ریاضی و فیزیک

تاثير دمايي اشعه سيكلوترون بر ساختمان آينه هاي چند لايه اي

تاثير دمايي اشعه سيكلوترون بر ساختمان آينه هاي چند لايه اي

نوشته : دكتر ترانه جوانبخت

درباره نويسنده :

دكتر ترانه جوانبخت در سال 1353 در تهران به دنيا آمد و در سال 1375 از دانشگاه شهيد بهشتي مدرك كارشناسي شيمي را اخذ نمود، سپس جهت ادامه تحصيل عازم پاريس شد. وي در سال 1377 از دانشگاه پيير و ماري كوري پاريس مدرك كارشناسي ارشد خود را در رشته شيمي فيزيك دريافت نمود. دوره DEA كه وي در دانشگاه مذكور گذرانيد شامل دروس تئوري فيزيك و نيز يك دوره استاژ بود. تز فوق ليسانس ايشان درباره تاثير دمايي اشعه سيكلوترون بر ساختمان آينه هاي چند لايه اي مي‌باشد. دكتر جوانبخت در سال 1381 از دانشگاه پيير و ماري كوري پاريس درجه دكتراي بيوشيمي را اخذ نمودند. موضوع تحقيقات تز دكتراي ايشان پايدار كردن اوليگونوكلئوتيد كنترل كننده ژن 1mdr در منوسيتها و فيبروبلاستها مي‌باشد.

تاثير دمايي اشعه سيكلوترون بر ساختمان آينه هاي چند لايه اي

اين مطلب فارسي خلاصه مقاله من به زبان فرانسه در زمينه فيزيك اپتيك است كه با استفاده از اشعه سيكلوترون در دانشگاه پيير و ماري كوري پاريس انجام داده ام. البته خود سيكلوترون در اورسي در حومه پاريس واقع است.

من روي تاثير دمايي اشعه سيكلوترون بر ساختمان آينه هاي چند لايه اي كار تحقيقاتي كرده ام. آينه هاي چند لايه اي با آينه هاي معمولي تفاوت دارند و در ساختمانشان دو يا بيش از دو لايه عنصر به كار رفته است. مزيت اين آينه ها نسبت به آينه هاي معمولي مقاومت بيشتر در برابر افزايش دماست. اين لايه ها معمولا از جنس كربن C و يا سيليسيم Si و نيز يك عنصر واسطه مثلا موليبدن Mo و يا نيكل Ni هستند.

اشعه سيكلوترون از شتاب دادن الكترون ها توليد مي شود. برخورد اشعه x با سطح آينه هاي چند لايه اي سبب تغيير انعكاس پذيري اين آينه ها مي شود. علت اين تغيير در انعكاس پذيري آينه هاي چند لايه اي تغيير ساختماني آنهاست.

فرمول ديفراكسون براگ:

Sin θ = λ / (2d)

در اين فرمول λ طول موج اشعه سيكلوترون، θ زاويه انعكاس اشعه از سطح آينه و d قطر لايه منعكس كننده اشعه از آينه است. طبق فرمول ديفراكسيون براگ، برخورد اشعه سيكلوترون با سطح آينه هاي چند لايه اي سبب افزايش دماي سطح آينه مي شود كه اين افزايش دما موجب تغيير θ يا زاويه انعكاس نور از سطح آينه مي شود. در نتيجه مقدار d يا قطر لايه منعكس كننده اشعه از آينه افزايش مي يابد. در اين فرمول λ يا طول موج اشعه سيكلوترون ثابت است.

من روي آينه هاي C/Mo، Si/Mo و C/Ni تحقيق كرده ام. من در اين تحقيقات نشان دادم كه با افزايش دما:

1 - اندازه قطر لايه منعكس كننده اشعه در آينه Si/Mo بر خلاف انتظار ما كاهش مي يابد.

2 - اندازه قطر لايه منعكس كننده اشعه در آينه C/Mo ثابت مي ماند.

3 - اندازه قطر لايه منعكس كننده اشعه در آينه C/Ni افزايش مي يابد.

اين تغييرات ساختماني متناسب با جنس لايه هاي نشكيل دهنده آينه ها مي باشد.

اين كار تحقيقاتي به صورت يك مقاله در فرانسه به چاپ رسيد:

J. Phys. IV France Vol. 10, p. 281- 287 (2000)

+ نوشته شده در 85/07/27ساعت 22:12 توسط پوریا دلیری |

نيروگاههاي هسته اي وبمب هاي هسته اي چگونه كار ميكنند؟

نيروگاههاي هسته اي وبمب هاي هسته اي چگونه كار ميكنند؟

نويسنده: حسام الدين قهرماني - دانشجوي رشته برق قدرت

اين روزها در مجلات,روزنامه ها,تلويزيون وغيره از همه چيز ميشنويم ولي بيشتر از همه فعاليت هاي صلح آميزوغير صلح آميز هسته اي است كه ذهنمان را مشغول ميسازد.در اينجا سعي بر آن است كه مطالب حتي الامكان به صورت عامه فهم وبه گونه اي كه حق مطلب ادا شود,براي شما توضيحاتي پيرامون بمب هاي هسته اي ,تشعشعات هسته اي ونيروگاههاي هسته اي عنوان شود.

قبل از اينكه به اصل موضوع بپردازيم خدمت دوستان خوبم بايد عرض كنم كه اين مطالب ممكن است براي عده اي از دوستان بسيار پيش پا افتاده وساده باشه به هر حال شما به بزرگي خودتون ببخشيد و اينو هم در نظر بگيريد كه مخاطب هاي اين وبلاگ ممكنه از هر قشري باشند پس ما هم مجبوريم كه ملاحظه حال اونا رو هم بكنيم....

و اما اصل موضوع....

ميدانيم كه دنياي اطرافمان از 92 عنصر موجود در طبيعت ساخته شده است. به اين شكل كه عناصر از اتم ها ساخته شده اند وتشكيل مولكول آن عنصر را ميدهند و اگر اين مولكولها در كنار يكديگرقرار گيرند ماده بوجود مي آيد. بسياري از مواد از عناصر مختلف تشكيل شده اند بنابراين اتم هاي مختلفي در آنها وجود دارد. لازم به ذكر است قطر اتم 10 به توان منفي ده متر ميباشد واندازه هسته در مركز اتم0001/0 بزرگي اتم كوچكتر است و يا به عبارتي دقيقتر قطر كامل هسته به طور ميانگين 10به توان منفي 15 متر ميباشد.

ابتدا به تشريح ساختمان اتم ميپردازيم:

در داخل هر اتم سه ذره وجود دارد:الكترون با بار منفي , پروتون با بار مثبت و نوترون خنثي. بارهاي همنام يكديگر را دفع و بارهاي غير همنام يكديگر را جذب ميكنند بجز نوترون كه هيچ عكس العملي ندارد.

هسته اتم هر عنصر از پروتون و نوترون تشكيل شده است كه مجموع تعداد آنها را عدد اتمي آن عنصر ,وبه آنها نوكلئون ميگويند. لازم به ذكر است جرم نوترون 675/1ضربدر 10 به توان منفي 27 كيلوگرم ,وجرم پروتون 673/1ضربدر 10 به توان منفي 27 ميباشد.

پروتون هاي تشكيل دهنده هسته اتم چون داراي بار مثبت هستند پس طبيعي است كه يكديگر را دفع كنند براي جلوگيري از اين اتفاق نوترون ها مانند چسبي از متلاشي شدن هسته جلوگيري ميكنند.الكترون ها نيز در مدارات بيضي شكل و نامنظم در اطراف هسته با سرعت بسيار زياد در حال گردشند وهر چه اين الكترون ها به لايه والانس نزديكتر ميشوند تعلق آنها به هسته كاهش ميابد(بر اساس مدل اتمي بور).

اما اگر بخواهيم علمي تر بحث كنيم بايد بگوئيم تقريبا سه نيرو در هسته هر اتم وجود داردكه يكي از آنها سعي در انهدام هسته و دو تاي ديگر سعي در پايداري هسته دارند. اولي نيروي كولني يا همان دافعه پروتوني ميباشد , دومي نيروي گرانش ناشي از جاذبه بين ذرات جرم دار است وسومي كه مهمترين دليل جلوگيري از متلاشي شدن هسته ميباشد همان نيروي هسته اي است. دقت كنيد نيروي كولني بسيار ناچيز است و نميتواند به تنهايي هسته را متلاشي كند و نيروي گرانش ذرات نيز بسيار كم ميباشد و توانايي در تعادل نگه داشتن هسته را ندارد,در واقع اين نيروي هسته اي است كه اتم را در تعادل نگه داشته و از واپاشيده شدن نوكلئون ها جلوگيري ميكند. براي توضيح اين نيرو بايد گفت اگر فاصله بين پروتون و نوترون از 5 ضربدر 10 به توان منفي 15 متر(5فمتو متر) بيشتر شود نيروي هسته اي وجود ندارد , بر عكس اگر اين فاصله از مقدار ياد شده كمتر شود نيروي هسته اي بيشترميشود بدين طريق هسته از متلاشي شدن نجات ميابد.

سال 1905 در يك آپارتمان كوچك در شماره 49 خيابان كرامر گاسه در برلين (منزل مسكوني اينشتين)اتفاق بزرگي افتاد ; كسي چه ميدانست با كشف فرمول معروف نسبيت خاص E=mc2 ميتوان جان هزاران نفر را در هيروشيما و ناكازاكي گرفت و يا اينكه براي ميليون ها نفر در سرار جهان برق و انرژي توليد كرد ؟!

فرمول E=mc2 به ما ميگويد كه اندازه انرژي آزاد شده برابر است با تغييرات جرم جسم تبديل شده در مجذور سرعت نور. به اين معني كه اگر ما جسمي به جرم مثلا يك كيلوگرم را با سرعتي نزديك به سرعت نور به حركت درآوريم انرژي معادل 9ضربدر10به توان 16 ژول خواهيم داشت كه رقم بسيار وحشتناكي است ولي واقعيت اين است كه چنين چيزي غير ممكن است !!! چرا ؟

چون بر اساس همان فرمول نسبيت حركت با سرعت نور براي اجسام غير ممكن است. براي درك بهتر موضوع فرمول را به شكل ديگري مينويسيم : m=E/C2 اگر C2 ثابت فرض شود به روشني پيداست كه انرژي و جرم نسبت مستقيم با يكديگر دارند ,حال اگر ما بخواهيم جسمي به جرم m را با سرعت نور © به حركت درآوريم طبيعتا بايد به آن انرژي بدهيم و از آنجا كه m و E با يكديگر نسبت مستقيم دارند پس هر چه انرژي بيشتر شود m نيز بزرگتر ميشود ودر واقع قسمت اعظم انرژي صرف ازدياد جرم ميشود تا سرعت دادن به جسم . پس تقريبا به بي نهايت انرژي نياز داريم واين همان چيزي است كه حركت با سرعت نور را براي اجسام غير ممكن ميكند.

قبل از اينكه توضيحات بيشتري داده شود لازم است كمي هم در مورد راههاي آزاد كردن انرژي هسته اي بگوئيم.

به طور كلي انرژي موجود در هسته به دو روش آزاد ميشود :

1 - روش شكافت هسته اي كه در آن يك اتم سنگين مانند اورانيوم تبديل به دو اتم سبكتر ميشود . ويا به عبارتي ديگر وقتي كه هسته اي سنگين به دو يا چند هسته با جرم متوسط تجزيه ميشود ميگويند شكافت هسته اي رخ داده است و وقتي هسته اي با عدد اتمي زياد شكافته شود , مقداري از جرم آن ناپديد وبه انرژي تبديل ميشود(طبق قانون نسبيت).

