تبلیغات
علم و دانش - مطالب انرژی ها(فیزیک)
آموختن علم و دانش بیشتر

نسبیت و رابطه ی جرم با انرژی

تاریخ:دوشنبه 16 دی 1392-11:31

دردنیای نیوتنی ، یک خط کش درهرجای عالم که باشد طولش فرقی نمی کند.دردنیای انیشتین این خط کش هرچه سریعترحرکت کند کوتاهترمی شود.یعنی این جا دیگرفضاوفاصله ی مطلق درکارنیست.فضاوزمان که دچاراین تغییرات باشند، آن وقت هرچیزی هم که با میله ی متر   یا باساعت اندازه گیری می کنیم، ازجمله هرشکلی ازجرم وانرژی ، ناگزیرتغییرمی کند.

فقط باچند خط محاسبه می شود معلوم کرد که جرم وانرژی چقدرتغییرمی کنند....

فقط باچند خط محاسبه می شود معلوم کرد که جرم وانرژی چقدرتغییرمی کنند.این محاسبات انیشتین رابه رابطه ی E=mc2  رساند، که شاید معروف ترین معادله درقلمروعلم باشد.این معادله بیان کننده ی رابطه ای است که به واسطه ی سرعت نور (c )، میان انرژی ( E ) وجرم (m ) برقراراست.                            E=mc2 

چون C2 یعنی سرعت نور، عدد فوق العاده بزرگی است. (    9  *  1016  )،هرمقداربسیارکمی ازماده ممکن است به انرژی فوق العاده زیادی تبدیل شود.

وقتی هسته ی یک اتم اورانیم235 بشکافد تقریبا یک دهم درصدازجرمش کم می شود..معنی  اش این است که تقریبا یک هزارم جرم این هسته به انرژی تبدیل می شود.حالا می توانید حساب کنید که اگریک کیلوگرم اورانیم فقط یک گرمش تماما قابل تبدیل باشدچه انرژی وحشتناکی آزادمی شود.مانندآنچه دربمب اتمی اتفاق می افتد.


حتماً چیزهایی راجع به انرژی هسته ای ... بمب اتمی ... غنی سازی ... شنیده اید... در واقع همه چیز از قانون  تبدیل جرم به انرژی انیشتین یعنی همان E=mc2 شروع می شود. معادله ای که می‌گوید اگر جرمی حدود یک هزارم گرم را به انرژی تبدیل کنیم؛ مقدار انرژی بدست آمده چیزی در حدود 9 هزار میلیون میلیون ژول خواهد بود!  در واقع رابطه انیشتین یک رابطه جهانی است یعنی درمورد هر جرمی که به انرژی تبدیل شود صادق است. اما موضوع مهم این است که معمولاً در واکنش های هسته جرم به انرژی تبدیل می‌شود.واکنش های هسته ای عمد تاً دو دسته اند: یک دسته شامل واکنش هایی اند که از آنها هسته یک اتم سنگین یعنی اتمی که تعداد پروتون و نوترونهای هسته های آنها زیاد است مثل اورانیم 235 به هسته اتمهای کوچکتری تقسیم شده و در حین این واکنش مقداری جرم به انرژی تبدیل می‌شود؛ مثل فرآیند مورد استفاده از بمب های اتمی.


دسته دیگر، دسته ای از واکنش‌ها هستند که در آنها حین ترکیب هسته، دو اتم سبک مثلاً هیدروژن پس از همجوشی با هم به هلیوم تبدیل شده و باز هم مقداری جرم کم می‌شود .

در واپاشی اورانیم 235... درصد یافتن این ایزوتوپ در بین اورانیم های موجود در طبیعت بسیار کم است. بیشتر اورانیم های موجود در طبیعت اورانیم 238 هستند ( حتماً می‌دانید که این عددها 235.. یا 238 جرم اتمی اورانیم مورد نظر است ) برای استفاده از اورانیم ناخالص موجود باید آنها را خالص کرد و درصد اورانیم 235 در آن را بالا برد به این عمل غنی سازی گفته می‌شود .

نسبیت درزندگی ما :

 خورشید وستاره ها ، کوره های عظیم هسته ای می باشند که اگرازکاربیفتند کل عالم ناگهان تیره وسردخواهندشد وزندگی را غیرممکن خواهدکرد.بی نسبیت (E=mc2 ) زمین به گوی سرد وجامدی تبدیل می شود.



نوع مطلب : انرژی ها(فیزیک) 

داغ کن - کلوب دات کام
لطفا نظر بدهید.() 

زباله ها وراه های دفع آن

تاریخ:چهارشنبه 23 مرداد 1392-18:46

حتما شما هم این تقاضای یکسان والدین را شنیده اید که «لطفا زباله را بیرون بگذار» تصمیم اینکه باید با زباله چه کار بکنید، یک مشکل جدید نیست. مردم همیشه با زباله ها مشکل داشته اند. دولت یونان، اولین زباله دانی شهری را بیشتر از 2500 سال قبل افتتاح کرد. در طی قرون وسطی، ساکنان شهری اروپا، زباله های خود را خارج از خانه و در خیابان می ریختند و نمی دانستند که بسیاری از بیماری ها توسط شرایط آلوده محیط ایجاد می شود. در اواخر سال های 1700 میلادی یک گزارش در انگلستان بیماری ها را به دفع غیر بهداشتی زباله ارتباط داد. زمانی که بهداشت شروع شد، مردم شروع به جمع  کردن زباله  از خیابان ها و نهرهای عمومی کردند. قبل از سال های 1800 میلادی، اروپایی ها زباله های خود را می سوزاندند و انرژی ناشی از آن را برای تولید الکتریسیته استفاده می کردند. اما موقعیت در این طرف اقیانوس اطلس کمی متفاوت بود، آمریکایی ها زباله های خود را در یک زباله دانی خارج از شهر می ریختند و از یک زباله دانی، تا زمانی که پر شود استفاده می کردند و سپس از مکان دیگری استفاده می کردند. زمانی که جمعیت آمریکا زیاد شد و مردم از زمین ها برای کشاورزی استفاده کردند، مقدار زباله ها زیاد  شد. اما روش خلاص شدن از زباله هنوز پیشرفت نکرده بود و به کار خود(ریختن اشغال در زباله دانی) ادامه می دادند. امروزه حدود 55 درصد زباله  های ما خارج از شهر و در محل های دفن زباله  بهداشتی دفن می شود. امروزه از پنج روش برای دفع زباله استفاده می شود اما هیچ یک از روش های دفع زباله به تنهایی برای همه شرایط گوناگون مناسب نیستند. انتخاب یک روش خاص بر اثر عوامل محلی مانند هزینه و در دسترس بودن زمین و کارگر تعیین می شود. در مطلب زیر که برگرفته از سایت آفتاب است روش های اصلی دفع زباله همراه با معایبو مزایای آنها آمده است.
1) تل انبار کردن(Dumping): در این روش زباله ها در مناطق دارای زمین های پست تل انبار می شوند، بخشی از این کار برای بازیافت زمین است ولی بخش عمده  آن به عنوان روشی است برای دفع زباله های خشک. در نتیجه عمل میکروب ها حجم زباله ها به اندازه ای قابل توجه کاهش یافته و زمین از نو برای کشت آماده می شود. نقطه ضعف های تل انبار کردن زباله عبارت است از: زباله در معرض مگس ها و موش ها قرار می گیرد، منبع ایجاد بوهای مزاحم و مناظر ناپسند می شود، زباله های سبک در نتیجه باد به اطراف پراکنده می شود و زه کشی شیرابه  تل انبار باعث آلوده کردن آب های سطحی و زیرزمینی می شود. یک کمیته WHO(در سال 1967) تل انبار کردن زباله را به عنوان غیر بهداشتی ترین روشی که موجب خطرهای بهداشت همگانی، مزاحمت و آلودگی شدید محیط زیست می شود، محکوم کرده است. باید تل انبار کردن زباله غیر قانونی اعلام و به جای آن روش های معتبر به کار گرفته شود.
2) دفن بهداشتی زباله: در جاهایی که زمین مناسب در دسترس باشد، دفن بهداشتی زباله بهترین روش دفع زباله است. این کار با تل انبار کردن عادی تفاوت دارد، از این قرار; مواد زباله در خندق ها یا جاهای از پیش فراهم شده ریخته، و به اندازه کافی کوبیده و روی آنها در پایان کار روزانه با خاک پوشانیده می شود. اصطلاح دفن بهداشتی تغییر یافته برای کارهایی به کار برده می شود که عمل کوبیدن و پوشانیدن زباله یک یا 2 بار در هفته انجام می گیرد. این عملیات به 3 نوع انجام می شود:
الف) روش خندق(Methob Trench): هر جا که زمین مسطح در دسترس باشد به طور معمول روش خندق انتخاب می شود. برای این کار خندقی دراز(به ژرفای
2 تا 3 متر و پهنای 3 تا 10 متر) کنده می شود(برحسب شرایط محیط) و زباله ها در آن ریخته و کوبیده و با خاک بیرون آورده شده روی آنها پوشانیده می شود. در هر جا که زباله به صورت فشرده در خندق ریخته شود اگر ژرفای آن 2 متر باشد یک آکر زمین برای هر 10 هزار نفر جمعیت درسال لازم خواهد بود.
ب) روش سطح شیب دار(Methob Rame): در هر جا که زمین شیب ملایم داشته باشد این روش مناسب است. برای اطمینان از پوشانده شدن زباله ها کمی حفاری هم انجام می شود.
ج) روش تسطیح زمین: این روش برای پر کردن گودال های زمین، چاله های خاک رس و جای معادن متروک به کار گرفته می شود، زباله ها تا ژرفای
2 تا 2/5 متری انبار، فشرده، و سفت می شوند و به صورت لایه های یک نواخت در می آیند، سطح بیرونی هر لایه با حداقل 30 سانتیمتر گل پوشانده می شود. این کار زباله ها را از دسترسی مگس و جوندگان جلوگیری می کند و مزاحمت ناشی از بو و گرد و غبار را هم فرو می نشاند. عیب این روش آن است که مستلزم خاک اضافی از منابع بیرون از محل است. در زباله های دفن شده دگرگونی های شیمیایی، میکروب شناختی و فیزیکی روی می دهد، گرمای زباله ها در مدت هفت  روز تا شصت درجه صد قسمتی افزایش می یابد و همه عوامل بیماری زا را می کشد و فرآیند تجزیه را شتاب می بخشد، سپس 2 تا 3 هفته طول می کشد تا خنک شود و به طور عادی تجزیه کامل موادآلی به توده بی ضرر تا شش ماه وقت می گیرد. نباید زباله ها در آب تخلیه شوند زیرا موجب بوهای ناراحت کننده ای می شود که از تجزیه مواد آلی بر می خیزد. روش دفن بهداشتی یا تخلیه کنترل شده با مکانیزاسیون متحول شده است. کارهای مربوط به پخش، مرتب کردن و خاک ریختن روی زباله ها را اینک بولدوزرها انجام می دهند.
3) سوزاندن زباله: زباله ها را می توان به وسیله آتش  زدن یا سوزاندن دفع بهداشتی کرد. هر جا که زمین مناسب در دسترس نباشد این کار روش انتخابی است. بهتر است زباله های بیمارستانی را که خطرهای ویژه ای دارند با سوزاندن دفع کرد. در چند کشور صنعتی و به خصوص در شهرهای بزرگ که زمین مناسب ندارند زباله از راه سوزاندن دفع می شود ولی در کشورهای رو به پیشرفت مانند هندوستان زباله سوزی روش مقبولی نیست زیرا زباله دارای مقادیری خاکستر است که عمل آتش  زدن را دشوار می سازد و لازم است نخست خاک و خاکستر از آن جدا شود که همه اینها نیازمند هزینه سنگین و سرمایه گذاری است که به مشکلات شهرداری در مورد سوزاندن زباله افزوده می شود. گذشته از این سوزاندن زباله در جامعه هایی که نیاز بسیار به کود دارند یک نوع خسارت به جامعه است و از این رو در کشورهای رو به پیشرفت مانند هندوستان سوزاندن زباله کاربرد محدود دارد.
4) تهیه کود: تهیه کود روشی مرکب از دفع آش خال شهری و کود انسانی یا لجن است و شامل یک  فرآیند طبیعی است که در آن در اثر عمل باکتری ها مواد آلی شکسته شده و یک ماده آلی پوسیده(گیاخاک Humus) و نسبتا پایدار به دست می آید که آن را کمپوست Compost می نامند و برای تقویت خاک ارزش قابل ملاحظه ای دارد. محصولات فرعی آن دی اکسید کربن، آب و گرما است. گرما به هنگام تجزیه ایجاد می شود و به شصت درجه صد قسمتی و بیشتر می رسد و چند روز به درازا می کشد و در این مدت تخم و لارو مگس ها، عوامل بیماری زا و بذر گیاهان را نابود می کند. فرآورده های پایانی یا کمپوست یا عامل زنده بیماری زا ندارد و یا بسیار کم دارد و یک تقویت کننده خوب خاک است که دارای مقادیری کم از مواد اصلی مغذی گیاهان مانند نیترات ها و فسفات ها است. اکنون دو روش برای تهیه کمپوست به کار گرفته می شود که به شرح زیر می باشد:
الف) روش بی هوازی یا فرآیند تخمیرداغ: در نتیجه پژوهش های انجام شده زیر نظر انجمن کشاورزی هندوستان، در موسسه علوم هندوستان در شهر بنگالور یک دستگاه تهیه کمپوست به طریقه بی هوازی ساخته شده که به نام روش بنگالور(فرآیند تخمیر داغ) معروف است: این روش به عنوان یک روش مطلوب برای دفع زباله و مدفوع شهرها توصیه می شود. برای این کار بسته به مقدار زباله و مدفوع که باید دفع شود گودال هایی به عمق
90 سانتیمتر و پهنای 1/5 تا 2/5 متر و درازای 4/5 تا 10 متر کنده می شود. ژرفای بیش از 90 سانتیمتر توصیه نمی شود چون موجب کندی تجزیه می شود. این گودال ها در فاصله ای که کمتر از 800 متر با محدوده شهر نباشد کنده می شود. فرآیند کود کردن در آنها از این قرار است: نخست لایه ای از زباله به کلفتی نزدیک به پانزده سانتیمتر در کف گودال پخش می کنند و روی این لایه به کلفتی پنج سانتیمتر مدفوع می ریزند سپس به تناوب لایه هایی به کلفتی پانزده سانتیمتر زباله و پنج سانتیمتر کود انسانی می افزایند تا به سطحی سی سانتیمتر بالاتر از سطح زمین برسد. باید لایه  بالایی به کلفتی حداقل 25 سانتیمتر از زباله باشد. سپس خاک کنده  شده را برروی زباله بالایی می ریزند و آن را می پوشانند. در صورتی که کار به درستی انجام شود به هنگام راه  رفتن انسان بر بالای توده کمپوست نباید پای او فرو برود. در نتیجه عمل باکتری ها در مدت هفت روز گرمای قابل ملاحظه(بیش از 60 درجه 100 قسمتی) در توده کمپوست ایجاد می شود. این گرمای شدید که 2 تا 3 هفته ادامه می یابد موجب تجزیه زباله و مدفوع می شود و همه خرده زیست مندهای بیماری زا و انگلی را نابود می کند. در پایان چهار تا شش ماه، کار تجزیه مدفوع و زباله تکمیل شده و کود حاصله ماده ای است کاملا تجزیه شده، و بدون بو و بی ضرر که ارزش کودی آن بسیار و برای به کار بردن روی زمین آماده است. کمیته بهداشت محیط زیست(در سال 1949) روش تهیه کود را برای شهرداری هایی که بیش از 100 هزار نفر جمعیت دارند توصیه نمی کند. شهرداری های بزرگ تر باید برای حمل فضولات انسانی، گنداب رو زیرزمینی بسازند.
ب) کودسازی به روش مکانیکی: روش دیگر ساختن کود که به  روش مکانیکی شناخته می شود، پذیرفتنی و مقبول شده است. در این روش به وسیله فرآیند کردن مواد خام و تبدیل آنها به فرآورده نهایی کود در واقع به مقیاس گسترده ساخته می شود. نخست زباله از مواد خطرناک مانند استخوان، فلز، شیشه، کهنه پاره و موادی که احتمالا با عملیات خرد کردن تداخل می کنند، پاک می شود. سپس به وسیله یک دستگاه خردکننده، خرد می شوند تا اندازه اجزا» آن به کمتر از
2 اینچ کاهش یابد. زباله خرده شده سپس با هرز آب، لجن یا مدفوع در یک دستگاه هم زن، مخلوط و روی هم جمع می شود. عواملی که باید در این عملیات کنترل شوند عبارتند از: نسبت کربن به ازت، گرما، رطوبت، pH و هوادهی. همه عملیات فراهم کردن کود در مدت 4 تا 6 هفته کامل می شود. این روش تهیه کود در کشورهایی مانند آلمان، سوئیس و هلند متداول است.
5) چاله های کود: در مناطق روستایی کشورهای رو به پیشرفت دستگاهی برای گرد آوری و دفع زباله در کار نیست و زباله ها در پیرامون خانه ها پراکنده و موجب آلودگی شدید خاک می شوند. این مشکل را می توان با حفر چاله های کود برای هر یک از خانوارها حل کرد. پس مانده های خوراک، کود دام ها، برگ درختان و نی و حصیر را باید در این چاله ها ریخت و در پایان روز روی آنها خاک اضافه کرد. از این چاله ها 2 عدد لازم است که پس از پر شدن و بستن سر یکی از آنها آن دیگری به کار گرفته شود. در مدت 5 تا 6 ماه زباله در چاله تبدیل به کود می شود و می توان آن را به مزرعه برد. در جوامع روستایی این روش دفع زباله کارساز و نسبتا ساده است.
6) دفن کردن: این روش برای اردوگاه های کوچک مناسب است. گودالی به پهنای 1/5 متر و ژرفای 2 متر کنده می شود و در پایان هر روز روی زباله ها را با 20 تا 30 سانتیمتر خاک می پوشانند. هنگامی که سطح پر شده گودال نزدیک به 40 سانتیمتری زمین رسد که آن را با خاک پر و فشرده می کنند، و گودال تازه ای می کنند، پس از 4 تا 6 ماه می توان کود را از گودال بیرون آورده و در مزرعه به کار برد. اگر به ازا» هر 200 نفر یک متر درازا برای گودال در نظر گرفته شود، پس از یک هفته پر خواهد شد.

