار می کند، بخش هایی مانند آشکارسازهای گازی، سوسوزن و نیمه رسانا، طیف سنجی، الکترونیک و تحلیل داده اهمیت ویژه ای دارند.

نگاه مدرسه ایکس ری

در بسیاری از کاربردهای پرتو ایکس، اولین چیزی که می بینیم تصویر است؛ اما قبل از آنکه تصویری روی نمایشگر شکل بگیرد، یک زنجیره فیزیکی و الکترونیکی طولانی اتفاق افتاده است.

پرتو تولید می شود، با ماده برهم کنش می کند، بخشی از انرژی آن به آشکارساز منتقل می‌شود، آشکارساز پاسخ می دهد و این پاسخ به یک سیگنال قابل پردازش تبدیل می شود.

فهم این زنجیره، همان جایی است که “اندازه گیری و آشکارسازی تابش” از یک موضوع تخصصی صرف فراتر می رود و به یکی از پایه های فهم فناوری های تصویربرداری تبدیل می شود.

شاید بعد از خواندن این کتاب، وقتی با یک آشکارساز یا سیستم اندازه گیری روبه رو می شویم، دیگر فقط نپرسیم:

این دستگاه چه چیزی را اندازه می گیرد؟

بلکه سؤال دقیق تری داشته باشیم:

این اندازه گیری چگونه شکل گرفته و چقدر می‌توان به نتیجه آن اعتماد کرد؟