2 - روش همجوشي (گداخت هسته اي) ; كه در آن دو اتم سبك مانند هيد روژن تبديل به يك اتم سنگين مانند هليم ميشود. درست همانند اتفاقي كه در حال حاضر در خورشيد مي افتد, كه در هر دو حالت انرژي قابل توجهي آزاد مي شود.

در حال حاضر اكثر بمب هاي هسته اي ونيروگاههاي هسته اي بروش شكافت هسته عمل ميكنند .

حال دوباره به توضيحات مربوط اتم بر ميگرديم . در اينجا لازم است نكاتي را در مورد پايداري و ناپايداري توضيخ دهيم...

اگرما 13 پروتون را با 14 نوترون تركيب كنيم هسته اي خواهيم داشت كه اگر 13 الكترون در اطراف آن گردش كنند يك اتم آلومينيوم را ميسازند .حال اگر ميلياردها عدد از اين اتم ها را در كنار هم قرار دهيم آلومينيوم را مي سازيم(AL27) كه با آن انواع وسايل نظير قوطي ها و درب وپنجره ها و غيره... را ميتوان ساخت.

حال اگر همين آلومينيوم را در شيشه اي قرار دهيم ! وچند ميليون سال به عقب برگرديم اين آلومينيوم هيچ تغييري نخواهد كرد ,پس آلومينيوم عنصري پايدار است . تا حدود يك قرن پيش تصور بر اين بودكه تمام عناصر پايدار هستند. مساله مهم ديگر اينكه بسياري از اتم ها در اشكال متفاوتي ديده مي شوند . براي مثال : مس دو شكل پايدار دارد , مس 63 ومس 65 كه به اين دو نوع ايزوتوپ گفته مي شود .هر دوي آنها 29 پروتون دارند اما چون در عدد اتمي 2 واحد فرق دارند به سادگي مي توان فهميد كه تعداد نوترون هاي اولي 34 وديگري 36 است وهر دوي آنها پايدار هستند.در حدود يك قرن پيش دانشمندان متوجه شدند گه همه عناصر ايزوتوپ هايي دارند كه راديواكتيو هستند.مثلا : هيدروژن را در نظر بگيريد , در مورد اين عنصر سه ايزوتوپ شناخته شده است.

1 - هيدروژن معمولي يا نرمال (H1) در هسته اتم حود يك پروتون دارد وبدون هيچ نوتروني. البته واضح است چون نيازي نيست تا خاصيت چسبانندگي خود را نشان دهد چرا كه پروتون ديگري وجود ندارد.

2 - هيدروژن دوتريم كه يك پروتون ويك نوترون دارد و در طبيعت بسيار نادر است. اگرچه عمل آن بسيار شبيه هيدروژن نوع اول است براي مثال ميتوان از آن آب ساخت اما ميزان بالاي آن سمي است.

هر دو ايزوتوپ ياد شده پايدار هستند اما ايزوتوپ ديگري از هيدروژن وجود دارد كه ناپايدار است !

3 - ايزوتوپ سوم هيدروژن (تريتيوم) كه شامل دو نوترون و يك پروتون است. همان طور كه قبلا گفته شد اين نوع هيدروژن ناپايدار است . يعني اگر مجددا ظرفي برداريم واين بار درون آن را با اين نوع از هيدروژن پر كنيم و يك ميليون سال به عقب برگرديم متوجه ميشويم كه ديگر هيدروژني نداريم و همه آن به هليم 3 تبديل شده است (2 پروتون و يك نوترون) واين ها همه توضيحاتي ساده در مورد پايداري و ناپايداري بود.

در يك پاراگراف ساده ميتوان گفت كه هر چه هسته اتم سنگين تر شود تعداد ايزوتوپ ها بيشتر ميشود و هر چه تعداد ايزوتوپ ها بيشتر شود امكان بوجود آمدن هسته هاي ناپايدار نيز بيشتر خواهد شد و در نتيجه احتمال وجود نوع راديواكتيو نيز بيشتر ميشود.

در طبيعت عناصر خاصي را ميتوان يافت كه همه ايزوتوپ هايشان راديو اكتيو باشند.براي مثال دو عنصر سنگين طبيعت كه در بمب ها ونيروگاههاي هسته اي از آنها استفاده مي شود را نام ميبريم : اورانيوم و پلوتونيوم.

اورانيوم به طور طبيعي فلزي است سخت,سنگين,نقره اي و راديواكتيو,با عدد اتمي 92.سالهاي زيادي از آن به عنوان رنگ دهنده لعاب سفال يا تهيه رنگهاي اوليه در عكاسي استفاده ميشد و خاصيت راديواكتيو آن تا سال 1866 ناشناخته ماند و قابليت آن براي استفاده به عنوان منبع انرژي تا اواسط قرن بيستم مخفي بود.

خصوصيات فيزيكي اورانيوم

اورانيوم طبيعي (كه بشكل اكسيد اورانيوم است) شامل3/99% از ايزوتوپ اورانيوم 238 و7/0% اورانيوم 235است. كه نوع 235 آن قابل شكافت است و مناسب براي بمب ها ونيروگاههاي هسته اي است. اين عنصر از نظر فراواني در ميان عناصر طبيعي پوسته در رده 48 قراردارد. از نظر تراكم و چگالي بايد گفت 6/1 مرتبه متراكم تر از سرب است.وهمين تراكم باعث سنگين تر شدن آن مي شود.براي مثال اگر يك گالن شير وزني حدود 4 كيلوگرم داشته باشد ,يك گالن اورانيوم 75 كيلوگرم وزن دارد!!!

انواع اورانيوم

اورانيوم با غناي پايين كه ميزان اورانيوم 235 آن كمتر از 25% ولي بيشتر از7/0% است كه سوخت بيشتر راكتورهاي تجاري بين 3 تا 5 درصد اورانيوم 235 است.

اورانيوم با غناي بالا كه در اينجا بيشتر از 25% وحتي در مواردي آن را تا98% نيز غني ميكنند و مناسب براي كاربردهاي نظامي وساخت بمب هاي هسته اي است.

و اما منظور از غني سازي اورانيوم چيست؟

بطوربسيار خلاصه غني سازي عبارت است از انجام عملي كه بواسطه آن مقدار اورانيوم 235 بيشتر شود و مقدار اورانيوم 238 كمتر. كه پس از جمع آوري اورانيوم 238 ,آن را زباله اتمي مي نامند.

غني سازي اورانيوم به روشهاي مختلفي انجام مي شود كه چند مورد از آن را خدمت شما يادآور مي شويم: 1-استفاده از اصل انتشار گازها 2-استفاده از روش فيلترينگ 3-استفاده از ميدانهاي مغناطيسي 4- استفاده از دستگاه سانتريفوژ كه در حال حاضر روش چهارم متداولترين,باصرفه ترين و مطمئن ترين روش به شمار ميآيد.

در اواخر سال 1938 هان,مايتنر و اشتراسمن به اكتشافي دست يافتند كه دنيا را تحت تاثير قرار داد ,آنها متوجه شدند كه ميتوان كاري كرد كه هسته هاي اورانيوم 235 شكسته شوند.

فرض كنيد كه نوتروني در اطراف يك هسته اورانيوم 235 آزادانه در حال حركت است,اين هسته تمايل زيادي دارد كه نوترون كند را به درون خود بكشاند وآن راجذب كند.هسته اورانيوم پس از گير اندازي اين نوترون,ديگر هسته اي پايدار نيست وناگهان از هم شكافته مي شود اين هسته در طي فرآيند شكافت به دو يا چند هسته با جرم كوچكتر ,يعني به صورت هسته هاي عناصر نزديك به مركز جدول تناوبي تجزيه مي شود.به طور كلي در فرآيند شكافت اگر يك نوترون به هسته اصابت كند به طور ميانگين 5/?نوترون در اثر شكافت آزاد مي شود حال اگر ما تعداد نوترون هاي آزاد شده را 3 عدد فرض كنيم و مدت زمان لازم براي تحقق هر شكافت 01/0 ثانيه باشدمقدار اورانيوم مصرف شده در طي زمان يك ثانيه در حدود 10به توان 23 كيلوگرم خواهد بود !!! واضح است كه واكنش زنجيره اي شكافت ميتواند مقادير قابل توجهي از اورانيوم را در مدت زمان ناچيزي به انرزي تبديل كند.با توجه به توضيحات داده شده به وضوح مشخص است كه ما نيازي به توليد مستمر نوترون نداريم بلكه با اصابت اولين نوترون به هسته وآزاد شدن نوترون هاي ناشي از فرآيند شكافت ما ميتوانيم نوترون مورد نياز خود را بدست آوريم كه مسلما اين تعداد نوترون بسيار بيشتر از نياز ما خواهد بود. لازم به ذكر است كه به حداقل مقدار اورانيومي كه براي فرآيند شكافت لازم است جرم بحراني يا مقدار بحراني مي گويند واز به هم پيوستن دو يا چند جرم بحراني يك ابر جرم بحراني حاصل مي شود.

حال اگر بخواهيم واكنش زنجيره اي ادامه پيدا كند,حفظ يك اندازه بحراني براي ماده اوليه اورانيوم ضرورت دارد .در صورتي كه مقدار اورانيوم را خيلي كمتر از جرم بحراني بگيريم ,بيشتر نوترون هاي توليدي فرار خواهند كرد زيرا اين فرار به عواملي چون : شكل فيزيكي اورانيوم و جرم آن وابسته است و در نتيجه واكنش متوقف مي شود. از سوي ديگر اگر مقدار اورانيوم را فوق العاده زياد بگيريم مثلا به اندازه يك ابر جرم بحراني,تمام نوترون هاي توليدي در واكنش هاي بعدي شركت خواهند كرد وانرژي آزاد شده در يك فاصله زماني كوتاه آنچنان زياد خواهد شد كه نتيجه اي جز انفجار نخواهد داشت!! بين اين دو حالت يك خط فاصل وجود دارد:اگر بزرگي كره اورانيومي شكل را درست برابر اندازه بحراني بگيريم آنگاه از هر شكافت فقط يك نوترون براي شركت در شكافت بعدي باقي مي ماند در اين صورت واكنش با آهنگ ثابتي ادامه مي يابد. از خاصيت حالت سوم براي توجيح عملكرد نيروگاههاي هسته اي استفاده مي كنند. حال اگر به اندازه كافي اورانيوم 235 در اختيار داشته باشيم به آساني مي توانيم يك بمب ساده بسازيم !!!!! به اين شكل كه دو نيم كره از اورانيوم 235 را كه هر كدام به اندازه جرم بحراني است در دو انتهاي يك استوانه قرار ميدهيم و اين دو قطعه را بوسيله ساز وكاري كه خود طراحي كرده ايم ناگهان به يكديگر متصل مي كنيم كه در اين حالت ابر جرم بحراني تشكيل مي شود,حال اگر توسط دستگاه نوترون ساز نوتروني به هسته نزديك كنيم وقوع انفجار حتمي است!!

در عمل براي آنكه انفجاري بزرگ و موثر حاصل شود ريزه كاري هاي زيادي را بايد رعايت كرد.