نوع مطلب : انرژی ها(فیزیک) 

داغ کن - کلوب دات کام
لطفا نظر بدهید.() 

منابع آینده زمین

تاریخ:پنجشنبه 6 مهر 1391-14:25

روش‌هایی عجیب برای تولید انرژی مورد نیاز آیندگان در راه است.

منابع ‌آینده انرژی

جام جم آنلاین: تلاش برای دستیابی به منابع جدید تولید انرژی به یك حركت جهانی تبدیل شده است. در این میان ایده‌های عجیب زیادی نیز مطرح می‌شوند كه شاید هیچ‌گاه به واقعیت نپیوندند، اما اگر هر یك از آنها درست از آب در آیند به جرأت می‌توان گفت امنیت تولید انرژی تا حد چشمگیری بهبود پیدا می‌كند.
منابع آینده انرژی
اگر سری به آزمایشگاه‌های پیشرفته سراسر جهان بزنیم شمار زیادی از دانشمندان را می‌بینیم كه روی این مقوله كار می‌كنند. تلاش آنها از ارزش و اهمیت بالایی برخوردار است و استقبال خوبی در محافل علمی سراسر جهان از آنها می‌شود. با این حال تاكنون اتفاق چندان خبرسازی روی نداده است. آنچه در این میان از اهمیت خاصی برخوردار است لزوم ارائه ابتكار عمل‌ها و خلاقیت‌هایی است كه بازی پر فراز و نشیب تولید انرژی به روش‌های نو را به سرانجامی مناسب برسانند. برخی از این ایده‌ها در نوع خود بسیار خیالپردازانه و دور از دسترس به نظر می‌رسند.

ماهواره‌هایی كه پرتوهای خورشیدی را به سمت زمین منعكس می‌كنند یا توربین‌های بادی معلق در آسمان كه در ارتفاع زیادی از سطح زمین پرواز می‌كنند، به گردش در می‌آیند و الكتریسیته تولید می‌كنند از جمله این ایده‌های رویایی به شمار می‌آیند.

تولید برق از همجوشی هسته‌ای

فیزیكدانان و مهندسان دهه‌هاست روی ایده مهمی همچون تولید انرژی از همجوشی هسته‌ای كار می‌كنند. این همان فرآیندی است كه در قلب خورشید روی می‌دهد و به آزادسازی مقادیر عظیمی از انرژی منجر می‌شود، اما مشكل بزرگی وجود دارد كه موجب شده تاكنون این ایده در مقیاس كلان و به عنوان شیوه‌ای مؤثر برای تولید انرژی به كار گرفته نشود.

این تكنیك باید به گونه‌ای اجرا شود كه واكنش‌های انجام شده بیش از میزان انرژی كه برای ایجادشان صرف می‌شود، انرژی تولید كنند یا به عبارتی، از بعد انرژیكی توجیه منطقی داشته باشند.

دانشمندان تأسیسات ملی احتراق در لیورمور كالیفرنیا با ایده جدیدی برای استفاده از این روش خارق‌العاده تولید انرژی به میدان آمده‌اند. آنها قصد دارند از همجوشی هسته‌‌‌ای برای انجام عمل شكافت اتمی استفاده كنند. در این رهگذر انرژی هنگفتی آزاد می‌شود كه با استفاده از آن می‌توان رآكتورهای هسته‌ای رایج را راه‌اندازی كرد. ادوارد موسز، مدیر این پروژه می‌گوید می‌توان خوشبین بود كه تا 20 سال آینده نخستین تاسیسات آزمایشی تولید برق مبتنی بر این روش راه‌اندازی شود.

در این طرح كه خیلی‌ها آن را فراتر از زمان خود ارزیابی‌ می‌كنند، پالس‌های لیزری باعث آغاز واكنش‌های همجوشی ضعیفی در مركز محفظه احتراق هسته‌ای می‌گردد و علاوه بر تولید انرژی مختصری در مقایسه با انرژی نهایی تولید شده در رآكتور، موجی از نوترون‌های آزاد را منتشر می‌سازد. تشعشع نوترونی باعث آغاز فرآیند شكافت هسته‌ای در پوششی از اورانیوم یا هر سوخت هسته‌ای دیگری خواهد شد كه چون تیوپی، محفظه اصلی را در بر گرفته است. انرژی حاصل از شكافت هسته‌ای در این طرح حدودا 4 برابر انرژی حاصل از همجوشی هسته‌ای خواهد بود.

تولید بنزین از خورشید

خورشید، بزرگ‌ترین منبع تولید انرژی است كه ما در نزدیكی خود می‌شناسیم. یك ساعت انرژی تولید شده در خورشید، فراتر از نیاز تمام جمعیت زمین در مدت یك سال است. حالا اگر دانشمندان بتوانند راهی پیدا كنند كه تنها مقادیر اندكی از این میزان انرژی را به سوخت مایع تبدیل كنند وابستگی‌مان به سوخت‌های فسیلی از بین رفته و به دنبال آن توسعه سیستم حمل و نقل با سرعت بیشتری دنبال می‌شود. در عین حال مشكلات زیست‌محیطی ناشی از استفاده از سوخت‌های فسیلی نیز از میان خواهد رفت. اما چگونه؟

ناتران لویس، مدیر مركز فتوسنتز مصنوعی انستیتو فناوری كالیفرنیا می‌گوید: احتمالا سوخت‌های شیمیایی كلید اصلی این تغییر خواهند بود به شرط آن كه بتوان آنها را مستقیم و با قیمتی ارزان از انرژی خورشیدی تولید كرد. در آزمایشگاه‌های ملی ساندیا در آمریكا اقدامات جالب توجهی صورت گرفته است.

نكته: اگر دانشمندان بتوانند راهی پیدا كنند كه تنها مقادیر اندكی از انرژی خورشیدی را به سوخت مایع تبدیل كنند وابستگی‌مان به سوخت‌های فسیلی از بین رفته و مشكلات زیست‌محیطی ناشی از استفاده از سوخت‌های فسیلی نیز از میان برداشته خواهد شد

محققان این مركز بشقابی به عرض 6 متر را كه پوشیده از آینه است، در قلب نیومكزیكو كار گذاشته‌اند. این بشقاب بزرگ پرتوهای خورشیدی را روی سیلندری نیم متری متمركز می‌كند كه شباهت زیادی به یك بشكه كوچك دارد. آینه‌هایی كه در این بشقاب قرار دارند، نور خورشید را روی یك سری حلقه‌های متقارن متحدالمركز ـ كه هر دقیقه یك بار می‌چرخند ـ منعكس می‌كنند. در این حلقه‌ها دندانه‌هایی از جنس اكسید آهن (زنگ آهن) یا اكسید سریم (cerium) وجود دارد كه تا 1500 درجه سلیسیوس داغ می‌شوند. این گرمای قابل توجه، اكسیژن را از زنگ آهن خارج می‌كند و باعث تركیب آن با بخار آب و هوای ورودی می‌شود. همزمان كه این دندانه‌ها ضمن چرخش و ورود به بخش تاریك سیلندر بتدریج خنك می‌شوند عملیات اكسیداسیون آغاز می‌شود و اكسیژن مجدد به بافت آهنی باز می‌گردد كه در نتیجه آن مقادیری منوكسیدكربن یا هیدروژن داغ و غنی از انرژی برجای می‌ماند.

تركیب یاد شده با عنوان گاز تركیبی شناخته می‌شود كه اساس مولكولی تولید سوخت‌های فسیلی، مواد شیمیایی و حتی پلاستیك‌ها نیز به شمار می‌آید. این فرآیند در زمان تولید مقادیر زیادی دی‌اكسیدكربن از اتمسفر زمین جذب می‌نماید و سوخت تولیدی در زمان سوختن، همان مقدار را آزاد می‌كند.

