تقنية الرؤية: المستحلب الفوتوغرافي Photographic Emulsion

تعتبر الأفلام الفوتوغرافية أول جهاز استخدم للكشف عن الإشعاع وثم ذلك مصادفة بعد أن لاحظ بكريل عام 1896 تأثر الألواح الفوتوغرافية الحساسة بإشعاع لم يكن معروفاً من قبل مصدره بعض العناصر المشعة. ولكن بعض هذه المستحلبات لا تزال تستخدم للكشف عن الإشعاع حتى يومنا هذا. يتركب الفيلم الفوتوغرافي العادي من مستحلب من حبيبات هاليدات الفضة (بصورة خاصة بروميد الفضة) موزعة على طبقة من الجيلاتين ومغلفة بغشاء من الزجاج أو السيليلوز. ويشبه تأثير الإشعاع على الفيلم تأثير الضوء عليه. فعند سقوط الإشعاع (الذي يحمل طاقة) على الفيلم فإن الإشعاع يعمل على تأيين أو إثارة جزيئات الهاليد مما يعمل على فك روابط الهاليد وتنفصل الفضة عن الهاليد وبعد أن يتم تحميض الفيلم يمكن تثبيت حبيبات الفضة على الفيلم ثم تغسل حبيبات الهاليد التي لم تتأثر بالإشعاع. وبالتالي نحصل على صورة واضحة ودائمة لمسار الجسيمات الإشعاعية في المستحلب (الفيلم). وتنقسم تطبيقات المستحلب الفوتوغرافي إلى قسمين رئيسيين:

أ- التصوير الإشعاعي Radiography:

وهنا يتم تسجيل التأثير الناتج عن الجسيمات الإشعاعية جميعها وبذلك تعبر الصورة الموجودة على الفيلم عن شدة الإشعاع الساقط عليه. وتشبه الأفلام المستخدمة لذلك الأفلام المستخدمة في التصوير الفوتوغرافي العادي. ويمكن أن تكون هذه الأفلام مناسبة لكثير من ضرب الإشعاع المختلفة مثل أشعة x وγ والنيوترونات. يتراوح سمك الفيلم بين 10 - 20 ميكرون ويبلغ قطر الحبيبات حوالي 1μ بينما يبلغ تركيز الفضة حوالي %40 من وزن المستحلب.

وعند إستخدام المستحلب للكشف عن أشعة x وγ فإنه لا بد من أن يتفاعل الفوتون مع المستحلب بحيث تنتج الإلكترونات الثانوية التي تعمل على تفكيك الهاليد ومن ثم الكشف عن الإشعاع. وقد وجد أن احتمال تفاعل الفوتونات مع المستحلب يتراوح بين 1 - 5% على أحسن تقدير ومن ثم فإنه يمكن القول بأن هذه الأفلام لا تعتبر حساسة للفوتونات. وفي واقع الأمر تعتمد استجابة الفيلم للفوتونات على شدتها.

في حالة التصوير الإشعاعي الطبي وبعض التطبيقات الأخرى التي يحدد فيها مقدار الجرعة الإشعاعية فإنه يجب زيادة حساسية المستحلب للإشعاع ويتم ذلك يإحدى طريقتين:

1. أما وضع الفيلم الحساس بين شريحتين من مادة ذات عدد ذري كبير تسمى المادة المحولة حيث يعمل التأثير الكهروضوئي وتأثير كمبتون الناتج في هذ، الشرائح على زيادة عدد الإلكترونات الثانوية التي تضاف إلى تلك المتولدة في المستحلب.

2. أو بوضع ستارة مكثفة Intensifier Screen مكونة من مواد متفسفرة مشعة للضوء وذات عدد ذري كبير مثل تنجستات الكالسيوم بالقرب من الفيلم الحساس. فعند سقوط الإشعاع على هذه المادة تومض بالضوء ومن ثم يعمل هذا الضوء على زيادة حساسية المستحلب.