در هر حال براي توضيح عملكرد نيروگاههاي هسته اي لازم به ذكر است راكتورهاي هسته اي را چنان طراحي ميكنند كه در آنها واكنش شكافت در شرايطي نزديك به حالت بحراني تحقق يابد. قلب راكتور اساسا متشكل است از سوخت(در اين مورد اورانيوم 235) كه در استوانه هاي مخصوص در بسته اي جا سازي شده اند. اين استوانه ها در ماده اي كه كند كننده ناميده مي شوند غوطه ورشده اند.كند كننده به منظور كند سازي و باز تاباندن نوترونهايي كه در واكنش شكافت توليد ميشوند مورد استفاده قرار ميگيرد كه متداول ترين آنها عبارتند از:آب,آب سنگين وكربن. كه در اينجااگر در آب معمولي (H2O) به جاي ايزوتوپ هيدروژن معمولي از ايزوتوپ هيدروژن دوتريم استفاده شود آب سنگين بدست مي آيد.

سرعت واكنش را نيز مي توان به كمك چند ميله كنترل كرد كه اين ميله ها در قلب راكتور قرار مي گيرند. اين ميله ها معمولا از ماده اي مانند كادميوم كه نوترون ها را بخوبي جذب ميكند ساخته مي شوند. براي آنكه آهنگ واكنش افزايش يابد ميله ها را تا حدودي از قلب راكتور بيرون مي آورند ,براي كاستن از سرعت واكنش و يا متوقف ساختن آن,ميله ها را بيشتر در قلب راكتور فرو ميبرند.در نهايت واكنش صورت گرفته در راكتور به صورت گرماي بسيار زيادي ظاهر مي شود بنابراين طبيعي است كه راكتور ها همانند يك كوره عمل كنند وسوختش به جاي گاز,نفت ويا ذغال سنگ ,اورانيوم 235 باشد. گرماي توليد شده را به كمك جريان سيالي كه از قلب راكتور ميگذرد به محفظه مبادله كننده گرما كه در آن آب وجود دارد منتقل ميكنند و درآنجا آب داخل مبادله كننده را تبخير ميكنند ;بخار متراكم شده پس از به گردش درآوردن توربين ژنراتورهاي مولد برق,مجددا به داخل محفظه مبادله كننده باز ميگردد.البته سيال گرم شده چون از قلب راكتور مي گذرد و درآنجا در معرض تابش پرتوهاي راديواكتيو قرار ميگيرد مستلزم مراقبت هاي ويژه است.

و اما نكاتي جالب در مورد بمب هاي هسته اي

منطقه انفجار بمب هاي هسته اي به پنج قسمت تقسيم ميشود:1- منطقه تبخير 2- منطقه تخريب كلي 3- منطقه آسيب شديد گرمايي 4- منطقه آسيب شديد انفجاري 5- منطقه آسيب شديد باد وآتش . كه در منطقه تبخير درجه حرارتي معادل سيصد ميليون درجه سانتيگراد !!! بوجود مي آيد و اگر هر چيزي از فلز گرفته تا انسان وحيوان در اين درجه حرارت قرار بگير آتش نميگيرد بلكه بخار مي شود!!!!

اثرات زيانبار اين انفجار حتي تا شعاع پنجاه كيلومتري وجود دارد و موج انفجار آن كه حامل انرژي زيادي است مي تواند ميليون ها دلار از تجهيزات الكترونيكي پيشرفته نظير: ماهواره ها و يا سيستم هاي مخابراتي را به مشتي آهن پاره تبديل كند و همه آنها را از كار بيندازد.

اينها همه اثرات ظاهري بمب هاي هسته اي بود پس از انفجار تا سال هاي طولاني تشعشعات زيانبار راديواكتيو مانع ادامه حيات موجودات زنده در محل هاي نزديك به انفجار مي شود.

راديو اكتيو از سه پرتو آلفا,بتا و گاما تشكيل شده است كه نوع گاماي آن از همه خطرناك تر است و با توجه به فركانس بسيار بالا ,جرم و انرژي بالايي كه دارد اگر به بدن انسان برخورد كند از ساختار سلولي آن عبور كرده و در مسير حركت خود باعث تخريب ماده دزوكسي ريبو نوكلوئيك اسيد يا همان DNA و سرانجام زمينه را براي پيدايش انواع سرطان ها,سندرم ها ونقايص غير قابل درمان ديگر فراهم مي كند وحتي اين نقايص به نسلهاي آينده نيز منتقل خواهد شد.

و اما كاربرد تشعشعات راديواكتيو چيست؟

بسياري از محصولات توليدي واكنش شكافت هسته اي شديدا ناپايدارند و در نتيجه ,قلب راكتور محتوي مقادير زيادي نوترون پر انرژي ,پرتوهاي گاما,ذرات بتا وهمچنين ذرات ديگر است. هر جسمي كه در راكتور گذاشته شود ,تحت بمباران اين همه تابشهاي متنوع قرار ميگيرد. يكي از موارد استعمال تابش راكتور توليد پلوتونيوم 239 است .اين ايزوتوپ كه نيمه عمري در حدود24000سال دارد به مقدار كمي در زمين يافت مي شود . پلوتونيوم 239 از لحاظ قابليت شكافت خاصيتي مشابه اورانيوم دارد.براي توليد پلوتونيوم239,ابتدا اورانيوم 238 را در قلب راكتور قرار مي دهند كه در نتيجه واكنش هايي كه صورت مي گيرد ,اورانيوم239 بوجود مي آيد.اورانيوم 239 ايزوتوپي ناپايدار است كه با نيمه عمري در حدود 24 دقيقه,از طريق گسيل ذره بتا ,به نپتونيوم 239 تبديل مي شود . نپتونيوم 239 نيز با نيمه عمر 2/4 روز و گسيل ذره بتا واپاشيده و به محصول نهايي يعني پلوتونيوم 239 تبديل مي شود.در اين حالت پلوتونيوم239 همچنان با مقاديري اورانيوم 238 آميخته است اما اين آميزه چون از دو عنصر مختلف تشكيل شده است ,بروش شيميايي قابل جدا سازي است.امروزه با استفاده از تابش راكتور صدها ايزوتوپ مفيد ميتوان توليد كردكه بسياري از اين ايزوتوپ هاي مصنوعي را در پزشكي بكار ميبريم. در پايان بايد بگوئيم اثرات زيانبار انفجار هاي اتمي و تشعشعات ناشي از آن باعث آلودگي آبهاي زير زميني ,زمين هاي كشاورزي و حتي محصولات كشاورزي مي شود ولي با همه اين مضرات اورانيوم عنصري است ارزشمند;زيرا در كنار همه سواستفاده ها مي توان از آن به نحوي احسن و مطابق با معيارهاي بشر دوستانه استفاده نمود. فراموش نكنيد از اورانيوم و پلوتونيوم مي توان استفاده هاي صلح آميز نيز داشت چرا كه از انرژي يك كيلوگرم اورانيوم 235 مي توان چهل هزار كيلو وات ساعت ! الكتريسيته توليد كرد كه معادل مصرف ده تن ذغال سنگ يا 50000گالن نفت است!!!!!!!!

به نقل ار سي پي اچ

منبع :hessam-ghahramani-el.blogfa.com

+ نوشته شده در 84/08/10ساعت 13:9 توسط پوریا دلیری |

نانو تکنو لژی

نانوتكنولوژي به زبان ساده

نوشته : سيد فخرالدين افضلي

در نيم قرن گذشته شاهد حضور حدود پنج فناوري عمده بوديم، كه باعث پيشرفت هاي عظيم اقتصادي در كشورهاي سرمايه گذار و ايجاد فاصله شديد بين كشورهاي جهان شد. متأسفانه در كشور ما بدليل فقدان جرات علمي و عدم تصميم گيري بموقع ، به اين فرصتها پس از گذشت ساليان طلائي آن بها داده مي شد كه البته سودي هم براي ما به ارمغان نمي آورد، همچون فنآوري الكترونيك و كامپيوتر در دو سه دهه گذشته كه امروزه عليرغم توانائي دانشگاهي و داشتن تجهيزات آن، هيچگونه حضور تجاري در بازارهاي چند صد ميلياردي آن نداريم. فناوري نانو جديدترين اين فرصتها ست، كه كشور ما بايد براي حضور يا عدم حضور درآن خيلي سريع تصميم خود را اتخاذ كند.

علم و فناوري نانو ( نانو علم و نانو تكنولوژي) توانائي بدست گرفتن كنترل ماده در ابعاد نانومتري (ملكولي) و بهره برداري از خواص و پديده هاي اين بعد در مواد، ابزارها و سيستم هاي نوين است. اين تعريف ساده خود دربرگيرنده معاني زيادي است. به عنوان مثال فناوري نانو با طبيعت فرا رشته اي خود، در آينده در برگيرنده همه ي فناوريهاي امروزين خواهد بود و به جاي رقابت با فن آوري هاي موجود، مسير رشد آنها را در دست گرفته و آنها را به صورت « يك حرف از علم» يكپارچه خواهد كرد.

ميليونها سال است كه در طبيعت ساختارهاي بسيار پيچيده با ظرافت نانومتري ( ملكولي ) - مثل يك درخت يا يك ميكروب - ساخته مي شود. علم بشري اينك در آستانه چنگ اندازي به اين عرصه است، تا ساختارهائي بي نظير بسازد كه در طبيعت نيز يافت نمي شوند. فناوري نانو كاربردهاي را به منصه ظهور مي رساند كه بشر از انجام آن به كلي عاجز بوده است و پيامدهائي را در جامعه برجا مي گذارد كه بشر تصور آنها را هم نكرده است. به عنوان مثال:

o ساخت مواد بسيار سبك و محكم براي مصارف مرسوم يا نو

o ورشكستگي صنايع قديمي همچون فولاد با ورود تجاري مواد نو

o كاهش يافتن شديد تقاضا براي سوخت هاي فسيلي

o همه گير شدن ابر كامپيوترهاي بسيار قوي، كوچك و كم مصرف

o سلاحهاي سبك تر، كوچكتر، هوشمند تر، دوربردتر، ارزانتر و نامرئي تر براي رادار

o شناسائي فوري كليه خصوصيات ژنتيكي و اخلاقي و استعدادهاي ابتلا به بيماري

o ارسال دقيق دارو به آدرس هاي مورد نظر در بدن و افزايش طول عمر

o از بين بردن كامل عوامل خطرناك جنگ شيميائي و ميكروبي

o از بين بردن كامل ناچيز ترين آلاينده هاي شهري و صنعتي

o سطوح و لباسهاي هميشه تميز و هوشمند

o توليد انبوه مواد و ابزارهائي كه تا قبل از اين عملي و اقتصادي نبوده اند ،

o و بسياري از موارد غير قابل پيش بيني ديگر!

دكترDrexler در همايش جهاني نظام علمي در زمينه نانوتكنولوژي اظهار كرده است: "در جهان اطلاعات ، تكنولوژيهاي ديجيتالي كپي‌برداري را سريع، ارزان، كامل و عاري از هزينه‌بري يا پيچيدگي محتوايي نموده‌اند. حال اگر همين وضعيت در جهان ماده اتفاق بيافتد چه مي‌شود. هزينه توليد يك تن ‌تري بيت تراشه‌هاي RAM تقريبا" معادل با هزينه بري ناشي از توليد همان مقدار فولاد مي‌شود".