برخی دانشمندان این روش تولید سوخت از نور خورشید را به زدن چهار هدف با یك تیر تشبیه می‌كنند؛ منبع سوخت پاك، امنیت بیشتر در تولید انرژی، كاهش دی اكسید كربن تولیدی و تغییرات جوی به مراتب كمتر. این ایده جدید تولید سوخت مصنوعی مورد توجه دانشمندان زیادی در سراسر جهان قرار گرفته است.

محققان انستیتو فناوری فدرال سوئیس در زوریخ و دانشگاه مینه‌سوتا از جمله گروه‌های تحت تاثیر قرار گرفته هستند كه هم اكنون روی طراحی و ساخت ماشین‌آلاتی كه با استفاده از نور خورشید سوخت و بنزین تولید می‌كنند، كار می‌كنند.

سلول‌های خورشیدی كوانتومی

امروزه سلول‌های خورشیدی كه در مقیاس تجاری تولید می‌شوند. در بهترین حالت ممكن تنها 10 تا 15 درصد از انرژی خورشیدی دریافت شده را به جریان الكتریكی تبدیل می‌كنند. به همین دلیل است كه این سلول‌ها معمولا قیمت گزافی دارند و برقی كه به این ترتیب نیز تولید می‌شود قیمت تمام شده بالایی خواهد داشت. یكی از مهم‌ترین دلایل پایین بودن بازده كاری چنین سلول‌هایی این است كه تك لایه سیلیكون جذب‌كننده نور نهایتا بازده 31 درصدی دارند.

البته این رقم از بعد نظری مطرح می‌شود و زمانی كه نوبت به انجام آزمایش‌های عملی می‌رسد، می‌بینیم بازده مورد نظر نهایتا 26 درصد است.

بتازگی تحقیقاتی در زمینه كریستال‌های نیمه هادی یا همان نقاط كوانتومی انجام شده كه با استفاده از نتایج آنها می‌توان بازده كاری این سلول‌ها را از بعد نظری به 61درصد نیز رساند كه این به معنای هموار شدن راه برای تولید برق بیشتر و ارزان‌قیمت‌تر از طریق سلول‌های خورشیدی است. در سلول‌های خورشیدی فعلی، فوتون‌های نوری كه به سلول‌های خورشیدی می‌رسند با تحریك الكترون‌ ناپایدار و افزایش انرژی درونی آنها زمینه كند شدن و فرار الكترون‌ها را فراهم می‌كنند.

الكترون‌های آزاد هم تحت‌تاثیر اختلاف ولتاژ در یك رشته سیم جریان پیدا كرده و راهی دستگاه مصرف‌كننده برقی می‌شوند، اما نكته اینجاست كه برخی الكترون‌ها بیش از آنچه برای رهایی از جاذبه اتمی انرژی لازم است، گرما از فوتون‌های خورشیدی دریافت می‌كنند. این الكترون‌های داغ،‌ انرژی مازاد خود را به محض رهایی از چنگال هسته اتم به صورت گرما آزاد می‌كنند.

حالا ایده جدیدی مطرح ‌شده است كه اگر انرژی مازاد الكترون‌های داغ را بتوان به نوعی پیش از آن كه سرد شوند مورد استفاده قرار داد، بازده كاری صفحات خورشیدی دوبرابر خواهد شد. یك راه‌حل منطقی برای استفاده از این انرژی مازاد، كاهش سرعت سرد شدن الكترون‌هاست. به این ترتیب زمان كافی برای این‌كه انرژی گرمایی آنها را به دام بیندازیم، در اختیار خواهیم داشت. محققان این ایده را كاربردی و منطقی می‌دانند و معتقدند سال‌های آینده و با تكیه بر چنین ایده‌ای می‌توان به افزایش تولید برق خورشیدی آن هم با قیمت تمام شده پایین‌تر امیدوار بود.


نوع مطلب : انرژی ها(فیزیک) 

داغ کن - کلوب دات کام
لطفا نظر بدهید() 

سوخت هیدروژن

تاریخ:پنجشنبه 6 مهر 1391-14:05

hydrogen

امروزه گاز هیدروژن برای استفاده در موتورهای احتراقی و وسایل نقلیه الكتریكی باتری‌دار مورد بررسی قرار گرفته است. هیدروژن در دما و فشار طبیعی، یك گاز است و به این علت، انتقال و ذخیره آن از سوخت های مایع دیگر، دشوارتر است. سامانه ‌هایی كه برای ذخیره هیدروژن توسعه یافته‌اند، عبارتند از:

هیدروژن فشرده، هیدروژن مایع و پیوند شیمیایی میان هیدروژن و یك ماده ذخیره (برای مثال، هیدرید فلزات).

با این كه تاكنون هیچ سامانه حمل و نقل و توزیع مناسبی برای هیدروژن وجود نداشته، اما توانایی تولید این سوخت از مجموعه متنوعی از منابع و خصوصیت پاك سوز بودن آن، هیدروژن را به سوخت جانشین مناسبی تبدیل كرده است.
هیدروژن یکی از ساده‌ترین و سبك‌ترین سوخت های گازی است که در فشار اتمسفری و دمای جوی حالت گاز دارد. سوخت هیدروژن همان گاز خالص هیدروژن نیست، بلكه مقدار كمی اكسیژن و دیگر مواد را نیز با خود دارد. منابع تولید سوخت هیدروژن شامل گاز طبیعی ، زغال سنگ ، بنزین و الكل متیلیك هستند. فرآیند فتوسنتز در باكتری ها یا جلبك ها و یا شكافتن آب به دو عنصر هیدروژن و اكسیژن به كمك جریان الكتریسیته یا نور مستقیم خورشید از آب، روش های دیگری برای تولید هیدروژن هستند.
در صنعت و آزمایشگاه های شیمی، تولید هیدروژن به طور معمول با استفاده از دو روش شدنی است:

1- الكترولیز

2- تولید گاز مصنوعی از بازسازی بخار یا اكسیداسیون ناقص

در روش الكترولیز با استفاده از انرژی الكتریكی، مولكول‌های آب به هیدروژن و اكسیژن تجزیه می‌شوند. انرژی الكتریكی را می‌توان از هر منبع تولید الكتریسیته كه شامل سوخت های تجدید پذیر نیز می‌شوند، به دست آورد. وزارت نیروی آمریكا به این نتیجه رسیده است كه استفاده از روش الكترولیز برای تولید مقادیر زیاد هیدروژن در آینده مناسب نخواهد بود.
روش دیگر برای تولید گاز مصنوعی، بازسازی بخار گاز طبیعی است. در این روش، می‌توان از هیدروكربن‌های دیگر نیز به عنوان ذخایر تامین مواد استفاده كرد. برای نمونه، می‌توان زغال سنگ و دیگر مواد آلی (بیوماس) را به حالت گازی درآورد و آن را در فرآیند بازسازی بخار برای تولید هیدروژن به كار برد. از طرفی چون هیدروکربن های فسیلی محدود و رو به اتمام هستند، پس بهتر است دید خود را به سمت استفاده از منابع تجدید شونده معطوف کنیم.
گاز هیدروژن می تواند هم از منابع اولیه تجدید پذیر و هم از منابع تجدید ناپذیر تولید شود. امروزه تولید گاز هیدروژن از منابع تجدید پذیر به سرعت مراحل توسعه و رشد خود را می پیماید. این در حالی است که تولید گاز هیدروژن از منابع تجدید ناپذیر به ویژه منابع فسیلی به علت محدود بودن این منابع روز به روز کاهش می یابد.

گاز هیدروژن در اثر واکنش های تخمیری میکروارگانیسم های زنده، به ویژه باکتری ها و مخمرها روی بیوماس، تولید می‌شود. بیوماس از منابع اولیه تجدید پذیر است که از موادی مانند علوفه، ضایعات گیاهان و فضولات حیوانات به دست می آید. در روند تولید گاز هیدروژن، باکتری های بی هوازی با استفاده از پدیده تخمیر، مواد آلی و آب را به گاز هیدروژن تبدیل می کنند.

برای تولید هیدروژن به وسیله باکتری ها دو نوع تخمیر وجود دارد: یک نوع تخمیر نوری است که در آن به منبع نور نیاز است و نوع دیگر، تخمیر در تاریکی است که نیازی به نور ندارد. در این واکنش ها منابع کربنی زیادی استفاده می شود که همگی از بیوماس تامین می شوند.

در طبیعت میکروارگانیسم های بی هوازی در غیاب اکسیژن و با استفاده از پدیده تخمیر، گاز هیدروژن تولید می کنند، ولی مقدار این گاز از نظر کمی پایین است و از نظر اقتصادی برای مصارف صنعتی و خانگی و ... قابل توجیه نیست؛ از این رو باید با استفاده از روش هایی، بازده تولید گاز هیدروژن را افزایش داد. یکی از روش هایی که می توان بازده تولید گاز هیدروژن را بالا برد، تغییرات ژنتیک در ژنوم این باکتری ها با استفاده از روش های مهندسی ژنتیک و بیوتکنولوژی است. روش دیگر، استفاده از ترکیبی از باکتری های هوازی و بی هوازی در کنار هم است. در این روش چون باکتری های بی هوازی در فرآیند تخمیر تولید اسید های آلی می کنند، رفته رفته محیط واکنش اسیدی می شود و PH پایین می آید؛ از این رو تولید هیدروژن کاهش می یابد. ولی هنگامی که باکتری های هوازی در محیط باشند، از اسید های آلی استفاده و آنها از محیط خارج می کنند؛ در نتیجه راندمان تولید گاز هیدروژن بالا می رود.

تحقیق و توسعه

وزارت نیروی آمریكا برای توسعه استفاده از هیدروژن دو برنامه اصلی را دنبال می‌كند که یکی برنامه هیدروژن وزارت نیرو و دیگری شبكه اطلاعاتی تكنولوژی‌های هیدروژن است. هیدروژن، سومین انرژی فراوان بر روی سطح زمین است. همان طور كه به صورت ابتدایی در آب و تركیبات آلی یافت می شود. هیدروژن از هیدروكربن ها یا آب به دست می آید و هنگامی كه به عنوان سوخت مصرف می شود، یا برای تولید الكتریسیته از آن استفاده می شود و یا با تركیب مجدد با اكسیژن تولید آب می كند. از این رو و با توجه به قابلیت بالای تولید انرژی در این سوخت اخیراً تلاش های زیادی برای جانشین کردن این سوخت صورت می گیرد.

مسائل ایمنی

هیدروژن از دیدگاه ایمنی نیز مطمئن و مطلوب است و برای حمل ونقل ، نگهداری و استفاده، خطرناك تر از سوخت های رایج دیگر نیست. به هر صورت مسائل ایمنی همچنان به عنوان یكی از اساسی‌ترین مقوله ها در استفاده از انرژی هیدروژن باقی می ماند.استانداردهای متداول دنیا امنیت استفاده از آن را با سختگیری در طراحی‌ و انجام آزمایش های متعدد فراهم می آورد. همچنین در حوزة نگهداری و حمل آن، استانداردهای بسیاری برای تمام تجهیزات مرتبط تدوین شده است.

اقتصاد هیدروژن

برای هیدروژن به عنوان یك سوخت، سیستم توزیعی مناسبی وجود ندارد. با این كه معمولاً انتقال از طریق خط لوله با صرفه‌ترین راه انتقال سوخت‌های گازی است، اما در حال حاضر سیستم خط لوله مناسبی موجود نیست. انتقال هیدروژن به طور خاص از طریق مخزن و تانكرهای گاز صورت می‌گیرد. استفاده از هیدروژن به عنوان سوخت به یك زیر ساختار برای حمل ونقل و نگهداری و با توجه به مسائل ایمنی و اقتصادی نیاز دارد.
دیدگاه ایجاد یك زیر ساختار كه هیدروژن را به عنوان منبع انرژی مورد استفاده قرار می‌دهد، مفهوم اقتصادی بودن این طرح را پدید آورده كه بهترین راه جهت ایجاد تقاضای بیشتر برای تولید و مصرف این انرژی است، زیرا منابع تولید هیدروژن بسیار ارزان و دردسترس هستند. هیدروژن قابلیت بالایی برای تولید انرژی دارد و میزان آلودگی ناشی از مصرف این سوخت در محیط زیست بسیار کم است. این سوخت به عنوان منبعی تجدیدپذیر، پاک و فراوان تر از سوخت فسیلی می تواند کاربرد زیادی برای نیروگاه ها و بخش حمل و نقل داشته باشد.




داغ کن - کلوب دات کام
لطفا نظر بدهید() 

توزیع انرژی الکتریکی

تاریخ:چهارشنبه 22 شهریور 1391-19:12

مرحله توزیع یکی از مراحل انتهای تحویل انرژی الکتریکی به مصرف کننده‌هاست. این بخش به طور کلی شامل خطوط ولتاژ متوسط (کمتر از ۲۰ کیلوولت)، پست‌های ترانسفورمری «pole-mounted» و خطوط ولتاژ پایین (کمتر از ۱۰۰۰ ولت) می‌شود.

