فیزیک هسته ای

در جهان همه چیز از اتم ساخته شده است. اتمهای مختلف در کنار هم قرار می گیرند و مولکولهای مختلف را تشکیل می دهند. هر اتمی که در طبیعت پیدا می شود، یکی از 92 نوع اتمی است که به نام عناصر طبیعی شناخته شده اند؛ پس هر چه روی زمین وجود دارد، از فلز، پلاستیک،لباس، شیشه گرفته تا  مو و غیره، همه ترکیباتی از 92 عنصر طبیعی هستند. جدول تناوبی عناصر، فهرست عناصری است که می توان در طبیعت پیدا کرد به اضافه عناصری که به دست بشر ساخته شده است.


درون هر اتم می توان سه ذره ریز  پیدا کرد: پروتون، نوترون و الکترون.
پروتونها در کنار هم قرار می گیرند و هسته اتم را تشکیل می دهند، در حالی که الکترونها به دور هسته می چرخند. پروتون بار الکتریکی مثبت و الکترون بار الکتریکی منفی دارد و از آنجا که بارهای مخالف ، یکدیگر را جذب می کنند، پروتون و الکترون هم یکدیگر را جذب می کنند و همین نیرو، سبب پایدار ماندن الکترونها در حرکت به دور هسته می گردد. در اغلب حالت ها تعداد پروتونها و الکترونهای درون اتم یکسان است، بنابراین اتم درحالت عادی و طبیعی خنثی است.
نوترون، بار خنثی دارد و وظیفه اش در هسته، کنار هم نگاه داشتن پروتونهای هم بار است.می دانیم که ذرات با بار یکسان یکدیگر را دفع می کنند .در نتیجه وظیفه نوترونها این است که با فراهم آوردن شرایط بهتر، پروتونها را کنار هم نگاه دارند. ( این کار توسط نیروی هسته ای قوی صورت می گیرد )


                                              بقیه مقاله را در ادامه مطلب پیگیری کنید

« آخرين مرز » به قلم استفن هاوكينگ

توصیه می کنم ادامه مطلب را حتما دنبال کنید...

واژه لیزر از سر کلمه‌های انگلیسی در عبارت Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation به معنی «تقویت نور به روش گسیل القایی تابش» است.

لیزر به وسیله‌ای گفته می‌شود که نور را به صورت پرتوهای موازی بسیار باریکی که طول موج مشخصی دارند ساطع می‌کنند. این دستگاه از ماده‌ای جمع کننده یا فعال کنده نور تشکیل شده که درون محفظه تشدید نور قرار دارد. این ماده پرتو نور را که به وسیله یک منبع انرزی بیرونی (از نوع الکتریسیته یا نور) به وجود آمده، تقویت می‌کند.

مبانی نظری لیزر را آلبرت انیشتین در سال ۱۹۱۶ میلادی طی مقاله‌ای مطرح کرد٫ ولی سال‌های نسبتاً زیادی طول کشید تا صنعت و فناوری امکان ساخت نخستین لیزر را فراهم کند. در سال ۱۹۵۳ چارلز تاونز میزر (تقویت‌کننده موج میکروویو) را اختراع کرد و می‌خواست آزمایش‌های خود را حول جایگزینی نور مرئی به جای فروسرخ ادامه دهد و هم‌زمان این امر بین آزمایشگاه‌های گوناگون در سراسر جهان به عنوان رقابتی جدی در نظر گرفته شد که عبارت لیزر در همان زمان در مقاله‌ای از گوردون هولد، دانشجوی دکترای دانشگاه کلمبیا، پیشنهاد شد و در سال ۱۹۶۰ نخستین لیزر (که با موفقیت کار کرد) توسط تئودور میمن (Theodore H. Maiman) ساخته شد. و نخستین لیزر گازی(با استفاده از هلیوم و نئون) هم توسط علی جوان فیزیکدان ایرانی در همان ۱۹۶۰ ساخته شد. نخستین بار طرح اولیه لیزر (میزر) توسط انیشتن داده شد،کار لیزر به این گونه‌است که با تابش یک فوترون به یک ذره (اتم یا مولکول یا یون)برانگیخته یک فوترون دیگر نیز آزاد می‌شود که این دو فوترون با هم، هم فرکانس می‌باشند در صورت ادامه این روند تعداد نوترونها افزایش می‌یابند که می‌توانند باریکه‌ای از فوتونها را به وجود بیاورند.

   1. کاربرد لیزر در پزشکی : چاقوی لیزری ، مته لیزری،فیزیوتراپی و ...

   2. کاربرد لیزر در صنعت : جوشکاری لیزری ، برشهای لیزری ، برش الماس ، مسافت یاب لیزری و ...

   3. کاربردهای نظامی : ردیاب لیزری ، تفنگ لیزری و ...