دكترSmalley رئيس هيئت تحقيقاتي دانشگاه رايس و كاشف Buckyballs مي‌گويد:

" نانوتكنولوژي روند زيانبار ناشي از انقلاب صنعتي را معكوس خواهد كرد". در مقدمه مقاله نانوتكنولوژي كه توسط آقايان Peterson و Pergamit در سال 1993 نگاشته شده چنين آمده است :

" تصور كنيد قادريد با نوشيدن دارو كه در آب ميوه مورد علاقه‌تان حل شده است سرطان را معالجه كنيد . يك ابر كامپيوتر را كه به اندازه يك سلول انسان است در نظر بگيريد. يك سفينه فضايي 4 نفره كه به دور مدار زمين مي‌گردد با هزينه‌اي در حدود يك خودروي خانوادگي تجسم كنيد" .

موارد فوق، فقط تعداد محدودي از محصولات انتظار رفته از نانوتكنولوژي هستند. انسان در معرض يك انقلاب اجتماعي تسريع شده و قدرتمند است كه ناشي از علم نانوتكنولوژي است. در آينده نزديك گروهي از دانشمندان قادر به ساخت اولين آدم آهني با مقياس نانومتري مي‌گردند كه قادر به همانندسازي است. طي چند سال با توليد پنج ميليارد تريليون نانوروبات ، تقريبا" تمامي فرايندهاي صنعتي و نيروي كار كنوني از رده خارج خواهند شد. كالاهاي مصرفي به وفور يافت‌شده ، ارزان، شيك و با دوام خواهند شد. دارو يك جهش سريع و كوانتومي را به جلو تجربه خواهد نمود. سفرهاي فضايي و همانندسازي امن و مقرون به صرفه خواهند شد. به اين دلايل و دلائلي ديگر، سبكهاي زندگي روزمره در جهان بطور زيربنايي متحول خواهد شد و الگوي رفتاري انسانها تحت‌الشعاع اين روند قرار خواهد گرفت.

سه فناوري تسخيركننده

از طرفي شايد بتوان گفت تسخيركنندگان علم و فناوري آينده در سه گروه فناوري اطلاعات، نانوفناوري و زيست فناوري خلاصه مي شوند.

قرارگيري مقادير و حجم زيادي از اطلاعات در فضائي كوچك از ابعاد هم گرائي نانوفناوري و فناوري اطلاعات مي باشد از طرفي در زيست فناوري و يا به عبارتي براي زيست شناسان قرار گيري حجم زيادي از اطلاعات در يك فضاي بسيار كوچك موضوعي بسيار آشنا مي باشد.

در كوچكترين سلول انساني همه اطلاعات مربوط به يك موجود زنده از قبيل رنگ مو، رشد استخوان و عصب ها وجود دارد. حتي در قسمت بسيار كوچكي از سلول به نام DNA كه شامل حدوداً پنجاه اتم مي باشد همه اين اطلاعات ذخيره مي گردد ( نه تنها سطح يا به عبارتي تعداد اتم ها بلكه نحوه قرار گرفتن اين زنجيره ها در ذخيره سازي اطلاعات زيستي اهميت دارد). شايد يكي از علل هم گرائي اين فناوري و فناوري اطلاعات وجود همين مسائل مشترك اين سه فناوري است.

ابزارهاي جديد براي كارهاي ظريف

اگر شما از دانشمندان علوم سطح بپرسيد كه چه پيشرفتهاي عمده دستگاهي باعث شده‌اند تا نانوتكنولوژي در خطوط مقدم تحقيقات علوم فيزيكي قرار گيرد، تقريبا" همه آنها به داستان ميكروسكوپ پروب اسكن‌كننده SPM (Scanning probe microscope SPM: در SPM يك پروب نانوسكوپي در ارتفاع ثابتي بر بالاي بستري از اتم‌ها حفظ مي‌شود. اين فاصله مي‌تواند آن‌قدر كم باشد كه الكترون‌هاي اتم‌هاي تيرك و سطح با هم تعامل داشته باشند. اين تعاملات مي‌تواند آن‌قدر قوي باشد، كه اتم‌ها از جا كنده شده و به جاي ديگري بروند.)

اشاره مي‌كنند. عليرغم تازه واردگي به عرصه تحليل دستگاهي، استفاده از ميكروسكوپي تونل‌زني اسكن‌كننده STM (Scanning tunneling microscope STM : وسيله‌اي براي تهيه تصوير از اتمهاي روي سطوح مواد، كه نقش مهمي در درك توپوگرافي و خواص الكتريكي مواد و رفتار قطعات ميكروالكترونيكي دارند. STM بر خلاف يك ميكروسكوپ نوري، براي تهيه تصوير نيروهاي الكتريكي را با يك پروب نازك‌شده به حد تيزي يك اتم آشكار مي‌كند. پروب سطح را جاروب كرده، بي‌نظمي‌هاي الكتريكي حاصل از پوسته‌هاي الكتروني يا ابرالكتروني پيرامون اتم‌ها را به كمك يك كامپيوتر به تصوير مبدل مي‌كند. به دليل يك اثر مكانيك كوانتومي موسوم به «تونل‌زني»، الكترون‌ها مي‌توانند به سادگي از تيرك به سطح و بالعكس بجهند. درجه وضوح تصاوير در حدود nm1 يا كمتر است. از STM مي‌توان براي جابجايي تك به تك اتم‌ها و تهيه نقشه‌هاي پروضوح از سطوح مادي استفاده كرد.) ، ميكروسكوپي نيروي اتمي (AFM) و ديگر تكنيكهاي مشتق‌شده از اين دو مورد اصلي در بسياري از آزمايشگاهها ، به دليل حجم زياد اطلاعاتي كه از مقياس نانومتر به دست مي دهند، متداول و حتي گريزناپذير شده است. ريچارد فينمن طي يك سخنراني در همايش جامعه فيزيك آمريكا در 1959 در مؤسسه تكنولوژي كاليفرنيا كه بعد در آنجا استاد فيزيك شد ايده‌هايي بنيادي در زمينه كوچك‌سازي نوشتجات، مدارها و ماشين‌ها ايراد كرد : " آنچه من مي‌خواهم به شما بگويم، مسئله دستكاري و كنترل اشياء در مقياس كوچك است. ترديدي وجود ندارد كه در نوك يك سوزن آنقدر جا هست كه بتوان تمام دايره‌‌المعارف بريتانيكا را جا داد." فينمن براي به تفكر واداشتن محققين و تاكيد نمودن بر عقيده‌اش مبني بر امكان فيزيكي چنين معجزه‌اي ، جايزه‌هايي 1000 دلاري براي اولين افرادي كه به اهداف مشخص شده اي در كوچك‌سازي كتابها و موتورهاي الكتريكي دست يابند تعيين كرد. فينمن تاكيد كرد : " من در حال خلق ضد جاذبه نيستم كه به فرض روزي اگر قوانين (فيزيك) آنچه ما مي‌پنداريم، نبودند عملي شود. من صحبت از چيزي مي‌كنم اگر قوانين آنچه ما مي‌پنداريم باشند، عملي خواهد بود. ما به آن دست پيدا نكرده‌ايم چون خيلي ساده هنوز درصدد انجام آن نبوده‌ايم."

وضعيت جهاني

از فناوري نانو به عنوان "رنسانس فناوري" و" روان كننده جريان سرمايه گذاري " ياد مي شود.ورود محصولات متكي بر اين فناوري جهشي بس عظيم در رفاه و كيفيت زندگي و توانائي هاي دفاعي و زيست محيطي به همراه خواهد داشت و موجب بروز جابجائي هاي بزرگ اقتصادي خواهد شد . هم اكنون بخش هاي دولتي و خصوصي كشورهاي مختلف جهان شامل ژاپن ، آمريكا، اتحاديه اروپا، چين، هند، تايوان، كره جنوبي، استراليا، اسرائيل و روسيه در رقابتي تنگاتنگ بر سر كسب پيشتازي جهاني در لااقل يك حوزه از اين فناوري به سر ميبرند . هم اكنون روي هم رفته حدود 30 كشور دنيا در زمينه فناوري نانو داراي "برنامه ملي" يا درحال تدوين آن هستند، وطي پنچ سال گذشته بودجه تحقيق و توسعه در امر فناوري نانو را به 5/3 برابر افزايش داده اند. كشورهاي ژاپن و آمريكا نيز فناوري نانو را اولين اولويت كشور خود در زمينه فناوري اعلام كرده اند .

و امّا بطور كلي و خلاصه اينكه:

o نانوتكنولوژي چست؟

o نانوتكنولوژي مطالعه ذرات در مقياس اتمي براي كنترل آنهاست. هدف اصلي اكثر تحقيقات نانوتكنولوژي شكل‌دهي تركيبات جديد يا ايجاد تغييراتي در مواد موجود است. نانوتكنولوژي در الكترونيك، زيست‌شناسي، ژنتيك، هوانوردي و حتي در مطالعات انرژي بكار برده ميشود.

o چرا " Nano"؟

o nano كلمه‌اي يوناني به معني كوچك است و براي تعيين مقدار يك ميليارديم يا 9- 10 يك كميت استفاده مي‌شود. چون يك اتم تقريباً" 10 نانومتر است، اين اصلاح براي مطالعه عمومي روي ذرات اتمي و مولكولي بكاربرده ميشود.

o تفاوت بين نانوعلم و نانوتكنولوژي چيست؟

o نانو علم صرفا" تحقيق است ولي نانوتكنولوژي كاربرد تحقيقات براي حل مسائل و ساخت مواد جديد است.

o نانوتكنولوژي از كجا آمده است؟

o براي اولين بار ريچارد فينمن برنده جايزه نوبل فيزيك پتانسيل نانوعلم را در يك سخنراني تكان‌دهنده با نام " درپايين اتاقهاي زيادي وجود دارد"، مطرح كرد . فينمن اصرار داشت، كه دانشمندان ساخت وسائلي را،كه براي كار در مقياس اتمي لازم است، شروع كنند. اين موضوع مسكوت ماند، تا اينكه اريك دركسلر (دانشجوي تحصيلات تكميليMIT) نداي فينمن را شنيد و يك قالب‌كاري براي مطالعه "وسايلي كه توانايي حركت دادن اشياء مولكولي و مكان آنها را با دقت اتمي دارند" ايجاد كرد، كه در سپتامبر 1981 در مقاله‌اي با نام " پروتئين راهي براي توليدانبوه مولكولي ايجاد ميكند" آن را ارائه داد. دركسلر آن را با كتابي بنام " موتورهاي خلقت" دنبال كرد و توسعه مفهوم نانوتكنولوژي را همانند يك كوشش علمي ادامه داد. اولين نشانه هاي ثبت‌شده از اين مفهوم نانوتكنولوژي تغيير مكان دادن اشيا مولكولي، در سال 1989 بود، موقعي كه دانشمندي در مركز تحقيقات آلمادنIBM اتمهاي منفردگزنون را روي صفحه نيكل حركت داد، تا نام IBM را روي سطح نيكل نقش كند.

o آيا نانوتكنولوژي خيالي‌تر از علم است؟

o از موقعي كه اولين مقاله در دهه گذشته منتشر شد، از نانوتكنولوژي همانند چوبدست سحرآميزي براي ساخت كودكان طراح تا ماشينهاي توليد اكسيژن براي استعمار كره مريخ، تصور مي‌شد. هيجانات از واقعيات جلوتر بود، اما پيشرفت واقعي با مسائلي پيش‌پا افتاده شروع شد.چند سال پيش محققين در دانشگاههاي كاليفرنيا، رايس وMIT موفق به ساخت نانوذراتي شدند، كه به دانشمندان كمك مي‌كردند. تعدادي از اساتيد اين دانشگاهها شركتهايي تأسيس كردند، كه وسايل موردنياز براي تحقيقات مقياس نانو را مي‌ساختند. اكنون آنها به شدت دنبال حفاظت كارهايشان از طريق ثبت اختراع هستند، تا زمينه توليد فرايندهايشان را فراهم كنند. كاربردهاي علمي نانوعلم هنوز كم است. اما مقداري از توليدات اوليه اكنون وارد بازار مي‌شوند.

o كارهاي علمي انجام‌شده بوسيله نانوتكنولوژي چيست؟

o بيشترين كار علمي روي ايجاد تغييراتي در مواد شيميايي يا نقشه‌برداري از تركيبات زيستي، مانند DNA و سلولهاي سرطاني است. بعضي ازاولين محصولات تجاري، بهبود توليدات شيميايي كنوني يا روشهاي پزشكي است.