تصویر یک پست pole-mounted (این پست‌ها از یک ترانسفورماتور کوچک نصب شده بر روی تیر تشکیل شده‌اند)۱۱ کیلوولت به ۲۳۰/۴۰۰ ولت در نیوزلند


تاریخچه

در سال‌های آغازین استفاده از انرژی الکتریکی، ژنراتورهای جریان مستقیم "DC" با همان ولتاژ تولیدی به مصرف کننده‌ها متصل شده بودند و به این صورت تولید و انتقال برق با یک ولتاژ انجام می‌گرفت، چراکه هیچ راهی برای تغییر ولتاژ "DC" به جز تغییر ژنراتورها وجود نداشت. از آنجایی که لامپهای التهابی آن زمان تنها در ولتاژ ۱۰۰ ولت قابل استفاده بوده‌اند تنها راه ممکن تولید برق با این ولتاژ بود. همچنین در ولتاژ پایین نیاز به عایق‌کاری زیاد برای حفظ ایمنی نبود و به این صورت تولید و انتقال با ولتاژ ۱۰۰ ولت صورت می‌گرفت که موجب به وجود آمدن تلفات قابل توجه در طول خطوط می‌شد.


از همان ابتدا استفاده از مس به عنوان یک هادی بسیار معمول بود و این به دلیل هدایت الکتریکی و قیمت نسبتاً مناسب مس (امروزه با بالا رفتن قیمت مس از صرفه اقتصادی این فلز کاسته شده) نسبت به دیگر فلزات است. برای کاهش دادن جریان و در نتیجه کاهش میزان مصرف مس باید از ولتاژهای بالاتر در طول خطوط استفاده کرد. اما همانطور که گفته شد، هیچ روش قابل استفاده‌ای برای تغییر ولتاژ DC موجود در آن زمان وجود نداشت، بنابراین سیستم DC ادیسون به کابل‌های ضخیم و ژنراتورهای محلی نیاز داشت. فاصله آخرین مصرف کننده حداکثر باید ۱٫۵ مایل از محل تولید می‌بود تا نیازی به استفاده از هادی‌های با سطح مقطع بسیار بالا نباشد.

ابداع جریان متناوب

پذیرش جریان الکتریکی متناوب "AC" با تغییرات بنیادی در زمینه برق همراه شد، چراکه ترانسفورماتورهای الکتریکی می‌توانستند ولتاژ را تغییر دهند و این، امکان افزایش طول خطوط انتقال فراهم را می‌کرد. با افزایش ولتاژ در طول خطوط، جریان الکتریکی کاهش یافته و بدین صورت، نیاز به استفاده از کابل‌های با سطح مقطع بالا و مولدهای محلی بر طرف می‌شد و در این صورت همچنین امکان تولید انرژی الکتریکی در فواصل دوراز مصرف کننده‌ها نیز فراهم می‌شد.

توزیع در اروپا و آمریکای شمالی

در آمریکای شمالی سیستم‌های توزیع اولیه از ولتاژ ۲۲۰۰ ولت و از سیستم ستاره با سیم نول (corner grounded delta) استفاده می‌کردند. با گذشت زمان این ولتاژ رفته رفته افزایش یافت و به۲۴۰۰ ولت رسید. با گسترش شهرها سیستم ولتاژ به ۴۱۶۰/۲۴۰۰ ولت سه فاز ارتقا یافت. گرچه بعضی از شهرها و شهرک‌ها به استفاده از این ولتاژ ادامه دادند، اما بیشتر شهرها ولتاژ را به تدریج و در مراحل Y۷۲۰۰/۱۲۴۷۰، Y۷۶۲۰/۱۳۲۰۰، Y۱۴۴۰۰/۲۴۹۴۰ و در نهایت Y۱۹۹۲۰/۳۴۵۰۰ افزایش دادند.

در انگلستان و اروپا در گذشته استفاده از سیستم ولتاژ ۳۳۰۰ ولت رایج بوده. با گذشت زمان در انگلستان ولتاژ ابتدا به ۶٫۶kV و سپس به ۱۱kV افزایش یافت.

سیستم‌های توزیع نیز در اروپا و آمریکای شمالی کاملاً متفاوت هستند. در آمریکای شمالی استفاده از تعداد زیادی ترانسفورماتور توزیع و در فواصل کم با مصرف کننده‌ها رایج تر است. برای مثال در ایالات متحده از یک ترانسفورماتور توزیع «pole-mounted» برای تغذیه ۱ تا ۳ خانه استفاده می‌شود، در حالی که در انگلستان ترانسفورماتورهای توزیع توانی بین ۳۱۵ تا ۱۰۰۰ کیلوولت‌امپر دارند و کل یک محله را تغذیه می‌کنند. این به دلیل استفاده از ولتاژ بالاتر در اروپاست (۴۱۵ ولت به جای ۲۳۰ ولت). چراکه با این ولتاژ امکان انتقال توان الکتریکی با تلفات قابل قبول در مسافت‌های طولانی‌تری وجود دارد. ویژگی سیستم آمریکایی این است که در صورت بروز عیب در ترانسفورماتور فقط تعداد کمی از مصرف کننده‌ها از مدار خارج می‌شوند و ویژگی سیستم انگلیسی در متمرکزتر بودن تراسفورماتورهاست بدین صورت تراسفورماتورها کمتر و بزرگ‌تر هستند و با راندمان بالاتری کار می‌کنند و این تلفات انرژی را کاهش می‌دهد.

توزیع و انواع شبکه‌ها

شبکه‌های توزیع معمولاً به دو صورت دسته‌بندی می‌شوند:

  • شعاعی (Radial)
  • اتصال یافته (Interconnected)

در شبکه شعاعی خطوط توزیع پس از جدا شدن از پست توزیع به منبع دیگری متصل نمی‌شوند. از این روش معمولاً در شبکه‌های روستایی با مصرف کننده‌های دور افتاده استفاده می‌شود. از شبکه‌های اتصال یافته معمولاً در شهرها استفاده می‌شود. در این شبکه مسیرهای توزیع دارای دو یا چند اتصال به مسیرهای دیگر هستند بنابراین مصرف کننده‌ها چندین مسیر برای اتصال به منبع دارند.

نقاط اتصال در شبکه اتصال یافته معمولاً باز هستند. اعمال دستور بسته یا باز شدن اتصال‌ها معمولاً به وسیله «دیسپاچینگ» صورت می‌گیرد. کارایی این اتصال‌ها معمولاً در مواقع بروز مشکل در خط مشخص می‌شود. در صورتی که قسمتی از خط به علت خرابی غیر قابل استفاده باشد به وسیله وصل و قطع تعدادی از اتصال‌ها می‌توان قسمت معیوب را از بقیه قسمت‌ها جدا کرده و دیگر قسمت‌ها را تغذیه نمود. هر یک از خطوط جدا شده از پست توزیع دارای کلید مدارشکن (دژنکتور) برای قطع مدار در موقع بروز اشکال هستند.

ممکن است در داخل هر شبکه انواع مختلفی از خطوط مثل خطوط هوایی یا کابلی وجود داشته باشد. البته استفاده از خطوط کابلی در کشورهای پیشرفته درحال افزایش است چراکه در این خطوط کابل‌ها در مسیر دیده نمی‌شوند و این کمک شایانی به افزایش معیارهای زیبایی به ویژه در شهرهای بزرگ با شبکه‌های توزیع درهم پیچیده می‌کند. اما با این حال قیمت تمام شده برای ایجاد خطوط کابلی به مقدار قابل توجهی از خطوط هوایی بیشتر است، تکنولوژی احداث آنها بالاست و همچنین این خطوط از نظر قیمت و راحتی تعمیر و نگهداری نیز با خطوط هوایی قابل مقایسه نیستند و این بزرگ‌ترین مانع برای گسترش این خطوط در کشورهای در حال توسعه‌است.

خصوصیات برق تحویلی به مصرف کننده‌ها به صورت یک تعهد از طرف تولیدکننده بوده وثابت است. برخی از خصوصیات شبکه عبارت‌اند از:

  • امروزه تمامی منابع و ژنراتورهای الکتریکی AC هستند. مصرف کننده‌هایی که از انرژی الکتریکی به صورت DC و در مقادیر بالا استفاده می‌کنند مانند برخی از راه‌آهن‌های برقی، مراکز تلفن و یا بعضی صنایع مانند صنایع ذوب آلمینیوم باید از ژنراتورهای DC یا تجهیزات یکسوساز استفاده کنند.
  • ولتاژ تحویلی شامل تلرانس نیز می‌شود(معمولاً حدود ۱۰ درصد)
  • فرکانس معمول تولیدی ۵۰ یا ۶۰ هرتز است. در حالی که در بعضی خطوط راه‌آهن برقی از فرکانس ۱۶-۲/۳ Hz و در بعضی از صنایع و معادن از ۲۵ Hz استفاده می‌شود.
  • پیکره‌بندی فازها، که شامل تک فاز و چند فاز (شامل دو یا سه فاز) می‌شود.

مصرف کننده‌ها نیز باید دارای خصوصیات خاصی در شبکه باشند به طوریکه انحراف از این خصوصیات برای تولید کننده زیانبار است بنابراین برای انحراف از برخی از این خصوصیات جریمه در نظر گرفته شده:

  • حداکثر بار، که با توجه میزان حداکثر مصرف در دوره‌ای مشخص تعیین می‌شود.
  • ضریب بهره خط انتقال (نسبت بار نامی به حداکثر بار در یک دوره زمانی)، که نشان دهنده درجه بهروری از تجهیزات خط است(هرچه این ضریب به یک نزدیکتر باشد بهره‌وری تجهیزات خط بالاتر است).
  • ضریب توان بار اتصال یافته که نسبت توان اکتیو مصرف شده توسط بار به توان راکتیو آن است.
  • سیستم زمین کردن (Earthing) که می‌تواند TT، TN-S، TN-C-S یا TN-C باشد.
  • حداکثر جریان اتصال کوتاه
  • بیشترین میزان و فرکانس جریان لحظه‌ای



داغ کن - کلوب دات کام
لطفا نظر بدهید() 

راکتور زاینده

تاریخ:یکشنبه 1 مرداد 1391-13:24

راکتورهای با نوترون سریع ، راکتورهای زاینده

مقدمه

یک راکتور هسته‌ای گرمایی تولید می‌کند که منشأ آن در شکافت دو هسته قابل شکافت 235U یا 239Pu قرار دارد. تنها ماده موجود قابل کشافت در طبیعت ، 235U است که 1.140 اورانیوم طبیعی را تشیل می‌دهد و بقیه اساسا 238U غیر شکافتی است. هر شکافت اتم اورانیوم در اثر یک نوترون ، 2 تا 3 نوترون با انرژی بالا (بطور متوسط 2Mev) یعنی نوترونهای سریع (20000Km/s) را تولید می‌کند.



تصویر




این نوترونها به نوبه خود می‌توانند با سایر هسته‌های اورانیوم شکافت انجام دهند که نوترونهای گسیل شده شکافتهای دیگری را تولید می‌کنند و به این ترتیب واکنش زنجیره‌ای ایجاد می‌شود. اگر قطعه ماده قابل شکافت به حد کافی بزرگ باشد، تولید نوترونها تقویت شده و سبب انفجار می‌شود: این اساس بمب اتمی است. در یک راکتور هسته‌ای یک عده پدیده‌های دیگر را برای انجام واکنش مورد نظر قرار می‌دهند: تعدادی از نوترونها در اورانیوم بویژه در 238U بدون تولید شکافت ، تعدادی دیگر توسط مواد ساختاری جذب می‌شوند و بالاخره عده دیگری به بیرون مغز راکتور فرار می‌کنند و ناپدید می‌شوند.

شرایط ایجاد شکافت زنجیری

یک راکتور فقط با یک حجم معین که کمترین ماده قابل شکافت را داشته باشد، می‌تواند کار کند: کمترین مقدار ماده قابل شکافت را جرم بحرانی می‌نامند. در یک قطعه اورانیوم طبیعی ، هر چه قدر بزرگ هم باشد، واکنش زنجیره‌ای غیر ممکن است: مقدار ماده قابل شکافت (235U) بسیار کم است و اکثریت نوترونهای جذب شده با 238U تلف می‌شوند. بنابراین باید بطور مصنوعی شکافتها را در مقابل جذبهای بدون شکافت در شرایط مساعدی قرار داد. دو راه امکان پذیر است:

یا بطور قابل ملاحظه‌ای مقدار ماده قابل شکافت را افزایش می‌دهند (اورانیوم را با 235U غنی کرد یا به آن 239Pu افزود)، یا انرژی نوترونها را توسط کند کننده کاهش می‌دهند و آن نقش 235U را (مقطع شکافت 235U) در مقابل 2358U (مقطع جذب 238U) تقویت می‌کند. به این ترتیب دو دسته راکتور شکل می‌گیرند.