   4. کاربردهای آزمایشگاهی و پژوهشی:اندازه گیری ، سنتز مواد و ...

 ادامه مطلب...

سوخت يك نيروگاه هسته اي ، اورانيوم است. اورانيوم عنصري است كه در اكثر مناطق جهان از زيرزمين استخراج مي شود. اورانيوم بعداز مرحله كانه آرايي بصورت قرصهاي بسيار كوچكي در داخل ميله هاي بلند قرار گرفته و داخل رآكتور نيروگاه نصب مي شوند. كلمه «Fission» به معني شكافت است. در داخل رآكتور يك نيروگاه اتمي ، اتمهاي اورانيوم تحت يك واكنش زنجيره اي كنترل شده ، شكافته مي شوند. در يك واكنش زنجيره اي ، ذرات حاصل از شكافت اتم به ساير اتمهاي اورانيوم برخورد كرده و باعث شكافت آنها مي گردند. هريك از ذرات آزاد شده مجدداً باعث شكافت ساير اتمها در يك واكنش زنجيره اي مي شود. درنيروگاههاي هسته اي ، معمولاً از يك سري ميله هاي كنترل جهت تنظيم سرعت واكنش زنجيره اي استفاده مي گردد. عدم كنترل اين واكنشهامي تواند منجربه توليد بمب اتم شود. اما در بمب اتم ، تقريباً ذرات خالص اورانيوم 235 يا پلوتونيوم (باشكل و جرم معيني) بايد با نيروي زيادي در كنارهم قرار گيرند. چنين شرايطي در يك رآكتور هسته اي وجود ندارد.

• هلمهولتز از آزمایش انطباق رنگ که در آن، شرکت کنندگان میزان سه طول موج مختلف نور را برای انطباق با یک رنگ آزمایشی تغییر می‌دهند، استفاده کرد.
• شرکت کنندگان اگر فقط از دو طول موج استفاده می‌کردند نمی‌توانستند رنگ‌ها را با یکدیگر انطباق دهند امّا با استفاده از سه طول موج می‌توانستند با هر رنگی در طیف رنگ‌ها انطباق برقرار کنند.
• این نظریه به نام نظریه  دید رنگی یانگ- هلمهولتز معروف شد.

تعیین سه گیرنده‌ای که مسئول دیدرنگی هستند تا 70 سال بعد از آن که نظریه  دیدرنگی بهنجار ارائه شد، مشخص نگردید. پژوهشگران دریافتند که مخروط‌های رنگدانه‌ها از نظر جذب، دارای سطوح مختلفی هستند. مخروط‌ها گیرنده‌هایی هستند که در شبکیه  چشم قرار دارند و مسئولِ دیدن رنگ‌ها و جزئیات هستند. گیرنده‌های مخروطی بر حسب مقدار آمینو اسیدهای موجود در آن‌ها، از نظر جذب با یکدیگر متفاوتند. سه گیرنده مخروطی متفاوت عبارتند از:

• گیرنده‌های مخروطی طول موج کوتاه
• گیرنده‌های مخروطی طول موج متوسط
• گیرنده‌های مخروطی طول موج بلند

تئوری ساخت ليزر CO2

اجزای سازنده ليزر CO2 با جريان گاز

-تيوپ ليزر -آينه های ليزر -منبع گاز CO2 و N2 و He -پمپ خلا -منبع ولتاژ بالا -آند و كاتد -سيستم خنك كننده -پيچ ها و پايه های تنظيم

در ادامه به برسی هر يك از اجزای ليزر به طور مجزا می پردازیم و با ارائه آمار و ارقام و روش های پيشنهادی ، تئوری كاملی از ساخت ليزر CO2 با جريان گاز ارائه خواهيم داد.

سامانه خلا و گازهای ليزر

همان طور كه در طرح ساخت بيان شد ، از سيستم جريان گاز با تخلیه الكتريكی ولتاژ بالا استفاده می شود. در ادامه نكات مهمی در مورد راه اندازی سيستم خلا و جريان گاز بيان می شود

- تمام هوای داخل لوله بايد تخليه شود . تخليه بايد تقريبا به طور كامل انجام شود چرا كه وجود هوای پس ماند در لوله باعث ضعيف شدن پرتوی خروجی يا عدم خروجی ليزر مي شود. - هر گونه آلودگی را از روی تيوپ ليزر پاك كنيد چرا كه ممكن است باعث اختلال در پرتوی خروجی شود . توجه شود كه برخی از مواد خلا مانند گريش و مواد پوشاننده درز ها مشكلی ايجاد نمی كند. - فشار گاز ليزر را به صورت تكی يا مخلوط ، چه در ابتدای كار و چه به هنگام عمل ليز كنترل كنيد .