منبع :www.sharghian.com

+ نوشته شده در 84/08/10ساعت 12:58 توسط پوریا دلیری |

همجوشی هسته ای

همجوشي هسته اي

نوشته : مهرداد صميمي فر

به نام خداي متعال كه منزه است از شرك مشركان

از ديرباز آرزوي بشر دستيابي به منبعي از انرژي بوده كه علاوه بر آنكه بتواند مدت مديدي از آن استفاده كند توليد پسماندهاي خطر ناك نيز در پي نداشته باشد.اكنون در هزاره سوم ميلادي اين آرزوي به ظاهر دست نيافتني كم كم به واقعيت مي پيوندد.اكنون بشر خود را آماده مي كند تا با ساخت اولين رآكتور گرما هسته اي (همجوشي هسته اي)آرزوي نياكان خود را تحقق بخشد.سوختي پاك و ارزان به نام هيدروژن,انرژي توليدي اي سرشار و پسماندي بسيار پاك به نام هليوم.

اكنون مي پردازيم به واكنشهاي گرما هسته اي راهكارهاي استفاده از آن.

خورشيد و ستارگان:

سالهاست كه دانشمندان واكنشي را كه در خورشيد و ستارگان رخ داده و در آن انرژي توليد مي كند كشف كرده اند.اين واكنش عبارت است از تركيب (برخورد) هسته هاي چهار اتم هيدروژن معمولي و توليد يك هسته اتم هليوم.اما مشكلي سر راه اين نظريه است.

بالا ترين دمايي كه در خورشيد وجود دارد مربوط به مركز آن است كه برابر 15ضرب در 10 به توان6 مي باشد.در حالي كه در ستارگان بزرگتر اين دما به 20 ضرب در ده به توان 6 مي رسد.به همين خاطر تصور بر اين است كه آن واكنش معروف تركيب چهار اتم هيدروژن معمولي وتوليد يك اتم هليم در ساير ستارگان بزرگ نيست كه باعث توليد انرژي مي شود.بلكه احتمالا چرخه كربن در آنها به كمك آمده و كوره آنها را روشن نگه مي دارد.منظور از چرخه كربن آن چرخه اي نيست كه روي زمين اتفاق مي افتد.بلكه به اين صورت است كه ابتدا يك اتم هيدروژن معمولي با يك اتم كربنC12تركيب مي شود(همجوشي) و يك اتم N13 به علاوه يك واحد گاما را آزاد مي كند.بعد اين اتم با يك واپاشي به يك اتمC13به علاوه يك پوزيترون ويك نوترينو تبديل مي شود.بعد اينC13دوباره با يك اتم هيدروژن تركيب مي شود وN14و يك واحد گاما حاصل مي شود.دوباره در اثر تركيب اين نيتروژن با يك هيدروژن معمولي اتمO15و يك واحد گاما توليد مي شود.O15واپاشي كرده و N15به علاوه يك پوزيترون ويك نوترينو را بوجود مياورد.و دست آخر با تركيب N15با يك هيدروژن معموليC12به علاوه يك اتم هليوم بدست مي آيد.

ديديد كه در اين چرخه C12نه مصرف شد و نه به وجود آمد بلكه فقط نقش كاتاليزور را داشت.اين واكنشها به ترتيب و پشت سر هم انجام مي شوند.و واكنش اصلي همان تبديل چهار اتم هيدروژن به يك اتم هليوم است.مزيت چرخه كربن اين است كه سرعت كار را خيلي بالا مي برد. ولي اشكالي كه دارد اين است كه در دماي حد اقل20 ضرب در ده به توان6 شروع مي شود.بنا بر اين احتمال زيادي ميرود كه در ستاره هاي بزرگتر چرخه كربن باعث توليد انرژي مي شود.

محصور سازي

يك تعريف ساده و پايه اي از همجوشي عبارت است از فرو رفتن هسته هاي چند اتم سبكتر و تشكيل يك هسته سنگينتر.مثلا واكنش كلي همجوشي كه در خورشيد رخ ميدهد عبارت است از برخورد هسته هاي چهاراتم هيدروژن وتبديل آنها به يك اتم هليوم .

تا اينجا ساده به نظر ميرسد ولي مشكلي اساسي سر راه است;مي دانيدهسته ازذرات ريزي تشكيل شده است كه پروتون ونوترون جزءلاينفك آن هستند.نوترون بدون بار وپروتون بابارمثبت كه سايربارهاي مثبت رابه شدت ازخودميراند.مشكل مشخص شد؟ بله…اگرپروتونها(هسته هاي هيدروژن)يكديگررادفع ميكنندچگونه ميتوان آنهارادرهمجوشي شركت داد؟

همانطوركه حدس زديد راه حل اساسي آن است كه به اين پروتونهاآنقدرانرژي بدهيم كه انرژي جنبشي آنهابيشترازنيروي دافعه كولني آنهاشود و پروتونها بتوانند به اندازه كافي به هم نزديك شوند.حال چگونه اين انرژي جنبشي را توليد كنيم؟گرما راه حل خوبيست.در اثر افزايش دما جنب و جوش وبه عبارت ديگرانرژي جنبشي ذرات بيشتر و بيشتر ميشود به طوري كه تعداد برخوردها و شدت آنها بيشتر و بيشتر ميشود.به نظر شما آيا ديگر مشكلي وجود ندارد؟ خير,مسئله اساسيتري سر راه است.

يك سماور پر از آب را تصور كنيد.وقتي سماور را روشن مي كنيد با اين كار به آب درون سماور گرما ميدهيد(انرژي منتقل مي كنيد).در اثر اين انتقال انرژي دماي آب رفته رفته بالاتر مي رود و به عبارتي جنب و جوش مولكولهاي آب زياد مي شود.در اين حالت بين مولكولهاي آب برخوردهايي پديد مي آيد.هر مولكول كه از شعله(يا المنت يا هر چيز ديگري)مقداري انرژي دريافت كرده است آنقدر جنب و جوش مي كند تا بالاخره (به علت محدود بودن محيط سماور و آب)انرژي خود رابه ديگري بدهد.مولكول بعدي نيز به نوبه خود همين عمل را انجام ميدهد.بدين ترتيب رفته رفته انرژي منبع گرما در تمام آب پخش مي شود و دماي آب بالا ميرود.خوب يك سوال:آيا وقتي بدنه سماور را لمس مي كنيم هيچ گرمايي حس نمي كنيم؟…بله حس ميكنيم.دليلش هم كه روشن است.برخورد مولكولهاي پر انرژي آب با بدنه سماور و انتقال انرژي خود به آن.هدف ما از روشن كردن سماور گرم كردن آب بود نه سماور.اميدوارم تا اينجا پاسخ اولين مشكل اساسي بر سر راه همجوشي را دريافت كرده باشيد.بله اگر اگر با صرف هزينه و زحمت بالا سوخت را به دمايي معادل ميليونها درجه كلوين برسانيم آيا اين اتمها آنقدر صبر خواهند كرد تا با ديگر اتمها وارد واكنش شوند يا در اولين فرصت انرژي بالاي خود را به ديواره داده وآن را نا بود ميكند؟(...شما بوديد چه مي كرديد؟؟؟...).بنابر اين نياز به ((محصور سازي))داريم;يعني بايد به طريقي اجازه ندهيم كه اين گرما به ديواره منتقل شود.

رسيدن به دماي بالا:

شروع واكنش همجوشي به دماي بسيار بالايي نيازمند است.درست است كه دماي پانزده ميليون درجه دماي بسيار بالايست و تصور بوجود آوردنش روي زمين مشكل و كمي هم وحشتناك مي باشد ولي معمولا در زندگي روزمره دور و برمان دماهاي خيلي بالايي وجود دارند و ما از آنها غافليم.مثلا وقتي در اثر اتصالي سيمهاي برق داخل جعبه تقسيم ميسوزد وشما صداي جرقه آنرا ميشنويد و پس از بررسي متوجه مي شويد كه كاملا ذوب شده فقط به خاطر دماي وحشتناكي بوده كه آن تو به وجود آمده.شايد باور نكنيد ولي اين دما به حدود سي-چهل هزار درجه كلوين ميرسد.البته اين دما براي همجوشي حكم طفل ني سواري را دارد.يا اينكه مي توانيم با استفاده از ولتاژهاي بسيار بالا قوسهاي الكتريكي را از درون لوله هاي مويين عبور بدهيم.به اين ترتيب دماي هواي داخل لوله كه اكنون به پلاسما تبديل شده به نزديك چند ميليون درجه مي رسد.(كه باز هم براي همجوشي كم است).يكي از بهترين راهها استفاده از ليزر است.مي دانيد كه ليزرهايي با توانهاي بسيار بالا ساخته شده اند.مثلا نوعي از ليزر به نام ليزر نوا(NOVA)مي تواند در مدت كوتاهي انرژي اي معادل ده به توان پنج ژول توليد كند.اما بازهم در كنار هر مزيت معايبي هست.مثلا اين ليزر تبعا انرژي زيادي مصرف ميكند كه حتي با صرف نظر از آن مشكل ديگري هست كه ميگويد اگر انرژي توليدي ليزر در آن مدت كوتاه بايد تحويل داده بشود پس براي برقرار ماندن معيار لاوسن (حالا كه مدت زمان محصور سازي پايين آمده)بايد چگالي بالا تر برود.كه در اين مورد از تراكم و چگالي جامد هم بالا تر ميرود.

انواع واكنشها:

براي بهينه سازي كار رآكتورهاي همجوشي و افزايش توان خروجي آنها راههاي متعددي وجود دارد.يكي از اين راهها انتخاب نوع واكنشيست كه قرار است در رآكتور انجام بشود.

ظبق تصوير زير نوعي از واكنش همجوشي بصورتيست كه در آن دو هسته سبك با يكديگر واكنش داده و يك هسته سنگين تر را بوجود مياورند.يعني حاصل تركيب دو هسته دوتريم و توليد يك هسته ترتيم به علاوه يك هسته هيدروژن معموليست. اين واكنش انرژي ده مي باشد.چون تفاوت انرژي بستگي هسته سنگين تر وهسته هاي سبكتر مقداري منفيست.

در اين واكنش مقدار انرژي اي توليدي برابر4MeVمي باشد.

قبلا گفته شد كه بايد براي انجام همجوشي هسته ها به اندازه كافي به هم نزديك بشوند.اين مقدار كافي حدودا معادل3fmمي باشد.چون در اين فاصله ها انرژي پتانسيل الكترواسناتيكي دو دوترون در حدود 0.5MeVهست پس مي توانيم با اين مقدار انرژي دادن به يكي از دوترونها دافعه كولني بين دوترونها ر شكسته و واكنش را شروع كنيم كه بعد از انجام مقدار4.5MeVتوليد مي شود.(0.5MeVانرژي جنبشي به علاوه 4MeVانرژي آزاد شده)

همانطور كه مي بينيد بهترين گزينه واكنش سوم مي باشد

مي توانيم رآكتور خود را طوري طراحي كنيم كه دور ديواره بيروني آن ليتيم مايع تحت فشار جريان داشته باشد.اين ليتيم مايع گرماي توليدي اضافي را از واكنش گرفته و به آب منتقل مي كند و با تبديل آن به بخار باعث مي شود كه توربين و ژنراتور به حركت درآيند و برق توليد بشود.