تصویر

انواع راکتور شکافتی

از یک طرف راکتورهایی که بطور مستقیم نوترونهایی با انرژی زیاد ناشی از شکافت را مورد استفاده قرار می‌دهد و این راکتورها به راکتورهای با نوترونهای سریع معروفند که ماده قابل احتراق آنها شامل یک نسبت زیادی از ماده شکافتی (در راکتورهای بزرگ 15%) است، از طرف دیگر راکتورهایی که کند کننده‌ها را مورد استفاده قرار می‌دهند (راکتورهای با نوترونهای حرارتی) و ماده قابل احتراق آن می‌تواند اورانیوم طبیعی باشد.

لازم به یادآوری است که در راکتورهای با نوترونهای حرارتی نمی‌توان اورانیوم طبیعی را مورد استفاده قرار داد، مگر آنکه مواد ساختاری و سیال خنک کننده که گرمای تولیدی را برای راه اندازی توربین آلترناتور انتقال می‌دهد، جذبهای اتلافی بسیار زیادی را سبب نشوند. در بسیاری از راکتورهای حرارتی نوع ماده ساختاری و سیال خنک کننده ، یک غنای سبک (در حدود 3 درصد) از ماده قابل احتراق را الزام می‌دارد.

ساختمان راکتور

از مجموعه‌ای از یاخته‌های بنیادی که از مدادهای دراز یا سوزنهای ماده قابل احتراق تشکیل می‌شوند که سطح آنها توسط یک سیال خنک کننده پوشیده می‌شود. اگر راکتور با نوترون حرارتی باشد، این یاخته‌ها در داخل کند کننده بطور منظم توزیع می‌شوند و در راکتور با نوترون سریع کند کننده وجود ندارد. این مجموعه ، مغز راکتور را تشکیل می‌دهد و توسط بازتاب کننده‌ای احاطه می‌شود که فرار نوترونها را محدود می‌کند و یک محافظ بیولوژیکی (بتن) در مقابل تشعشعات دارد. در مورد راکتورهای با نوترونهای سریع منطقه‌ای به نام غلاف و بطور مستقیم واقع در اطراف مغز ، تولید تازه را امکان پذیر می‌سازد.

قسمت اساسی یک راکتور با نوترون حرارتی (مغز) از عناصر قابل احتراق تشکیل می‌شود که توسط یک سیال مخصوصی که بطور منظم در کند کننده قرار دارد، سرد می‌شود. ماده قابل احتراق شامل ماده شکافتی (معمولا اکسید اورانیوم کم و بیش غنی شده در ایزوتوپ 235) اغلب به صورت مدادهایی (بخ قطر حدود 10 تا 12 میلی متار و به 3.5 متر در یک راکتور بزرگ) در یک غلاف فلزی قرار داده می‌شود. سیال خنک کننده ممکن است آب معمولی ، آب سنگین یا یک گاز باشد. کند کننده آب معمولی ، آب سنگین یا گرافیت است. مغز راکتور با یک بازتاب کننده احاطه می‌شود که از همان ماده کند کننده تشکل می‌شود و فرار نوترونها را به حداقل می‌رساند، مجموعه در یک پوشش ضخیم بتونی قرار می‌گیرد تا در مقابل تشعشعات ، یک حفاظ بیولوژیکی باشد.

در یک راکتور با نوترونهای سریع همان تشکیل دهنده‌های اساسی به استثنای کند کننده وجود دارد. ماده قابل احتراق از پلوتونیم که به صورت اکسید مخلوط PUO2 - UO2 است. سوزنهای ظریف ماده قابل احتراق (به قطر 6 تا 8 میلیمتر و به طول 0.5 تا یک متر) با فولاد زنگ نزن پوشانده شده و توسط سدیم مذاب سرد می‌شوند. سایر سوزنها به نام غلاف ، شامل اکسید UO2 ، مغز را احاطه می‌کنند. آنها تولید تازه را بر اثر تبدیل 238U به 238Pu سبب می‌شوند. بازتاب کننده معمولا از قطعات فولادی تشکیل می شود.



img/daneshnameh_up/3/32/reactor_1.jpg

مورد خاص راکتورهای زاینده

نوعی از این راکتورها با مقدار زیادی از سدیم مایع خنک می‌شوند (مانند راکتور سوپرفنیکس که در مدار اولیه آن 1500 تن و در مدار ثانویه 3500 تن سدیم در نظر گرفته شده است). ظرفیت گرمای سدیم زیاد است و در صورت نبودن مصرف ، دمای مغز راکتور بیش از چند درجه در ساعت افزایش نمی‌یابد و آن خطر گرمی فزونی کلی را از بین می‌برد و به راکتور زمان توقف بیشتری می‌دهد. به هنگام کار راکتور ، دمای سدیم در حدود C 400˚ است و از دمای جوش آن (c 880˚) خیلی دور است. بنابراین ، سدیم در ذخیره گرما برای کوتاه مدت نقش بسیار مؤثری دارد. زیرا در ذخیره گرما با وجود این سدیم دارای خطراتی است و احتیاطهای ویژه‌ای را الزام می‌دارد و در تأسیسات کلاسیکی از آن استفاده نمی‌شود.




داغ کن - کلوب دات کام
لطفا نظر بدهید() 

اورانیوم

تاریخ:یکشنبه 1 مرداد 1391-13:19

 

Protactinium - Uranium - Neptunium
Nd
U


img/daneshnameh_up/d/d9/U_TableImage.png
جدول کامل
عمومی
نام, علامت اختصاری, شماره Uranium, U, 92
گروه های شیمیایی اکتینیدها
دوره, بلوک 7 , f
جرم حجمی, سختی 19050 kg/m3, ND
رنگ سفید نقره ای فلزی
خواص اتمی
وزن اتمی 238.0289 amu
شعاع اتمیcalc. 175 ND»pm)
شعاع کووالانسی ND pm
شعاع وندروالس 186 pm
ساختار الکترونی Rn]7s25f26d1]
-e بازای هر سطح انرژی 2,8,18,32,21,9,2
درجه اکسیداسیون (اکسید) 5 (باز ضعیف)
ساختار کریستالی اورتورومبیک
خواص فیزیکی
حالت ماده جامد (مغناطیسی)
نقطه ذوب 1405 °F
نقطه جوش 2070( K(7473 °F
حجم مولی 12.49 ש»10-6 ««متر مکعب بر مول
گرمای تبخیر 477 kJ/mol
گرمای هم‌جوشی 15.48 kJ/mol
فشار بخار ND Pa at 2200 K
سرعت صوت 3155 m/s at 293.15 K
متفرقه
الکترونگاتیویته 1.38 «درجه پائولینگ)
ظرفیت گرمایی ویژه 120 J/kg·K
رسانایی الکتریکی 3.8 106/m اهم
رسانایی گرمایی 27.6 W/m·K)
1st پتانسیل یونیزاسیون 597.6 kJ/mol
2nd پتانسیل یونیزاسیون 1420 kJ/mol
پایدارترین ایزوتوپها
iso NA نیمه عمر DM DE MeV DP
232U {syn.} 68.9 y α & SF 5.414 228Th
233U {syn.} 159,200 y SF & α 4.909 229Th
234U 0.006% 245,500 y SF & α 4.859 230Th
235U 0.72% 7.038 E8 y SF & α 4.679 231Th

اطلاعات اولیه

اورانیوم یکی از عناصر شیمیایی جدول تناوبی است که نماد آن ، U و عدد اتمی آن 92 می‌باشد. اورانیوم که یک عنصر سنگین ، سمی ، فلزی ، رادیواکتیو و براق به رنگ سفید مایل به نقره‌ای می‌باشد، به گروه آکتیندها تعلق داشته و ایزوتوپ 235 آن برای سوخت راکتورهای هسته‌ای و سلاحهای هسته‌ای استفاده می‌شود.

معمولا اورانیوم در مقادیر بسیار ناچیز در صخره‌ها ، خاک ، آب ، گیاهان و جانوران از جمله انسان یافت می‌شود.

خصوصیتهای قابل توجه

اورانیوم هنگام عمل پالایش به رنگ سفید مایل به نقره‌ای فلزی با خاصیت رادیواکتیوی ضعیف می‌باشد که کمی از فولاد نرم‌تر است. این فلز چکش‌خار ، رسانای جریان الکتریسیته و کمی Paramagnetic می‌باشد. چگالی اورانیوم 65% بیشتر از چگالیسرب می‌باشد. اگر اورانیوم به‌خوبی جدا شود، بشدت از آب سرد متاثر شده و در برابر هوا اکسید می‌شود. اورانیوم استخراج شده از معادن ، می‌تواند به‌صورت شیمیایی به دی‌اکسید اورانیوم و دیگر گونه‌های قابل استفاده در صنعت تبدیل شود.

گونه‌های اورانیوم در صنعت

اورانیوم در صنعت سه گونه دارد:


  • آلفا (Orthohombic) که تا دمای 667.7 درجه پایدار است.

  • بتا (Tetragonal) که از دمای 667.7 تا 774.8 درجه پایدار است.

  • گاما (Body-centered cubic) که از دمای 774.8 درجه تا نقطه ذوب پایدار است. ( این رساناترین و چکش‌خوارترین گونه اورانیوم می‌باشد.)

دو ایزوتوپ مهم ان U235 و U238> می‌باشند که U235 مهمترین برای راکتورهای و سلاحهای هسته‌ای است. چرا که این ایزوتوپ تنها ایزوتوپی است که طبیعت وجود دارد و در هر مقدار ممکن توسط نوترونهای حرارتی شکافته می‌شود. ایزوتوپ U238 نیز از این جهت مهم است که نوترونها را برای تولید ایزوتوپ رادیواکتیو جذب کرده و آن را به ایزوتوپ Pu239 پلوتونیوم تجزیه می‌کند. ایزوتوپ مصنوعی U233 نیز شکافته شده و توسط بمباران نوترونی Thorium232 بوجود می‌آید.

اورانیوم اولین عنصر یافته شده بود که می‌توانست شکافته شود. برای نمونه با بمباران آرام نوترونی ایزوتوپ U235 آن به ایزوتوپ کوتاه عمر U236 تبدیل شده و بلافاصله به دو هسته کوچکتر تقسیم می‌شود که این عمل انرژی آزاد کرده و نوترونهای بیشتری تولید می‌کند.

اگر این نوترونها توسط هسته U235 دیگری جذب شوند، عملکرد حلقه هسته‌ای دوباره اتفاق می‌افتد و اگر چیزی برای جذب نوترونها وجود نداشته باشد، به حالت انفجاری در می‌آیند. اولین بمب اتمی با این اصل جواب داد (شکاف هسته‌ای). نام دقیقتر برای این بمبها و بمبهای هیدروژنی(آمیزش هسته‌ای) ، سلاحهای هسته‌ای می‌باشد.

کاربردها

فلز اورانیوم بسیار سنگین و پرچگالی می‌باشد.


  • اورانیوم خالی توسط بعضی از ارتشها برای ساخت محافظ برای تانکها و ساخت قسمتهایی از موشکها و ادوات جنگی استفاده می‌شود. ارتشها همچنین از اورانیوم غنی‌شده برای سوخت ناوگان خود و زیردریایی‌ها و همچنین سلاحهای هسته‌ای استفاده می‌کنند. سوخت استفاده شده در راکتورهای ناوگان ایالات متحده معمولا اورانیوم U235 غنی شده می‌باشد. اورانیوم موجود در سلاحهای هسته‌ای بشدت غنی می‌شوند که این مقدار بصورت تقریبی 90% می‌باشد.

  • مهمترین کاربرد اورانیوم در بخش غیر نظامی تامین سوخت دستگاههای تولید نیروی هسته‌ای است که در آنها سوخت U235 به میزان 2الی3% غنی می‌شود. اورانیوم تخلیه شده در هلیکوپترها و هواپیماها به‌عنوان وزن متقابل بر هر بار استفاده می‌شود.

  • لعاب ظروف سفالی از مقدار کمی اورانیوم طبیعی تشکیل شده است ( که داخل فرایند غنی سازی نمی‌شود ) که این عنصر برای اضافه کردن رنگ با آن اضافه می‌شود.

  • نیمه عمر طولانی ایزوتوپ اورانیوم 238 آن را برای تخمین سن سنگهای آتشفشانی مناسب میسازد.

  • U235 در راکتورهای هسته‌ای Breeder به پلوتونیوم تبدیل می‌شود و پلوتونیوم نیز در ساخت بمبهای هیدروژنی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

  • استات اورانیوم در شیمی تحلیلی کاربرد دارد.

  • برخی از لوازم نوردهنده از اورانیوم و برخی در مواد شیمیایی عکاسی مانند نیترات اورانیوم استفاده می‌کنند.

  • معمولا کودهای فسفاتی حاوی مقدار زیادی اورانیوم طبیعی می‌باشند، چرا که مواد کانی که آنها از آنجا گرفته شده‌اند، حاوی مقدار زیادی اورانیوم می‌باشند.

  • فلز اورانیوم برای اهداف اشعه ایکس در ساخت این اشعه با انرژی بالا استفاده می‌شود.

  • این عنصر در وسایل Interial Guidance و Gyro Compass استفاده می‌شود.