ويمكن أيضاً استخدام التصوير الإشعاعي للكشف عن النيوترونات حيث تعرف هذه التقنية بالتصوير الأشعاعي النيوتروني Neutron Radiography. وهنا تختار مادة محولة Converter مناسبة حيث يمكن لهذه المادة عند سقوط النيوترونات البطيئة عليها أن تمتص هذه النيوترونات وتنتج مواد جديدة مشعة تطلق أشعة م مثلاً. وهذه الأشعة تستخدم بعد ذلك لأحداث التأثير المطلوب على الفيلم الحساس. كما يمكن أن ينتج تفاعل (n, γ) حيث تنطلق أشعة γ التي يمكن أن تؤثر في الفيلم الحساس كما سبق. يوضع الفيلم الحساس بين شريحتين من المادة المحولة مثل الجادولينيوم الذي يتمتع بشراهة كبيرة لامتصاص النيوترونات البطيئة. ويتم بذلك الكشف عن النيوترونات.

كما يمكن استخدام شارات الأفلام Film Radge التي هي عبارة عن فيلم حساس معزول جيداً عن الضوء يوضع في إطار من البلاستيك ويعلقه الشخص الذي يتعرض للإشعاع على ملابسه حيث يعمل الإشعاع على التأثير على الفيلم. وبعد تحميض الأخير يمكن تقدير جرعة الإشعاع الممتصة بعد مقارنتها مع أفلام سبقت معايرتها.

ب- المستحلب النووي Nuclear Emuslion:

يتم هنا تسجيل مسار جسيم ما بصورة فردية. يتركب المستحلب النووي من فيلم حساس كالسابق ولكن يختار المستحلب بحيث يكون أكبر سمكاً من الفيلم الحساس العادي كما ويختلف في تركيبه عن المستحلب المستخدم في الأفلام الحساسة. يزاد هنا سمك المستحلب إلى حوالي 600 ميكرون وذلك لتسجيل مسارات معظم الجسيمات. ولزيادة كثافة الحبيبات المتأثرة بالإشعاع يتم زيادة تركيز هاليد الفضة (AgBr) إلى %83 بينما يبلغ تركيز الجيلاتين %17. ويتراوح هنا قطر الحبيبات بين 0.07 و0.3 ميكرون. تدخل الجسيمات الإشعاعية إلى المستحلب بزاوية معينة ومن ثم تسير مسافة معينة (تبلغ مدى معين) يتناسب مع طاقتها. ونستطيع بواسطة ميكروسكوب ذو قوة تكبير مناسبة أن نشاهد مسار الجسيمات في المستحلب. كما ويمكن احياناً لهذه المسارات Tracks أن تبدو متصلة وذلك عند توفر شروط معينة. تستخدم كثافة الإيونات على طول المسار وكذلك شكل هذا المسار للتعرف على أنواع الإشعاع (α, β, ....) وذلك لتفاوت الإشعاعات المختلفة في قوى إيقافها (dE/dx-). كما ويمكن تقدير الزخم وطاقة جسيمات الإشعاع المختلفة بمعرفة مداها في المستحلب.

يمتاز المستحلب النووي عن غيره من الكاشفات بالبساطة ورخص الثمن والحساسية المتمرة وصغر الحجم أيضاً كما وتساعد الكثافة العالية له على الكشف عن الجسيمات ذات الطاقات العالية مثل الميزونات.

ولكنه أيضاً يسجل بعض العيوب التي جعلته يتراجع إلى الصفوف الخلفية من الكاشفات الحديثة، حيث لا يمكن استخدامه للكشف عن الجسيمات المنخفضة الطاقة لأن مسافة الاختراق لها فيه ستكون صغيرة بحيث يتعذر دراستها. وكذلك هناك صعوبة في التعرف على الجسيمات الإشعاعية المختلفة. كما ويشكل ضرورة استخدام الميكروسكوب في البحث عن المسارات ودراستها سيئة أخرى لهذه المستحلبات.