اما چرا ليتيم؟

قبلا ديديد كه مقرون به صرفه ترين واكنش در رآكتور همجوشي واكنش دوتريم . ترتيم است.در اين واكنش ديديد كه يك نوترون پر انرژي توليد مي شد.اين مساله يعني نوترون زايي مي تواند سبب تضعيف بخشهايي از رآكتور شود.از طرفي براي محيط زيست و مخصوصا سلامتي كساني كه در اطراف رآكتور فعاليت مي كنند بسيار مضر است.اما اگر ليتيم را به عنوان خنك كننده داشته باشيم اين جريان ليتيم همچنين نقش مهم كند كنندگي را بازي خواهد كرد.به اين صورت كه با نوترون اضافي توليد شده در واكنش تركيب شده و سوخت گران قيمت و بسيار كمياب رآكتور رو كه همان ترتيم است توليد مي كند.واكنش دقيق آن به شكل زير است.البته در اين مورد بايد ضخامت ليتيم مايع در جريان حداقل يك متر باشد.

انواع رآكتور:

توكامك يكي از انواع رآكتورهاي همجوشي هسته ايست كه عمل محصورسازي را به خوبي انجام ميدهد.طرح توكامك در دهه پنجاه ميلادي توسط روسها پيشنهاد شد.كلمه توكامك از كلمات "toroidalnaya", "kamera", and "magnitnaya" به معني " اتاقك مغناطيسي چنبره اي" گرفته شده است.

يكي از دلايل و توجيحاتي كه براي چنبره اي بودن محفظه هاي محصور سازي مي شود بيان كرد اين است كه : توپ پر مويي را تصور كنيد كه شما قصد داريد موهاي اين توپ را شانه بزنيد. شما هر طور و از هر طرف كه بخواهيد اين كار بكنيد هميشه دو طرف از موهاي توپ شانه نشده و نامنظم باقي مي ماند.حال به جاي توپ فرض كنيد كه يك كره مغناطيسي داريم .ميخواهيم كه بردارهاي ميدان در سراسر اطراف اين كره يكنواخت و منظم باشند(در واقع همه در يك جهت باشند).بنا به مثال اين كار غير ممكن بوده ونا منظمي در دو طرف كره باعث عدم پايداري محصور ساز مي شود.ولي در يك محصور ساز چنبره اي چنين مشكلي وجود ندارد و يكنواختي ميدان سراسر محصور ساز(توكامك)باعث پايداري آن مي شود.مهم ترين و حياتي ترين وظيفه يك ابزار همجوشي پايدار نگه داشتن پلاسما است.

اسفرومك نوع ديگري از رآكتورهاي همجوشي هسته ايست.

اسفرومك نوع ديگري از رآكتورهاي همجوشيست كه بر خلاف توكامك كه چنبره ايست شكلي كروي دارد.البته تفاوت اسفرومك با توكامك در اين است كه در مركز اسفرومك هيچ جسم مادي اي وجود ندارد.

اسفرومك متاسفانه با بي مهري مواجه شد و به اندازه توكامك مورد توجه واقع نشد.در حالي كه اسفرومك مدت زيادي بعد از توكامك اختراع شد.

در دهه گذشته اغلب تحقيقات در بخش انرژي همجوشي مغناطيسي روي توكامك چنبره اي شكل براي رسيدن به واكنشهاي همجوشي در سطح بالا متمركز شده است.

كار توكامك در ايالات متحده وخارج آن ادامه دارد ولي سازمان دانشمندان انرژي همجوشي در حال بازديد از اسفرومك هستند.

قسمت زيادي از علاقه تجديد شده به پروژه اسفرومك روي تحقيقات فعالي در لاورنس ليورمور در گروهي به نام SSPX (Sustained Spheromak Physics Experiment) متمركز شده است.SSPX در 14ژوئن 1999 در مراسمي با حضور نماينده اي از DOE و با همكاري دانشمنداني از Sandia و آزمايشگاه ملي لس آلاموس آغاز به كار كرد.SSPX يك سري از از آزمايشات است كه براي اين طراحي شده كه توانايي اسفرومك را در اين مورد كه اسفرومك چقدر اين كيفيت را داراست كه پلاسما هاي داغ سوخت همجوشي را درون خود داشته باشد مشخص كند .

به عقيده رهبر پروژه SSPX آقاي David Hill توكامك با دماي بالايي كه در آن قابل دسترسيست (بيشتر از 100ميليون درجه سلسيوس كه بارها بيشتر از دماي مركز خورشيد است)فعلا برنده جريان رهبري پروژه هاي همجوشي به حساب مي آيد.با اين حال ميدانهاي مغناطيسي توكامك بوسيله كويل (سيم پيچ) هاي بيروني بسيار بزرگ كه چنبره رآكتور را كاملا احاطه مي كنند توليد مي شوند.اين كويل هاي بسيار بزرگ هزينه بسيار زياد و بي نظمي و اختلالاتي در كار رآكتور خواهند داشت.

در حالي كه اسفرومك ها پلاسماي بسيار داغ را در يك سيستم ميدان مغناطيسي ساده و فشرده كه فقط از يك سري ساده از كويل هاي كوچك پايدار كننده استفاده ميكند بوجود مي آورد.ميدانهاي مغناطيسي قوي لازم درون پلاسما با چيزي كه دينام مغناطيسي ناميده مي شود توليد مي شوند.

انرژي ده كردن:

مي دانيد درنوعي از رآكتورهاي شكافت هسته اي بوجود آوردن زنجيره واكنشها بوسيله برخورد دادن يك نوترون پر انرژي با هسته يك اتم اورانيم235 انجام مي شود.به اين صورت كه وقتي كه اين نوترون وارد هسته اتم اورانيوم235 مي شود آن را به يك هسته اورانيم236 تبديل ميكند.از آنجا كه اين هسته ناپايدار است به سرعت واپاشي مي كرده و اتمهاي سبكتري به همراه سه نوترون پر انرژي ديگر را توليد مي كند.

توضيح كاملتر اينكه در هسته هاي سنگين پايدار مثل اورانيوم بين نيروهاي الكترواستاتيكي كه مايل هستند ذرات تشكيل دهنده اتم را از هم دور كنند و نيروي هسته اي كه آنها را كنار هم نگه ميدارد تعادل بسيار حساسي وجود دارد كه اين تعادل رو مي توانيم براحتي و به روشي كه گفته شد به هم زده و واكنش شكافت هسته اي را شروع كنيم.واكنش حاصل از يك اتم با توليد كردن سه نوترون پر انرژي ديگر باعث ميشود سه اتم اورانيم ديگر وارد واپاشي بشوند.به همين ترتيب واكنش اصطلاحا زنجيره اي ميشود.

قدر مسلم يك رآكتور همجوشي ايده آل رآكتوريست كه در آن واكنشهاي زنجيره اي داريم. در واقع هدف اساسي در راه ساخت رآكتور همجوشي هسته اي زنجيره اي كردن آن است.اگر قرار باشد كه ما در اين راه انرژي صرف كنيم تا يك مقدار كمتر از آن را بدست بياوريم مطمئنا اين واكنش نه زنجيره ايست نه مفيد.دانشمندان اين رشته مفهومي به نام گيرانش را تعريف كرده اند كه به معني اين است كه مقداري انرژي صرف شروع واكنش كنيم و انرژي بيشتر از سلسله واكنشها بگيريم.در واقع در شرايط گيرانش واكنش زنجيره اي ميشود.يعني نه تنها انرژي توليدي يك واكنش براي انجام واكنش بعد كافيست بلكه مقدار زيادي از آن هم اضافه است وميتواند در اختيار ما براي توليد برق قرار بگيرد.

اگر بخواهيم توكامك يا هر وسيله ديگر كه همجوشي در آن انجام مي شود توان مفيد داشته باشد يعني به ما انرژي بدهد بايد شرايط خاصي داشته باشد. براي آنكه احتمال برخورد ذرات(يونهاي) نامزد همجوشي بالا برود اولا بايد دماي خيلي بالايي درون آن توليد بشود و رآكتور هم بتواند بخوبي دماي بالا را تحمل كند.(اين دما در محدوده ده به توان هشت درجه كلوين مي باشد!)دوما رآكتور بايد اين توانايي را داشته باشد كه درونش چگالي زياد از يونها را وارد كرد و سوم اينكه زمان محصور سازي در آن طولاني باشد.

دماي بالا براي آن است كه بتوانيم تقريبا مطمئن باشيم كه مي توانيم از سد محكم پتانسيل كولني هسته ها بگذريم.چگالي زياد هم براي اين است كه هر چه بيشتر احتمال برخورد هاي كارا بالا برود.

در اين مسير قانوني وجود دارد كه نام آن معيار لاوسون است.به كمك اين معيار مي شود محاسبه كرد كه آيا شرايط طوري هست كه واكنش به گيرانش برسد يا نه.

معيار لاوسن = بايد: مقدار چگالي*مدت زمان محصور سازي > ده به توان20ذره در متر مكعب باشد تا اين واكنش به گيرانش برسد(البته بستگي مستقيم با دماي پلاسما دارد)

اما به طور دقيق تر:

براي رسيدن به شرايط مطلوب درواكنشهاي گرما هسته اي كه در آنها از سوخت دوتريم - ترتيم استفاده مي شود دماي پلاسما (T) بايد در محدوده يك الي سه ضرب در ده به توان هشت درجه كلوين و زمان محصورسازي(تي اي)(تي انديس E) بايد در حدود يك الي سه ثانيه و چگالي (n) بايد حوالي يك الي سه ضرب در ده به توان بيست ذره بر متر مكعب باشد.براي آغاز به كار رآكتور يعني براي رسيدن به كمينه دماي حدود ده به توان هشت كلوين بايد از وسيله گرما ساز كمكي استفاده كرد.بعد از محترق شدن سوخت مخلوط پلاسما باذرات آلفايي كه در اثر احتراق اوليه بوجود اومده اند گرم شده و مي توانيم دستگاه كمكي را از مدار خارج كنيم.از آن به بعد سرعت فعاليتهاي همجوشي با افزايش دادن چگالي پلاسما افزايش پيدا مي كند.با اين وجود افزايش چگالي به بالاي مرزهاي تعيين شده و مطمئن به معني به هم خوردن پايداري پلاسما و يا اينكه خاموش شدن رآكتور را در پي خواهد داشت يا فاجعه.به عبارت ديگه (در صورت افزايش چگالي پلاسما) براي پايدار كردن پلاسما زمان محصور سازي و دماي احتراق و صد البته حجم پلاسما و نقطه پايداري پلاسما با افزايش چگالي بالا تر رفته و شرايط را براي كار سخت تر مي كند.به حالت تعادل در آوردن اين ملزمات با شكل بندي رآكتور در كوچكترين اسپكت ريتو كه به شكل بندي مغناطيسي آن بستگي دارد مقدور ميشود.

نسبت R به a را اسپكت ريتو مي گويند.