تاریخچه


img/daneshnameh_up/e/e7/atrak.jpg
بارگذاری میله‌های سوخت اتمی در راکتور

استفاده از اورانیوم به شکل اکسید طبیعی آن به سال 79 میلادی بر می‌گردد، یعنی زمانی که این عنصر برای اضافه کردن رنگ زرد به سفال لعابدار استفاده شد (شیشه زرد با یک در صد اورانیوم در نزدیکی ناپل ایتالیا کشف شده است. ) کشف این عنصر به شیمیدان آلمانی به نام "مارتین هنریچ کلاپرس" اختصاص داده شد که در سال 1789 اورانیوم را به صورت قسمتی از کانی که آن را pitchblende نامید، کشف شد. نام این عنصر را بر اساس سیاره اورانوس که هشت سال قبل از آن کشف شده بود برگزیده شد. این عنصر در سال 1841 به صورت فلز جداگانه توسط "eugne melchior peligot" استفاده شد.

در سال 1896 "هانری بکرل" فیزیکدان فرانسوی برای اولین بار به خاصیت رادیواکتیویته آن پی برد. در پروژه Manhattan نامهای Tuballoy و Oralloy برای اورانیوم طبیعی و اورانیوم غنی شده بکار برده شد. این اسامی هنوز نیز برای اورانیوم غنی شده و اورانیوم طبیعی بکار برده می شوند.

در آغاز قرن بیستم تفحص و جستجو برای یافتن معادن رادیو اکتیو در ایالات متحده آغاز شد. منابع رادیوم که حاوی کانی‌های اورانیوم نیز می‌بودند، برای استفاده آنها در رنگ ساعتهای شب‌نما و دیگر ابزار جستجو شدند. در طی جنگ جهانی دوم اورانیوم از نظر اهداف دفاعی اهمیت پیدا کرد. در سال 1943 Union Mines Development Corporation کنگره ای را در کلرادو به منظور استفاده ارتش از قدرت اتمی در پروژه Manhattan تشکیل داد.

برای اطمینان از ذخایر کافی اورانیوم این کنگره US Atomic Enecry Act of 1946 را ایجاد و کمیسیون انرژی اتمی را بوجود آورد. در دهه 1960 ملزومات ارتش تزلزل یافت و در اواخر سال 1970 دولت برنامه تهیه اورانیوم خود را کامل کرد. همزمان با همین مساله بازار دیگری بوجود آمد که درواقع همان کارخانه‌های نیروگاه‌های هسته‌ای اقتصادی بود.

ترکیبات

تترا فلوروئید اورانیوم UF4که به نمک سبز معروف است یک محصول میانی هگزافلورید اورانیوم می‌باشد. هگزا فلورید اورانیوم UF6 جامد است که در دمای بالای 56 درجه سانتی‌گراد بخار می‌شود. UF6 ترکیب اورانیوم است که برای دو فرایند غنی سازی Gaseous Diffusion و Centrifuge استفاده می‌شود و در صنعت با نام ساده Hex خوانده میشود.

Yellowcake اورانیوم غلیظ شده است. نام این عنصر بدلیل رنگ و شکل آن در هنگام تولید می‌باشد اگرچه تولید امروزه Yellowcake بیشتر به رنگ سبز مایل به سیاه میگراید تا زرد. Yellowcake تقریبا 70 تا 90 درصد اکسید اورانیوم دارد. U3O8

Diuranate آمونیوم محصول جنبی تولید Yellowcake می‌باشد که رنگ آن زرد درخشان می‌باشد که گاهی اوقات باعث اشتباه شده و Yellowcake نامیده میشود اما این نام درست این محصول نم‌یباشد.

پیدایش

img/daneshnameh_up/0/0e/180pxUraniumUSGOV.jpg

اورانیوم عنصر طبیعی است که تقریبا در تمام سنگها آب و خاک به میزان کم یافت می‌شود و بنظر می‌رسد که مقدار آن از Antimony ، برلیوم ، کادیوم ، جیوه ، طلا ، نقره و تنگستن بیشتر باشد و این فراوانی در حد آرسنیک و مولیبدنیوم است. این عنصر در بیشتر کانی‌های اورانیومی از قبیل Pitchblende، Uraninite ،Autunite ، Uranophane tobernite و Coffinite یافت می‌شود.
br>مقدار بیشتری از اورانیوم در موادی از قبیل صخره‌های فسفاتی و کانی‌هایی مانند Lignite و Monazite یافت می‌شود که بیشتر برای مصارف اقتصادی از همین منابع استخراج می‌شود. از آنجا که اورانیوم نیمه عمر رادیواکتیوی طولانی 4.47x109 سال برای U-238 دارد مقدار آن همیشه در زمین ثابت میماند.

بنظر میرسد که فرو پاشی اورانیوم و واکنشهای هسته‌ای آن با توریوم همان منبع گرمایی عظیمی است که در هسته زمین ، باعث ذوب شدن قسمت خارجی هسته زمین گردیده و باعث ایجاد حرکت پوسته‌ای زمین می‌شود.

معدن اورانیوم صخره ای است که محل تمرکز اورانیومی می‌باشد که مقدار اقتصادی آن ، یک تا چهار پوند اکسید اورانیوم در هر تن است که تقریبا 0.05 تا 0.20 درصد اکسید اورانیوم دارد.

تولید و توزیع

اورانیوم اقتصادی از طریق کاهش هالیدهای اورانیوم با خاک فلزات قلیایی تولید می‌شود. همچنین فلز اورانیوم می‌تواند از طریق عمل الکترولیز 5KUF یا Uf4 که در (CaCl2 و NaCl حل شده است، بدست آید. اورانیوم خالص نیز از طریق تجزیه حرارتی هالیدهای اورانیوم حاصل می‌شود.

در سال 2001 ، مالکان راکتورهای هسته‌ای غیر نظامی آمریکا از این کشور و منابع خارجی 21300 تن اورانیوم خریداری کردند. قیمت پرداخت شده برای هر کیلوگرم اورانیوم حدودا 26.39 دلار بود که در مقایسه با سال 1998 16% کاهش داشت. در سال 2001 ایالات متحده 1018 تن اورانیوم از 7 عملیات معدنی در غرب رود می‌سی‌سی‌پی تولید کرد. اورانیوم بیشتر توسط فرانسوی ها در کشورهای جهان توزیع شده است.


img/daneshnameh_up/0/09/200px_Uranium_Metal_Assay_Standard.jpg

معمولا کشورهای بزرگتر اورانیوم بیشتری در مقایسه با کشورهای کوچکتر تولید می‌کنند، چرا که گسترش و توزیع اورانیوم در جهان یک شکل و یکنواخت است. کشور استرالیا ذخایر بسیار زیادی از این عنصر دارد که تقریبا 30% ذخایر دنیا را شامل می‌شود.

ایزوتوپها

اورانیوم طبیعی از 3 ایزوتوپ U-238, U-235, U-234 تشکیل شده است که U-238 فراوانترین آنها (99.3%) می باشد. این سه ایزوتوپ رادیو اکتیو بوده که نیمه عمر آنها عبارت است از U-235 4.5x109 سال که پایدارترین آنها می باشد. U-235 7x108 سال و U234 2.5x105 سال.

ایزوتوپهای اورانیوم می‌توانند از هم جدا شوند تا تمرکز یک ایزوتوپ بر دیگری را افزایش دهند. این فرایند ، غنی سازی نام دارد. وزن U-235 برای غنی شدن باید 0.711 درصد افزایش یابد. اورانیوم م235 برای استفاده در سلاحهای هسته‌ای و نیروگاه های اتمی مناسبتر است. این فرایند مقادیر بسیاری اورانیوم بوجود می‌آورد که در U-235 تخلیه می شوند و خالصترین اورانیوم یعنی U238 اورانیوم خالی یا DU نام دارد. اگر ایزوتوپ 235 بخواهد تخلیه شود باید وزنش 0.711 درصد کم شود.

هشدارها

تمام ترکیبات اورانیوم سمی و رادیو اکتیو هستند. سمی بودن این عنصر می‌تواند کشنده باشد. در مقادیر بسیار کم خاصیت سمی بودن این عنصر به کلیه آسیب می‌رساند. خواص رادیواکتیوی این عنصر نیز سیستماتیک و نظام بند است. در کل ترکیبات اورانیوم به‌سختی جذب روده و ریه می‌شوند و خطرات رادیولوژیکی آن باقی می‌ماند. فلز خالص اورانیوم نیز خطر آتش‌سوزی به همراه دارد.

فرد ممکن است با تنفس غبار اورانیوم در هوا یا خوردن و آشامیدن آب و غذا در معرض این عنصر قرار بگیرد. البته بیشتر این عمل از طریق خوردن آب و غذا صورت می‌گیرد. جذب روزانه اورانیوم در غذا 0.07 تا 1.1 میکروگرم می‌باشد. مقدار اورانیوم در هوا معمولا بسیار ناچیز است. افرادی که در کنار تاسیسات هسته‌ای دولت و یا معادن استخراج اورانیوم زندگی می‌کنند، بیشتر در معرض این عنصر قرار می‌گیرند.

آورانیوم ممکن است که درطریق تنفس یا بلع و یا در موارد استثنایی از طریق شکافی روی پوست وارد بدن شود. اورانیوم توسط پوست جذب نمی‌شود و ذرات آلفای ساتع شده از این عنصر نمی‌تواند به پوست نفوذ کند. بنابراین اورانیومی که خارج از بدن باشد، نمی‌تواند به اندازه اورانیوم داخل بدن مضر و خطرناک باشد. اگر اورانیوم به بدن وارد شود، ممکن است موجب سرطان شده یا به کلیه‌ها آسیب برساند.



داغ کن - کلوب دات کام
لطفا نظر بدهید() 

بمب هسته ای چگونه کار می‌کند؟

تاریخ:یکشنبه 18 تیر 1391-20:30

بمب هسته ای چگونه کار می‌کند؟

شما احتمالاً در کتابهای تاریخ خوانده‌اید که بمب هسته‌ای در جنگ جهانی دوم توسط آمریکا علیه ژاپن بکار رفت و ممکن است فیلم‌هایی را دیده باشید که در آنها بمب‌های هسته‌ای منفجر می‌شوند. درحالیکه در اخبار می‌شنوید، برخی کشورها راجع به خلع سلاح اتمی با یکدیگر گفتگو می‌کنند، کشورهایی مثل هند و پاکستان سلاح‌های اتمی خود را توسعه می‌دهند.

ما دیده‌ایم که این وسایل چه نیروی مخرب خارق‌العاده‌ای دارند، ولی آنها واقعاً چگونه کار می‌کنند؟ در این بخش خواهید آموخت که بمب هسته‌ای چگونه تولید می‌شود و پس از یک انفجار هسته‌ای چه اتفاقی می‌افتد؟

فیزیک هسته‌ای

مقاله فیزیک - شکل شکاف هسته ای

انرژی هسته‌ای به 2 روش تولید می‌شود:

1- شکافت هسته‌ای: در این روش هسته یک اتم توسط یک نوترون به دو بخش کوچکتر تقسیم می‌شود. در این روش غالباً از عنصر اورانیوم استفاده می‌شود.

2- گداخت هسته‌ای: در این روش که در سطح خورشید هم اجرا می‌شود، معمولاً هیدروژن‌ها با برخورد به یکدیگر تبدیل به هلیوم می‌شوند و در این تبدیل، انرژی بسیار زیادی بصورت نور و گرما تولید می‌شود.

مقاله فیزیک - گداخت هسته ای

در شکل زیر نمونه ای از شکافت هسته اتم اورانیوم نمایش داده شده است:

و در شکل زیر گداخت هسته‌ای اتم‌های هیدروژن و تبدیل آنها به هلیوم 3 و الکترون آزاد نمایش داده شده است:

طراحی بمب‌های هسته‌ای:

برای تولید بمب هسته‌ای، به یک سوخت شکافت‌پذیر یا گداخت‌پذیر، یک وسیله راه‌انداز و روشی که اجازه دهد تا قبل از اینکه بمب خاموش شود، کل سوخت شکافته یا گداخته شود نیاز است.

بمب‌های اولیه با روش شکافت هسته‌ای و بمب‌های قویتر بعدی با روش گداخت هسته‌ای تولید شدند. ما در این بخش دو نمونه از بمب های ساخته شده را بررسی می کنیم:

بمب‌ شکافت هسته‌ای :

مقاله فیزیک - بمب شکاف هسته ای(هیروشیما )

1- بمب‌ هسته‌ای (پسر کوچک) که روی شهر هیروشیما و در سال 1945 منفجر شد.

2- بمب هسته‌ای (مرد چاق) که روی شهر ناکازاکی و در سال 1945 منفجر شد.

بمب گداخت هسته‌ای : 1- بمب گداخت هسته‌ای که در ایسلند بصورت آزمایشی در سال 1952 منفجر شد.

بمب‌های شکافت هسته‌ای:



بمب‌های شکافت هسته‌ای از یک عنصر شبیه اورانیوم 235 برای انفجار هسته‌ای استفاده می‌کنند. این عنصر از معدود عناصری است که جهت ایجاد انرژی بمب هسته‌ای استفاده می‌شود. این عنصر خاصیت جالبی دارد: هرگاه یک نوترون آزاد با هسته این عنصر برخورد کند ، هسته به سرعت نوترون را جذب می‌کند و اتم به سرعت متلاشی می‌شود. نوترون‌های آزاد شده از متلاشی شدن اتم ، هسته‌های دیگر را متلاشی می‌کنند.