درصد تركيب گاز ها در ليزر co2 به صورت زير است:

گاز ها

حجم (ليتر)

فشار (بار) دي اكسيد كربن 16% تا 4%

7930 – 280

167 - 2400 نيتروژن 20% تا 10%

5664 – 200

2124 - 75 هليوم به ميزان تعادل

2124 – 75

146 - 2100

با توجه به نقشه ساخت ليزر به صورت زير عمل مي كنيم . ابتدا ورودی گاز ليزر را مي بندیم و سپس از طرف ديگر توسط پمپ تخليه كاواك را به طور كامل تخليه می كنيم . منبع گاز را با توجه با جدول بالا پر ميكنيم و سپس آن را به ورودی كاواك متصل می كنيم . سپس شير ورودی را باز كرده تا مخلوط گاز وارد كاواك شود به منظور برقرار كردن جريان گاز در طول كاواك بايد خروجی ليزر را به پمپ خلا متصل كنيم تا با مكشی كه ايجاد ميكند ، گاز در طول لوله جريان يابد . راه ديگر برای ايجاد جريان گاز اين است كه خروجی كاواك را به يك مخزن خالی گاز با فشار كمتر از مخزن ورودی متصل كنيم . توجه شود كه بايد مسير جريان گاز در طول لوله از آند به كاتد باشد تا تخليه الكتريكی هم مسير با عبور جريان انجام شود . لوله هايی كه مخزن گاز و پمپ خلا را به ليزر متصل می كنند بايد انعطاف پذير باشند . محل اتصال لوله ها به ليزر بايد كاملا عايق بندی شود تا هيچ گونه نشت به بيرون نداشته باشد و باعث افت فشار نشود .

تيوپ ليزر

مهم‌ترين قسمت ليزر co2 تیوپ آن می باشد . تيوپ های ليزر را معمولاً از جنس لوله تخليه پلاسما يا از جنس شيشه می سازند . اما كاواك های شيشه ای متداول تر هستند زيرا دسترسی و ساخت آنها آسان تر است . بهترين شيشه به منظور ساخت كاواک ليزر ، شیشه پیرکس نسوز است كه در مقابل تغيير دما مقاومت بالايی دارد . چرا كه سامانه ليزر با توليد گرمای زيادی همراه است. با توجه به طرح ساخت ، طول تيوپ ليزر را 45 سانتی متر و قطر مقطع آن را 2.5 سانتی متر در نظر می گيريم . جهت اتصال لوله های ورودی و خروجی گاز ، دو سوراخ در قسمت‌های ابتدا و انتهای تيوپ ليزر تعبيه می كنيم يا اينكه تيوپ را به هنگام ساخت به گونه ای می سازيم كه قابليت اتصال دو لوله به ابتدا و انتهای آن وجود داشته باشد. تيوپ ليزر ابتدا در يك لوله شيشه ای بزرگ‌تر كه همان لوله سيستم خنك كننده است قرار می گيرد و سپس بر رويه پايه های نگه دارنه ليزر محكم می شود.