خروج پسماندها:

طبق شكل زير كه تصويري از سطح مقطع رآكتور مي باشد نحوه كنترل و خارج كردن پسماندهاي واكنش كه همان هليوم باشند را مشاهده مي كنيد.

واقعيت:

ITERاسم مجموعه ايست كه اولين رآكتور همجوشي جهان را كه از نوع توكامك خواهد بود در فرانسه خواهند ساخت.اين مجموعه متشكل است از كشورهاي: روسيه اروپا ژاپن كانادا چين ايالات متحده و جمهوري كره. آنها در اين راه از فوق هادي ها براي قسمت هاي مغناطيسي رآكتور استفاده مي كنند.توان خروجي اين توكامك 410 مگا وات خواهد بود.

منبع :www.hupaa.com

+ نوشته شده در 84/08/10ساعت 12:57 توسط پوریا دلیری |

چگونه يك بمب هسته اي بسازيم ؟

بمب هاي اتمي شامل نيروهاي قوي و ضعيفي اند كه اين نيروها هسته يك اتم را به ويژه اتم هايي كه هسته هاي ناپايداري دارند، در جاي خود نگه مي دارند. اساسا دو شيوه بنيادي براي آزادسازي انرژي از يك اتم وجود دارد:

1- شكافت هسته اي: مي توان هسته يك اتم را با يك نوترون به دو جزء كوچك تر تقسيم كرد. اين همان شيوه اي است كه در مورد ايزوتوپ هاي اورانيوم (يعني اورانيوم 235 و اورانيوم 233) به كار مي رود.

- همجوشي هسته اي: مي توان با استفاده از دو اتم كوچك تر كه معمولا هيدروژن يا ايزوتوپ هاي هيدروژن (مانند دوتريوم و تريتيوم) هستند، يك اتم بزرگ تر مثل هليوم يا ايزوتوپ هاي آن را تشكيل داد. اين همان شيوه اي است كه در خورشيد براي توليد انرژي به كار مي رود. در هر دو شيوه ياد شده ميزان عظيمي انرژي گرمايي و تشعشع به دست مي آيد.

براي توليد يك بمب اتمي موارد زير نياز است:

o يك منبع سوخت كه قابليت شكافت يا همجوشي را داشته باشد.

o دستگاهي كه همچون ماشه آغازگر حوادث باشد.

o راهي كه به كمك آن بتوان بيشتر سوخت را پيش از آنكه انفجار رخ دهد دچار شكافت يا همجوشي كرد.

در اولين بمب هاي اتمي از روش شكافت استفاده مي شد. اما امروزه بمب هاي همجوشي از فرآيند همجوشي به عنوان ماشه آغازگر استفاده مي كنند.

بمب هاي شكافتي (فيزيوني): يك بمب شكافتي از ماده اي مانند اورانيوم 235 براي خلق يك انفجار هسته اي استفاده مي كند. اورانيوم 235 ويژگي منحصر به فردي دارد كه آن را براي توليد هم انرژي هسته اي و هم بمب هسته اي مناسب مي كند. اورانيوم 235 يكي از نادر موادي است كه مي تواند زير شكافت القايي قرار بگيرد.اگر يك نوترون آزاد به هسته اورانيوم 235 برود،هسته بي درنگ نوترون را جذب كرده و بي ثبات شده در يك چشم به هم زدن شكسته مي شود. اين باعث پديد آمدن دو اتم سبك تر و آزادسازي دو يا سه عدد نوترون مي شود كه تعداد اين نوترون ها بستگي به چگونگي شكسته شدن هسته اتم اوليه اورانيوم 235 دارد. دو اتم جديد به محض اينكه در وضعيت جديد تثبيت شدند از خود پرتو گاما ساطع مي كنند. درباره اين نحوه شكافت القايي سه نكته وجود دارد كه موضوع را جالب مي كند.

- احتمال اينكه اتم اورانيوم 235 نوتروني را كه به سمتش است، جذب كند، بسيار بالا است. در بمبي كه به خوبي كار مي كند، بيش از يك نوترون از هر فرآيند فيزيون به دست مي آيد كه خود اين نوترون ها سبب وقوع فرآيندهاي شكافت بعدي اند. اين وضعيت اصطلاحا «وراي آستانه بحران» ناميده مي شود.

2 - فرآيند جذب نوترون و شكسته شدن متعاقب آن بسيار سريع و در حد پيكو ثانيه (12-10 ثانيه) رخ مي دهد.

3 - حجم عظيم و خارق العاده اي از انرژي به صورت گرما و پرتو گاما به هنگام شكسته شدن هسته آزاد مي شود.

انرژي آزاد شده از يك فرآيند شكافت به اين علت است كه محصولات شكافت و نوترون ها وزن كمتري از اتم اورانيوم 235 دارند. اين تفاوت وزن نمايان گر تبديل ماده به انرژي است كه به واسطه فرمول معروف mc2= E محاسبه مي شود. حدود نيم كيلوگرم اورانيوم غني شده به كار رفته در يك بمب هسته اي برابر با چندين ميليون گالن بنزين است. نيم كيلوگرم اورانيوم غني شده انداز ه اي معادل يك توپ تنيس دارد. در حالي كه يك ميليون گالن بنزين در مكعبي كه هر ضلع آن 17 متر (ارتفاع يك ساختمان 5 طبقه) است، جا مي گيرد. حالا بهتر مي توان انرژي آزاد شده از مقدار كمي اورانيوم 235 را متصور شد.براي اينكه اين ويژگي هاي اروانيوم 235 به كار آيد بايد اورانيوم را غني كرد. اورانيوم به كار رفته در سلاح هاي هسته اي حداقل بايد شامل نود درصد اورانيوم 235 باشد.در يك بمب شكافتي، سوخت به كار رفته را بايد در توده هايي كه وضعيت «زير آستانه بحران» دارند، نگه داشت. اين كار براي جلوگيري از انفجار نارس و زودهنگام ضروري است. تعريف توده اي كه در وضعيت «آستانه بحران» قرار داد چنين است: حداقل توده از يك ماده با قابليت شكافت كه براي رسيدن به واكنش شكافت هسته اي لازم است. اين جداسازي مشكلات زيادي را براي طراحي يك بمب شكافتي با خود به همراه مي آورد كه بايد حل شود.

1 - دو يا بيشتر از دو توده «زير آستانه بحران» براي تشكيل توده «وراي آستانه بحران» بايد در كنار هم آورده شوند كه در اين صورت موقع انفجار به نوترون بيش از آنچه كه هست براي رسيدن به يك واكنش شكافتي، نياز پيدا خواهد شد.

2 - نوترون هاي آزاد بايد در يك توده «وراي آستانه بحران» القا شوند تا شكافت آغاز شود.

3 - براي جلوگيري از ناكامي بمب بايد هر مقدار ماده كه ممكن است پيش از انفجار وارد مرحله شكافت شود براي تبديل توده هاي «زير آستانه بحران» به توده هايي «وراي آستانه بحران» از دو تكنيك «چكاندن ماشه» و «انفجار از درون» استفاده مي شود.تكنيك «چكاندن ماشه» ساده ترين راه براي آوردن توده هاي «زير بحران» به همديگر است. بدين صورت كه يك تفنگ توده اي را به توده ديگر شليك مي كند. يك كره تشكيل شده از اورانيوم 235 به دور يك مولد نوترون ساخته مي شود. گلوله اي از اورانيوم 235 در يك انتهاي تيوپ درازي كه پشت آن مواد منفجره جاسازي شده، قرار داده مي شود.كره ياد شده در انتهاي ديگر تيوپ قرار مي گيرد. يك حسگر حساس به فشار ارتفاع مناسب را براي انفجار چاشني و بروز حوادث زير تشخيص مي دهد:

1 - انفجار مواد منفجره و در نتيجه شليك گلوله در تيوپ

2 - برخورد گلوله به كره و مولد و در نتيجه آغاز واكنش شكافت

3- انفجار بمب

در «پسر بچه» بمبي كه در سال هاي پاياني جنگ جهاني دوم بر شهر هيروشيما انداخته شد، تكنيك «چكاندن ماشه» به كار رفته بود. اين بمب 5/14 كيلو تن برابر با 500/14 تن TNT بازده و 5/1 درصد كارآيي داشت. يعني پيش از انفجار تنها 5/1 درصد ازماده مورد نظر شكافت پيدا كرد.

در همان ابتداي «پروژه منهتن»، برنامه سري آمريكا در توليد بمب اتمي، دانشمندان فهميدند كه فشردن توده ها به همديگر و به يك كره با استفاده از انفجار دروني مي تواند راه مناسبي براي رسيدن به توده «وراي آستانه بحران» باشد. البته اين تفكر مشكلات زيادي به همراه داشت. به خصوص اين مسئله مطرح شد كه چگونه مي توان يك موج شوك را به طور يكنواخت، مستقيما طي كره مورد نظر، هدايت و كنترل كرد؟افراد تيم پروژه «منهتن» اين مشكلات را حل كردند. بدين صورت، تكنيك «انفجار از درون» خلق شد. دستگاه انفجار دروني شامل يك كره از جنس اورانيوم 235 و يك بخش به عنوان هسته است كه از پولوتونيوم 239 تشكيل شده و با مواد منفجره احاطه شده است. وقتي چاشني بمب به كار بيفتد حوادث زير رخ مي دهند:

- نفجار مواد منفجره موج شوك ايجاد مي كند.

2 - موج شوك بخش هسته را فشرده مي كند.

3 - فرآيند شكافت شروع مي شود.

4 - بمب منفجر مي شود.

در «مرد گنده» بمبي كه در سال هاي پاياني جنگ جهاني دوم بر شهر ناكازاكي انداخته شد، تكنيك «انفجار از درون» به كار رفته بود. بازده اين بمب 23 كيلو تن و كارآيي آن 17درصد بود.شكافت معمولا در 560 ميلياردم ثانيه رخ مي دهد.

بمب هاي همجوشي: بمب هاي همجوشي كار مي كردند ولي كارآيي بالايي نداشتند. بمب هاي همجوشي كه بمب هاي «ترمونوكلئار» هم ناميده مي شوند، بازده و كارآيي به مراتب بالاتري دارند. براي توليد بمب همجوشي بايد مشكلات زير حل شود:دوتريوم و تريتيوم مواد به كار رفته در سوخت همجوشي هر دو گازند و ذخيره كردنشان دشوار است. تريتيوم هم كمياب است و هم نيمه عمر كوتاهي دارد بنابراين سوخت بمب بايد همواره تكميل و پر شود.دوتريوم و تريتيوم بايد به شدت در دماي بالا براي آغاز واكنش همجوشي فشرده شوند. در نهايت «استانسيلا اولام» دريافت كه بيشتر پرتو به دست آمده از يك واكنش فيزيون، اشعه X است كه اين اشعه X مي تواند با ايجاد درجه حرارت بالا و فشار زياد مقدمات همجوشي را آماده كند.

بنابراين با به كارگيري بمب شكافتي در بمب همجوشي مشكلات بسياري حل شد. در يك بمب همجوشي حوادث زير رخ مي دهند:

1 - بمب شكافتي با انفجار دروني ايجاد اشعه X مي كند.

2 - اشعه X درون بمب و در نتيجه سپر جلوگيري كننده از انفجار نارس را گرم مي كند.

3 - گرما باعث منبسط شدن سپر و سوختن آن مي شود. اين كار باعث ورود فشار به درون ليتيوم - دوتريوم مي شود.

4 - ليتيوم - دوتريوم 30 برابر بيشتر از قبل تحت فشار قرار مي گيرند.