زمان برخورد و متلاشی شدن این هسته‌ها بسیار کوتاه است (کمتر از میلیاردم ثانیه ! ) هنگامی که یک هسته متلاشی می‌شود، مقدار زیادی گرما و تشعشع گاما آزاد می‌کند.

مقدار انرژی موجود در یک پوند اورانیوم معادل یک میلیون گالن بنزین است!

در طراحی بمب‌های شکافت هسته‌ای، اغلب از دو شیوه استفاده می‌شود:

روش رها کردن گلوله:

در این روش یک گلوله حاوی اورانیوم 235 بالای یک گوی حاوی اورانیوم (حول دستگاه مولد نوترون) قرار دارد.

هنگامی که این بمب به زمین اصابت می‌کند، رویدادهای زیر اتفاق می‌افتد:

1- مواد منفجره پشت گلوله منفجر می‌شوند و گلوله به پائین می‌افتد.

2- گلوله به کره برخورد می‌کند و واکنش شکافت هسته‌ای رخ می‌دهد.

3- بمب منفجر می‌شود.

در بمب هیروشیما از این روش استفاده شده بود. نحوه انفجار این بمب در شکل زیر نمایش داده شده است:

روش انفجار از داخل:

مقاله فیریک - روش نفجار از داخل (ناکازاکی)


در این روش که انفجار در داخل گوی صورت می‌گیرد، پلونیم 239 قابل انفجار توسط یک گوی حاوی اورانیوم 238 احاطه شده است.

هنگامی که مواد منفجره داخلی آتش گرفت رویدادهای زیر اتفاق می‌افتد:

1- مواد منفجره روشن می‌شوند و یک موج ضربه‌ای ایجاد می‌کنند.

2- موج ضربه‌ای، پلوتونیم را به داخل کره می‌فرستد.

3- هسته مرکزی منفجر می‌شود و واکنش شکافت هسته‌ای رخ می‌دهد.

4- بمب منفجر می‌شود.

بمبی که در ناکازاکی منفجر شد، از این شیوه استفاده کرده بود. نحوه انفجار این بمب، در شکل زیر نمایش داده شده است.

بمب‌ گداخت هسته‌ای: بمب‌های شکافت هسته‌ای، چندان قوی نبودند!

بمب‌های گداخت هسته‌ای ، بمب های حرارتی هم نامیده می‌شوند و در ضمن بازدهی و قدرت تخریب بیشتری هم دارند. دوتریوم و تریتیوم که سوخت این نوع بمب به شمار می‌روند، هردو به شکل گاز هستند و بنابراین امکان ذخیره‌سازی آنها مشکل است. این عناصر باید در دمای بالا، تحت فشار زیاد قرار گیرند تا

مقاله فیزیک - بمب گداخت هسته ای ( ایسلند )

به فاصله از مرکز انفجار بمب که کانون انفجار نامیده می‌شود بستگی دارد.

زیانهای ناشی از انفجار بمب هسته‌ای عبارتند از :

- موج شدید گرما که همه چیز را می‌سوزاند.

- فشار موج ضربه‌ای که ساختمان‌ها و تاسیسات را کاملاً تخریب می‌کند.

- تشعشعات رادیواکتیویته که باعث سرطان می‌شود.

- بارش رادیواکتیو (ابری از ذرات رادیواکتیو که بصورت غبار و توده سنگ‌های متراکم به زمین برمی‌گردد)

درکانون زلزله، همه‌چیز تحت دمای 300 میلیون درجه سانتی‌گراد تبخیر می‌شود! در خارج از کانون زلزله، اغلب تلفات به خاطر سوزش ایجادشده توسط گرماست و بخاطر فشار حاصل از موج انفجار ساختمانها و تاسیسات خراب می‌شوند. در بلندمدت، ابرهای رادیواکتیو توسط باد در مناطق دور ریزش می‌کند و باعث آلوده شدن موجودات، آب و محیط زندگی می‌‌شود.

دانشمندان با بررسی اثرات مواد رادیواکتیو روی بازماندگان بمباران ناکازاکی و هیروشیما دریافتند که این مواد باعث: ایجاد تهوع، آب‌مروارید چشم، ریزش مو و کم‌شدن تولید خون در بدن می‌شود. در موارد حادتر، مواد رادیواکتیو باعث ایجاد سرطان و نازایی هم می‌شوند. سلاح‌های اتمی دارای نیروی مخرب باورنکردنی هستند، به همین دلیل دولتها سعی دارند تا بر دستیابی صحیح به این تکنولوژی نظارت داشته باشند تا دیگر اتفاقی بدتر از انفجارهای ناکازاکی و هیروشیما رخ ندهد.




داغ کن - کلوب دات کام
لطفا نظر بدهید() 

شکافت هسته ای

تاریخ:یکشنبه 18 تیر 1391-15:06

اگر نوترون منفردی به یک قطعه ایزوتوپ 235U نفوذ کند، در اثربرخورد به هسته اتم 235U ، اورانیوم به دو قسمت شکسته می‌شود که اصطلاحا شکافت هسته‌ای نامیده می‌شود.




img/daneshnameh_up/2/26/fission.gif

مقدمه

در واکنشهای شکافت هسته‌ای مقادیر زیادی نیز انرژی آزاد می‌گردد (در حدود 200Mev)، اما مسئله مهمتر اینکه نتیجه شکستن هسته 235U ، آزادی دو نوترون است که می‌تواند دو هسته دیگر را شکسته و چهار نوترون را بوجود آورد. این چهار نوترون نیز چهار هسته 235U را می‌شکند. چهار هسته شکسته شده تولید هشت نوترون می‌کنند که قادر به شکستن همین تعداد هسته اورانیوم می‌باشند. سپس شکست هسته‌ای و آزاد شدن نوترونها بصورت زنجیروار به سرعت تکثیر و توسعه می‌یابد. در هر دوره تعداد نوترونها دو برابر می‌شود، در یک لحظه واکنش زنجیری خود بخودی شکست هسته‌ای شروع می‌گردد. در واکنشهای کنترل شده هسته‌ای تعداد شکست در واحد زمان و نیز مقدار انرژی بتدریج افزایش یافته و پس از رسیدن به مقداری دلخواه ثابت نگهداشته می‌شود.



img/daneshnameh_up/6/6e/fissionanim.gif

انرژی شکافت هسته‌ای

کشف انرژی هسته‌ای در جریان جنگ جهانی دوم صورت گرفت و اکنون برای شبکه برق بسیاری از کشورها هزاران کیلو وات تهیه می کند (نیروگاه هسته ای). بحران انرژی بر اثر بالارفتن قیمت نفت در سال 1973 استفاده از انرژی شکافت هسته‌ای بیشتر وارد صحنه کرد. در حال حاضر ممالک اروپایی انرژی هسته‌ای را تنها انرژی می‌داند. که می‌تواند در اکثر موارد جایگزین نفت شود. استفاده از انرژی شکافت هسته‌ای که بر روی یک ماده قابل احتراق کانی که بصورت محدود پایه گذاری می‌شود. برای سایر کشورها خطرات بسیار دارد در حال حاضر تولید الکتریسته با استفاده از شکافت هسته‌ای کنترل شده به میزان زیادی توسعه یافته و مورد قبول واقع شده است. تولید انرژی هسته‌ای در کشورهای توسعه یافته بخش مهمی از طرح انرژی ملی را تشکیل می‌دهد.

انرژی بستگی هسته‌ای

می‌توان تصور کرد که جرم هسته ، M ، با جمع کردن Z (تعداد پروتونها) ضربدر جرم پروتون و N تعداد نوترونها ضربدر جرم نوترون بدست می‌آید.


M = Z×Mp + N×Mn

از طرف دیگر M همیشه کمتر از مجموع جرمهای تشکیل دهنده‌های منزوی هسته است. این اختلاف به توسط فرمول انیشتین توضیح داده می‌شود که رابطه بین جرم و انرژی هم ارزی جرم و انرژی را برقرار می‌سازد. اگر یک دستگاه مادی دارای جرم باشد در این صورت دارای انرژی کلی E است. E = M C2 که در آن C سرعت نور در خلا و M جرم کل هسته مرکب از نوکلئونها و E مقدار انرژیی است که در اثر فروپاشی جرم M تولید می‌شود. بنابر این اصول انرژی هسته‌ای بر آزاد سازی انرژی پیوندی هسته استوار است. هر سیستمی که دارای انرژی پیوندی بیشتر باشد پایدار می‌باشد. در واقع جرم مفقود شده در واکنشهای هسته‌ای طبق فرمول E = M C2 به انرژی تبدیل می‌شود. پس انرژی بستگی اختلاف جرم هسته و جرم نوکلئونهای تشکیل دهنده آن است، که معرف کاری است که باید انجام شود تا نوکلئونها از هم جدا شوند.



img/daneshnameh_up/c/cb/nuclearreactors.jpg

مواد شکافتنی

مواد ناپایدار برای اینکه به پایداری برسند، انرژی گسیل می‌کنند تا به حالت پایدار برسد. معمولا عناصری شکافت پذیر هستند که جرم اتمی آنها بالای 150 باشد ،235U و 238U در معادن یافت می‌شود. 99.3 درصد اورانیوم معادن 238U می‌باشد.و تنها 7% آن 235U می‌باشد. از طرفی 235U با نوترونهای کند پیشرو واکنش نشان می‌دهد. 238Uتنها با نوترونهای تند کار می‌کند، البته خوب جواب نمی‌دهد. بنابر این در صنعت در نیروگاههای هسته‌ای 235U به عنوان سوخت محسوب می‌شود. ولی به دلایل اینکه در طبیعت کم یافت می‌شود. بایستی غنی سازی اورانیوم شود، یعنی اینکه از 7 درصد به 1 الی 3 درصد برسانند.

شکافت 235U

در این واکنش هسته‌ای وقتی نوترون کند بر روی 235U برخورد می کند به 236U تحریک شده تبدیل می‌شود. نهایتا تبدیل به باریوم و کریپتون و 3 تا نوترون تند و 177 Mev انرژی آزاد می‌شود. پس در واکنش اخیر به ازای هر نوکلئون حدود 1 Mev انرژی آزاد می‌شود. در واکنشهای شیمیایی مثل انفجار به ازای هر مولکول حدود 30 Mev انرژی ایجاد می‌شود. لازم به ذکر است در راکتورهای هسته‌ای که با نوترون کار می‌کند، طبق واکنشهای به عمل آمده 2 الی3 نوترون سریع تولید می‌شود. حتما این نوترونهای سریع باید کند شوند.



داغ کن - کلوب دات کام
لطفا نظر بدهید() 

انرژی همبستگی

تاریخ:جمعه 16 تیر 1391-15:57

دید کلی

مفاهیم ساختار اتمی و هسته‌ای این است که اتم مرکب از هسته و الکترونهایی ‏است که ‏آن را احاطه کرده‌اند و اینکه هسته از پروتون و نوترون ساخته شده است به این پرسش ‏‏اساسی می‌انجامد که:‏ آیا جرم یک اتم خنثی با مجموع جرمهای پروتونها ، نوترونها و الکترونهایی که آن اتم ‏خنثی را تشکیل ‏می‌دهند. برابر است یا نه؟‏ این پرسش را به دقت می‌توان پاسخ داد. زیرا جرم پروتون ، نوترون و الکترون و همچنین جرم‏های تقریبا ‏تمام اتمهای گوناگون معلوم هستند.



img/daneshnameh_up/d/da/enerjihambastegi.jpg

منشأ انرژی همبستگی هسته

در فیزیک یک اصل کلی است که می‌گوید: برای متلاشی کردن یک سیستم یا مجموعه پایدار ‏باید کار ‏انجام داد. مثلا اگر سیستمی از نوترونها و پروتونها ، که هسته اتم را ایجاد می‌کنند، پایدار باشد. برای از ‏هم سوا کردن آنها باید انرژی مصرف نمود.‏ جرم کلی یک هسته پایدار باید کمتر از مجموع جرمهای جداگانه نوترونها و پروتونهای تشکیل ‏دهنده آن ‏باشد. از طریق محاسبه و تجربه معین شده است که اختلافی بین مجموع جرم ‏نوکلئونهای هسته و جرم هسته ‏پایدار وجود دارد. این اختلاف جرم معادل انرژی هست که جهت ‏متلاشی کردن کامل هسته لازم است. این ‏انرژی موسوم به انرژی همبستگی اتم می‌باشد.‏

محاسبه انرژی همبستگی هسته

بررسی جرمهای اتمی شناخته شده نشان می‌دهد که برای هر نوع اتم ، جرم اتمی همواره ‏کمتر از ‏مجموع جرمهای ذرات تشکیل دهنده به حالت آزاد آنهاست. ساده‌ترین اتم که دست ‏کم شامل یک پروتون ، ‏یک نوترون و یک الکترون باشد دوتریم است. در این مورد جرمها عبارتند ‏از:‏