با گذشت لحظه ، لحظه هاي زمان، جهان ديگر همان جهان قبلي نيست، با توجه به تحقيقات وسيع علمي كه در اقسي نقاط جهان در حال انجام است، جهان جديد، جهاني بسيار پيشرفته تر از چند لحظه قبل است. با توجه به اين شرايط، ابزار آلات و وسايل مورد استفاده بشر نيز مطابق با اين وضعيت در حال پيشرفت است.
امروزه از آنجايي كه همه تلاشهاي محققان بر اين رابطه استوار است تا مرزها را بشكنند و صرفه جويي در زمان نمايند؛ لذا تحقيقات بر روي وسايل راديويي و كنترل از راه دور با سرعت بي سابقه اي در حال انجام است، مهمتر از همه، كاربردهاي بسيار زياد اين تكنولوژي در عرصه هاي نظامي باعث آن شده تا دولتها سرمايه گذاري هاي عظيمي را در اين بخش انجام دهند ، شايد ديده نشدن اين امواج توسط چشم مصلحتي بوده است از طرف خداوند ، چرا كه در غير اينصورت چشم ها از ديدن اينهمه تجمع امواج پيرامون خويش متحيّر مي شدند، همانطوري كه واضح است اين تشعشعات راديويي، ساتع شده از دستگاههاي الكتريكي و ديجيتالي و كنترلي، خواه ناخواه با موجودات زنده برخورد فيزيكي خواهند داشت و بقول اسلوس(محقق قرن شانزدهم ميلادي):
"هر ماده اي كه قابليت تاثير بر فرآيندهاي بيولوژيك را داشته باشد هم مي تواند مفيد باشد و هم مضر"
برخي از اين امواج بقدري قوي هستند كه حتي مي توانند از ديواره هاي بسيار ضخيم بتوني چند متري هم عبور كنند چه رسد به بدن موجودات زنده كه از بافتهاي نرم ، تشكيل شده اند؛ اين تشعشعات اگر بطور مستمر و دائم حتي با نيروي خيلي ضعيف هم باشند به احتمال قوي ممكن است باعث ايجاد اثرات منفي در موجودات شوند.
البته امواج الكترومغناطيس چيز تازه اي نيست؛ فقط سرعت استفاده از آن بسيار بالاست. موجودات از ديرباز با اين امواج البته بصورت طبيعي سروكار داشته اند، جاذبه زمين ، جاذبه ديگر كرات و ميدانهاي مغناطيسي كوههاي عظيم، در برخي نقاط جهان و مهمتر از همه مثلث برمودا و غيره ؛ از اين قبيل بوده اند، اما مسئله اي كه اينجا مطرح اين است كه اين امواج طبيعي شايد بعلت برنامه ريزي دقيقشان، آسيب ها و ضررهايشان نيز حساب شده باشد و تاثيرات مهمي در حفظ چرخه عمر موجودات داشته باشند.
در قرآن كريم داريم؛ خداوند از خلقت آسمانها و زمين با ستونهاي نامرئي خبر داده است ، كه مسلما اين ستونها همان امواج يا بقولي نيروهاي الكترومغناطيس هستند كه بصورت فوق العاده منظم طراحي و تنظيم شده اند يا در سوره "يس" آيه 29 در رابطه با توصيف آخروالزمان داريم، كه خداوند مي فرمايند " ان كانت صيحه واحده فاذا هم خمدون" يعني " نيست عقوبتشان جز يك صيحه عذاب آسماني كه به ناگاه همه هلاك شوند" ، آنطوري كه اكنون براي ما قابل درك است اين است كه ، اين صيحه مي تواند نوعي از امواج الكترومغناطيس بصورت راديويي يا ماكرويوي البته با پالسهاي بسيار شديد و تند باشد.
كمي بعد از جنگ جهاني دوم آلمان غربي با ابراز تاسف از اينكه مردم منطقه اي در يكي از كوهستانهاي دورافتاده فاقد برق و تلويزيون هستند ، بلافاصله براي آنها برق و تلويزيون فراهم كردند، قبل از ورود برق به اين منطقه اهالي داراي بيشترين طول عمر در كره زمين بودند، اما 10 سال پس از اين ماجرا اهالي از بيماريهاي ريوي ، قلبي ، كليوي ، اعصاب و انواع سرطانها تلف مي شدند.
بسياري از محققان در زمينه طول عمر؛ سمت و سوي تحقيقات خود را به اين طرف سوق دادند و با جديت بيشتري اين اثرات را مورد كنكاش قرار داده اند...

خواص نور

نخستين مسئله اي مهم جلوه مي كرد اين بود كه نور چيست؟ از آنجاييكه عامل ديدن بود و در تاريكي چيزي ديده نمي شد، سئوال اين بود كه نور چيست؟ چرا مي بينيم و نور چگونه و توسط چه چيرزي توليد مي شود؟ بالاخره اين نظريه پيروز شد كه نور توسط اجسام منير نظير خورشيد و مشعل توليد مي شود. بعد از آن مسئله انعكاس نور مورد توجه قرار گرفت و اينكه چرا برخي از اجسام بهتر از ساير اجسام نور را باز تابش مي كنند؟ چرا نور از برخي اجسام عبور مي كند و از برخي ديگر عبور نمي كند؟ چرا نور علاوه بر آنكه سبب ديدن است موجب گرم شدن نيز مي شود؟ نور چگونه منتقل مي شود؟ سرعت آن چقدر است؟ و سرانجام ماهيت نور و نحوه ي انتقال آن چيست؟

نخستين آزمايش مهم نور توسط نيوتن در سال 1666 انجام شد. وي يك دسته اشعه نور خورشيد را كه از شكاف باريكي وارد اتاق تاريكي شده بود، بطور مايل بر وجه يك منشور شيشه اي مثلث القاعده اي تابانيد. اين دسته هنگام ورود در شيشه منحرف شد و سپس هنگام خروج از وجه دوم منشور باز هم در همان جهت منحرف شد.

نيوتن دسته اشعه خارج شده را بر يك پرده سفيد انداخت. وي مشاهده كرد كه به جاي تشكيل يك لكه سفيد نور، دسته اشعه در نوار رنگيني كه به ترتيب مركب از رنگهاي سرخ، نارنجي، زرد، سبز، آبي و بنفش است پراكنده شده است. نوار رنگيني را كه از مولفه هاي نور تشكيل مي شود، طيف مي نامند.