5 - امواج شوك فشاري واكنش شكافتي را در ميله پولوتونيومي آغاز مي كند.

6 - ميله در حال شكافت از خود پرتو، گرما و نوترون مي دهد.

7 - نوترون ها به سوي ليتيوم - دوتريوم رفته و با چسبيدن به ليتيوم ايجاد تريتيوم مي كند.

8 - تركيبي از دما و فشار براي وقوع واكنش همجوشي تريتيوم - دوتريوم ودوتريوم - دوتريوم و ايجاد پرتو، گرما و نوترون بيشتر، بسيار مناسب است.

9 - نوترون هاي آزاد شده از واكنش هاي همجوشي باعث القاي شكافت در قطعات اورانيوم 238 كه در سپر مورد نظر به كار رفته بود، مي شود.

10 - شكافت قطعات اروانيومي ايجاد گرما و پرتو بيشتر مي كند.

11 - بمب منفجر شود.

منبع : روزنامه شرق

+ نوشته شده در 84/08/10ساعت 12:51 توسط پوریا دلیری |

چرا ميدان مغناطيسي زمين عوض مي شود؟

چرا ميدان مغناطيسي زمين عوض مي شود؟

ميدان مغناطيسي يا آهنربايي كره زمين در حال ضعيف شدن است. اگر اين كاهش در شدت ميدان با همين اهنگ به پيش رود ظرف 1200 سال آينده قطب نماهاي سراسر دنيا از كار خواهند افتاد تا مدتي به طرف همه جا ولي در واقع هيچ جا منحرف خواهند شد. سپس به آهستگي پس از گذشت دهها يا صدها سال بار ديگر همراستا خواهند شد اما اين بار به سمت جنوب.
نتيجه اين مي شود كه ميدان مغناطيسي زمين وارونه خواهد شد اين اتفاق پسشتر نيز بارها روي داده است. زمين شناسان در سنگ هاي مغناطيسي چندين ميليون ساله قرايني يافته اند كه اين را تاييد مي كند. روشن است كه اين پديده بيانگر مطلب بسيار مهمي درباره هسته دروني زمين است.اما پرسش اينجاست كه اين مطلب مهم چيست؟ هسته زمين از آهن و نيكل تشكيل شده كه بخش عمده اي از انها به حالت گداخته وجود دارد اين مايع فلزي پيوسته در جنبش است و اين جنبش به نحوي جريانهاي الكتريكي به وجود مي اورند كه ميدان مغناطيسي زمين را ايجاد مي كنند. جزئيات اين فعاليت فلزي گداخته و تغييراتي كه در ميدان مغناطيسي زمين بوجود مي اورد هنوز روشن نشده است برخي از سرنخ هايي كه درباره رويدادهاي درون زمين در اختيار داريم از بررسي ساختار بيروني اين ميدان بسيار گسترده بدست آمده اند اين ميدان زمين را در محاصره خود دارد و تا صدها هزار كيلومتر در فضا ادامه دارد. ميدان مغناطيسي را مي توان به صورت مجموعه اي از خط هاي فرضي تصور كرد كه در فضا از قطب جنوب در جنوبگان تا قطب شمال در كانادا قوس مي زند و سپس در درون هسته زمين ادامه مي يابد تا بار ديگر از قطب جنوب سر در آورد. ميدان مغناطيسي زمين همواره نابسامان است. قطب هاي مغناطيسي زمين 11 درجه با قطب هاي جغرافيايي زمين فاصله دارند در اين ميدان پيچش ها و خميدگي هايي وجود دارد كه در آن نواحي ممكن است جهت عقربه قطب نما حتي تا 20 درجه از شمال حقيقي فاصله داشته باشد. دريانوردان اين نواحي را از قرن يازدهم هجري تا كنون نقشه برداري كرده اندتا مبادا قطب نماهايشان آنان را از مسير واقعي منحرف كند. از روي نوشته هاي آنان در ميابيم كه شدت ميدان مغناطيسي زمين افت و خيز بسيار زيادي دارد.و سالانه در حدود 20 كيلومتر به طرف غرب جابجا مي شود در نظر دانشمندان امروزي اين بدان معناست كه مايع گداخته هسته زمين با سرعتي در حدود نيم ميليمتر در ثانيه در حركت است. يعني در روز تقريبا مسافتي برابر نصف طول زمين فوتبال را مي پيمايد. زمين فيزيكدانان در مقياس گسترده تر با بررسي مغناطيس هايي كه در گدازه هاي منجمد باستاني محبوس شده اند ردپاي ميدان مغناطيسي زمين را 30 تا 50 ميليون سال گذشته دنيبال كرده اند همچنانكه سنگ ها گداخته مي شوند اتم هاي آهن موجود در آنها تمايل مي يابند با راستاي ميدان مغناطيسي ان دوره همراستا شوند. اين مدارك نشان مي دهد كه در گذشته ميدان مغناطيسي زمين در فاصله هاي زماني نامعين از 30 هزار سال گذشته تا 1 ميليون سال وارونه شده است. ميدان از اين رو به آن رو مي شود. يعني در مدت نزديك به 100 هزار سال ضعيف مي شود و سپس در جهت ديگر افزايش مي يابد.
بسياري از زمين شناسان كه درباره علت وارون شدن ها بررسي مي كنند اكنون معنقدند كه ميدان مغناطيسي ضعيفي كه بر سطح زمين مي سنجيم ( آن قدر ضعيف كه آهنرباي نعلي شكل اسباب بازي هم 100 برابر از آن نيرومند است) تنها مشتي از خروار است. بخش عمده از فعاليت مغناطيسي زمين در هسته آهني و نيكلي آن صورت مي گيرد برابر مقبول ترين توضيحي كه براي اين مساله ارائه شده و به نظريه دينامو معروف است بخشي از ميدان كه در هسته زمين امتداد دارد در مايع باردار و گداخته آن محبوس شده و با چرخش زمين كشيده مي شود. درنتيجه به طور مستقيم از هسته نمي گذرد بلكه بارها دور هسته پيچيده مي شود تا مانند دسته اي از كش هاي محكم تشكيل خطوط شار نيرومندي را بدهد. بنابر اين نظريه جريان همرفتي فلز گداخته كه از اعماق هسته بالا مي آيد حلقه هاي كوچكي از اين ماده مغناطيسي دور هم پيچيده را به سطح مي راند كه از اينجا به فضا امتداد مي يابند و تشكيل ميدان آشنايي را مي دهد كه مي سنجيم. سپس يك بار ديگر به درون هسته شيرجه مي روند و سخت دور هسته پيچيده مي شوند بدين ترتيب ميدان خود را نگه مي دارند. در اين فرضيه درباره اينكه چه چيزي ممكن است باعث وارونه شدن ميدان شود چنين استدلال مي شود كه طبيعت غير قابل پيش بيني جريان همرفتي كه نقش دارد. اگر در يك نقطه چند حلقه بيشتر از نقطه ديگر جمع شود ذره هاي ميدان كه به سطح مي رانند در جهت مخالف حلقه مي زنند. احتمال ديگر آن است كه اين وارونه شدن ها به هيچ وجه كاتوره اي و تصادفي نيست. و اگر اطلاعات كافي داشتيم مي توانستيم آن ها را پيش گويي كنيم و شايد بر همكنش هاي الكترومغناطيسي مايع جوشان درون زمين چندان پيچيده اند كه وارونگي تصادفي به نظر مي رسد اگر چنين باشد شايد روزي دانشمندان بتوانند به ما بگويند كه وارونگي بعدي چه هنگام رخ مي دهد اما اكنون تنها كاري كه مي توانيم بكنيم اين است كه قطب نماهايمان را تماشا كنيم و حدس بزنيم در دل گداخته زمين چه مي گذرد

منبع 1 : physicsir.com
منبع 2 : مجله دانشمند
تهيه كنندگان : داوود قويدل - مجيد ايزدي

+ نوشته شده در 84/08/10ساعت 12:50 توسط پوریا دلیری |

جریان مستقیم وجریان متناوب

جريان مستقيم و جريان متناوب

تا به حال هر چه گفتيم راجع به جريان مستقيم بود يعني جرياني كه دامنه و جهت آن نسبت به زمان ثابت است به زبان ساده تر اينكه مقدار جريان عبوري از مدار و جهت حركت الكترونها ثابت بوده و با گذشت زمان هيچ تغييري نميكند.

جريان متناوب

تعريف : جريان متناوب جرياني است كه مقدار و جهت آن نسبت به زمان دائماً در حال تغيير است. به زبان ساده تر اينكه مقدار جريان دائماً كم و زياد ميشود و جهت حركت الكترونها هم عوض ميشود (از ماكزيمم به صفر و از صفر به مينيمم ميرسد).

سوال :

چگونه مقدار جريان تغيير ميكند در صورتيكه عناصر مدار ثابت هستند ؟

جواب :

ولتاژ منبع تغذيه دائما در حال تغيير (متناوب ) است به همين جهت در مقدار جريان تاثير ميگذارد.

سوال :

جهت الكترونها چگونه عوض ميشود ؟

ميدانيد كه الكترونها هميشه از قطب منفي به سمت مثبت حركت ميكنند . در منبع تغذيه متناوب مثبت و منفي آن (پلاريته ) دائما در حال تغيير است يعني اگر خروجي منبع تغذيه ما دو سيم داشته باشد مثلا به رنگهاي قرمز و سياه در يك لحظه زماني سيم قرمز مثبت و سيم سياه منفي است و در لحظه اي ديگر عكس اين حالت وجود دارد يعني جاي قطب مثبت و منفي دائما عوض ميشود پس جهت حركت الكترونها هم كه از قطب منفي به مثبت است دائما عوض ميشود .

معروف ترين جريان متناوب جريان متناوب سينوسي است .

در نمودار روبرو مشخص است كه در لحظه 1 ثانيه جريان صفر، در لحظه 5/1 ثانيه 5- آمپر و در لحظه 5/2 ثانيه 5 آمپر است .

سيكل چيست ؟

كوچكترين قسمت موج كه دائماُ تكرار ميشود يك سيكل نام دارد مثلا در شكل روبرو از لحظه صفر ثانيه تا لحظه 2 ثانيه يك سيكل است كه تا بينهايت تكرار ميشود .

فركانس چيست ؟

به تعداد سيكل هايي كه در يك ثانيه توليد ميشود فركانس گويند كه واحد آن هرتز است . مثلاً در شكل بالا فركانس 5/0 هرتز است .

نكته :

برقي كه در خانه هاي ما استفاده ميشود همين جريان متناوب است كه فركانس آن 50 هرتز ميباشد. يعني جرياني كه از يك لامپ عبور ميكند ثانيه اي 100= 50×2 بار صفر ميشود پس چه انتظاري داريد حتماُ انتظار داريد كه لامپ در هر ثانيه 100 بار خاموش و روشن شود ولي اين عمل صورت نميگيرد چون لامپ بر اساس گرما توليد نور ميكند اگر بخواهيم كه يك لامپ را ثانيه اي صد بار خاموش و روشن كنيم بايد بتوانيم در يك ثانيه صد بار لامپ را گرم و صد بار سرد كنيم . ولي گرما چيزي نيست كه در مدت 1 صدم ثانيه صفر شود پس مدتي طول ميكشد كه دفع شود و تا آن مدت لامپ دوباره روشن ميشود .

منبع :s-ta-p.persianblog.com

+ نوشته شده در 84/08/10ساعت 12:46 توسط پوریا دلیری |