جرم سکون یک پروتون = amu ‏1.007276‏‏
جرم سکون یک نوترون = amu‏ 1.008665‏
جرم سکون یک الکترون = amu‏ 0.000549‏
جرم سکون ذرات تشکیل دهنده در حالت آزاد = amu‏ 2.016490‏
جرم سکون اتم دوتریوم = 2.014102‏ amu
تفاوت (‏Δm = 0.002388amu‏)‏

تفاوت جرم سکون ، ‏Δm‏ ، ممکن است کوچک به نظر آید، لیکن به علت ضریب C2 در ‏رابطه ‏E = mC2 این تفاوت جرم با تفاوت انرژی قابل ملاحظه‌ای مطابقت دارد. بنابرین ‏تفاوت جرم (‏Δm) با تفاوت انرژی (‏ΔE‏) با رابطه ‏ΔE = ΔmC2 به هم مربوط می‌شوند. ‏یک ضریب تبدیل مناسب ‏برای تبدیل جرم اتمی (برحسب واحد جرم اتمی) به انرژی (برحسب مگا الکترون ‏ولت) عبارت ‏است از (‏amu = 93.1Mev‏).‏

بنابرین اگر تشکیل یک اتم دوتریوم را به هنگام ترکیب یک پروتون و یک نوترون (و اتصال با ‏یک ‏الکترون) را در نظر بگیریم، در این فرآیند مقدار جرمی برابر با: ‏Mev = 1amu/931Mev x ‎‎0.002388 amu‏ 2.22 به هنگام ترکیب این سیستم از ذرات ترکیب شونده آن ، پیش از آن که به ‏صورت یک اتم ‏دوتریوم در آمده باشد، به اطراف تابیده است.‏ انرژی از دست رفته مورد نظر را که از محاسبه تفاوت در جرم سکون حاصل شده ، می‌توان با ‏نتیجه یک ‏آزمایش مستقیم مقایسه کرد. وقتی هیدروژن با نوترون بمباران می‌شود. یک نوترون ‏به صورت واکنش زیر ‏گیر می‌افتد:


10n + 11H → 21H + γ

در این واکنش هیچگونه اجزای ذره‌ای که انرژی جنبشی زیادی داشته باشند، ایجاد ‏نمی‌شود. بنابراین جرمی ‏برابر ‏amu‏‏ ‎0.002388‎‏ که تفاوت سبکتر شدن ‏‎21H‏ از ‏‏10n + 11H است، بوسیله اشعه گاما ربوده می‌شود. ‏انرژی این اشعه از طریق آزمایش معین و معلوم شده ‏که ‏MeV‏ 22.2 یعنی درست همان مقدار پیشگویی شده ‏است.‏

برهمکنش هسته دوتریوم با اشعه گاما

واکنش معکوس ، یعنی واکنشی که در آن دوتریم با اشعه گاما بمباران می‌شود، نیز ‏بررسی شده‌است:‏

  • اگر انرژی پرتوهای ‏اشعه‏ کمتر از ‏MeV ‏22.2 باشد، این واکنش صورت نمی‌گیرد. اما اگر ‏پرتوهای ‏V‏ با ‏انرژی ‏MeV ‏22.2 یا بیشتر بکار گرفته شوند، واکنش صورت می‌گیرد. یعنی ‏پروتون و نوترون از هم جدا ‏و آشکار پذیر می‌شوند.

                                                                ‎21H + γ → 10n + 11H

به دنبال گیر اندازی یک نوترون بوسیله ‏‎11H‏ ، انرژی در یک ‏‏اشعه گاما آزاد می‌شود. این انرژی (‏MeV‏ 22.2) انرژی اتصال دوترون نامیده می‌شود. ‏این انرژی را ‏می‌توان انرژی‌ دانست که وقتی یک پروتون و یک نوترون برای ایجاد یک ‏هسته باهم ترکیب می‌شود، آزاد ‏می‌گردد. برای حصول واکنش معکوس ‏‏(وقتی‎21H ‎‏ با اشعه ایکس بمباران ‏می‌شود) انرژی باید جذب ‏شود.

  • بنابراین می‌توان چنین پنداشت که انرژی اتصال مقدار انرژی لازم برای شکستن ‏هسته به ذرات هسته‌ای ‏سازنده آن است. ‏

انرژی هسته‌ای

مفهوم انرژی هسته‌ای برای تمام مواردی که اجزایی ساده بوسیله نیرویی به هم ‏می‌پیوندند و یک سیستم ‏پیچیده بوجود می‌آورند، بکار می‌آید. مثلا زمین در مداری ‏به دور خورشید قرار گرفته و با جاذبه گرانشی ‏به آن متصل است و در این صورت برای ‏جدا شدن و گریز از خورشید باید مقداری انرژی جنبشی اضافی به ‏آن داده شود.

در یک اتم هیدروژن ‏eV‏ ‏13 لازم است تا الکترون از قید هسته‌ای که با جاذبه الکتریکی ‏به آن اتصال ‏یافته خلاص شود. برعکس ، وقتی یک هسته ‏عریان‎11H ‎‏ الکترونی را گیر ‏می‌اندازد و به یک اتم هیدروژن ‏خنثای پایدار معمولی مبدل می‌شود. سیستم مقداری انرژی برابر با ‏eV‏ 13 ‏بوسیله ‏تابش از دست می‌دهد و این درست انرژی فوتون گسیل یافته‌ای است که در این ‏فرآیند یعنی ، فرآیند ‏گیراندازی الکترون ، مشاهده می‌شود. اما فقط انرژیهای اتصال ‏هسته‌ای آنقدر بزرگ‌ هستند که تفاوت جرم ‏مربوط به آنها قابل اندازه‌گیری می‌شود.‏





داغ کن - کلوب دات کام
لطفا نظر بدهید() 

پوزیترون

تاریخ:یکشنبه 11 تیر 1391-20:24

تاریخچه کشف پوزیترون

اولین نشانه‌های وجود پوزیترون یعنی ذره سبکی که تنها اختلاف آن با ‏الکترون در علامت بار است، در سال 1932 به کمک اتاقک ابر ویلسون بدست آمد. در اتاقک ابر ویلسون ، واقع در میدان مغناطیسی ، رد باریکی که ‏بطور آشکار مربوط به یک ذره تک‌بار و خیلی سبک همانند الکترون بود، ‏مشاهده شد. اما در جهتی متناظر با بار مثبت منحرف می‌شد. ‏

خواص پوزیترون و نحوه شناسایی

بعدها ثابت شد که فرایند عمده برای تشکیل پوزیتون‌ها ، عبارتند از پرتوزایی ‏مصنوعی و اندرکنش اشعه های گامای پرانرژی وابسته به آنها با هسته‌های اتمی. یکی از این فرایندها را می‌توان با قراردادن اتاقک ابر ‏ویلسون در میدان و تاباندن باریکه نازک تابش بر آن بررسی کرد. در بعضی عکسها در مسیر باریکه تابش گاما ، رد دوگانه خاصی دیده می‌‏شود.

ذرات باردار متحرک در گاز ، با یونیدن اتمهای گازدار ، انرژی از دست می‌‏دهند و در نتیجه پیوسته از سرعت آن کاسته می‌شود. آزمون کامل این رد ، ‏آشکار می‌کند که خمیدگی هر شاخه آن با افزایش فاصله از پیچیدگی رد ‏تیزتر می‌شود. ‏این پدیده به این معناست که ما با ردهایی از جفت ذره خارج شونده از ‏یک نقطه سروکار داریم نه رد خم شده یک ذره. تنها با داوری از روی درجه ‏یونش ، هر دو رد به رد الکترون‌ها می‌مانند.

این ردها که معرف جفت ذرات ‏اخیر هستند، در میدان مغناطیسی و در جهتهای مختلف خم شده‌اند، ‏یعنی به ذره‌هایی باردار تعلق دارند.‏ با استفاده از مواد پرتوزا به‌عنوان چشمه‌های غنی پوزیترون ، مطالعه ‏جزئیات خواص این مواد ممکن شده است، بویژه ثابت شده است که ‏جرم پوزیترون دقیقا با جرم
الکترون برابر یعنی حدود 2000/1 جرم پروتون ‏است.‏

انفعالات پوزیترونی

نتایج اخیر ، ما را به این نتیجه منجر می‌کند که یکی از ذره‌ها ، الکترون و ‏دیگری پوزیترون است. بنابراین کوانتومهای گاما که از درون ماده می‌گذرند ‏‏(گاز در اتاقک ابر ویلسون) ، به جای ذره واحد ، جفت الکترون و پوزیترون ‏تشکیل می‌دهند. این پدیده به تشکیل جفتهای الکترون و پوزیترون ‏معروف شده است کوانتوم با میدان ‏الکتریکی هسته اتمی ماده ، این جفت تشکیل می‌شود. در این فرایند ، کوانتوم به جفت الکترون و پوزیترون تبدیل می‌شود و ‏هسته بدون تغییر باقی می‌ماند.

فرایند عکس تشکیل جفت الکترون و پوزیترون نیز کشف شده است و ‏معلوم شده است که با نزدیکتر کردن الکترون و پوزیترون تا فاصله‌های ‏کوتاه بر اثر نیروهای جاذبه الکترومغناطیسی ، ممکن است دو کوانتوم ‏تشکیل و در جهتهای مخالف از یکدیگر دور شوند. فرایند ترکیب الکترون و ‏پوزیترون همراه با تبدیل آنها به کوانتوم‌های گاما را نابودی جفت نامیده‌اند. ‏نابودی بدلیل نبود پوزیترون روی زمین انتخاب شده است.

ناپایداری پوزیترون

پس از زمان کوتاهی از تشکیل آن ، هر پوزیترون با یک الکترون محیط ترکیب ‏می‌شود و به دو کوانتوم نور تبدیل می‌شود. تشکیل جفتهای الکترون و ‏پوزیترون از کوانتومها و ترکیب الکترونها با پوزیترون‌ها که به تشکیل دو ‏کوانتوم منجر می‌شود، اساساً فرایند جدیدی است که در آن ، تبدیل ‏متقابل تابش میدان الکترومغناطیسی ( فوتون های گاما ) و ذرات ماده ‏الکترون و پوزیترون صورت می‌گیرد.

تصویر

کشف پوزیترون اثباتی بر خواص موجی ذرات

خواص ذرات از جنبه‌های زیادی با خواص میدان الکترومغناطیسی (نور) ‏فرق دارد. عمده‌ترین اختلاف این است که همه اجسام پیرامون ما از ذرات ‏ساخته شده‌اند. ممکن است به نظر رسد که فقط نور است که عمل ‏انتقال انرژی از بعضی اجسام به بعضی دیگر را انجام می‌دهد، به این دلیل ‏حتی در آغاز قرن 20 بر این باور بودند که نور (میدان الکترومغناطیسی) و ‏ماده را سد غیر قابل گذری از یکدیگر جدا کرده است.

بعدا خواص ذره‌ای نور کشف شد و معلوم شد که نور ، خواص شارش ذرات ‏فوتون‌ها را باخواص موجی همراه دارد. از طرف دیگر خواص موجی که قبلاً ‏فقط به نور اختصاص می‌دادند و ‏یکی از خصایص متمایز آن می‌شمردند، در ذرات
ماده نیزکشف شد. این ‏اکتشافات روی شکاف میان مفاهیم نور و ماده پل زد. مهمتر از این ، بعد از کشف تبدیل‌های متقابل نور (کوانتومهای گاما) و ذرات ‏ماده (جفتهای الکترون و پوزیترون) ، روشن شد که ارتباط بسیار ریشه‌داری ‏میان نور و ماده وجود دارد.

ذرات ماده و فوتون‌ها (میدانهای ‏الکترومغناطیسی) دو شکل مختلف ماده‌اند. فوتون خصایص مشترک زیادی با ذرات دیگر از خود به نمایش می‌گذارد، ‏ولی ویژگی مهمی دارد و آن این است که جرم در حال سکون (جرم سکون) آن برابر ‏صفر است.
فوتون ، همیشه با سرعت نور حرکت می‌کند. هرگاه ناگزیر به ‏توقف شود (نظیر موقع جذب) ، دیگر نوری وجود نخواهد داشت.‏

چشمه‌های تولید پوزیترون

پوزیترون را به‌تنهایی نمی‌توان تولید کرد، زیرا ذره ناپایداری است و به‌سرعت ناپدید می‌شود. عموما پوزیترون را به کمک واکنشهای هسته‌ای بنیادی و نیز به‌کمک پدیده تولید جفت به همراه الکترون از نابودی یک فوتون بدست می‌آورند. سیستم آشکارسازی پوزیترون نیز همانند نحوه تولیدش به لحاظ ناپایداری پوزیترون فرایند مستقلی نمی‌باشد و بیشتر از طریق پدیده نابودی جفت به وجود پوزیترون پی می‌برند.


داغ کن - کلوب دات کام
لطفا نظر بدهید() 


  • تعداد صفحات :4
  • 1  
  • 2  
  • 3  
  • 4