تبلیغات
پزشکی - فناوری اطلاعات - خنده و... - انرژی هسته ای چیست ؟
 
پزشکی - فناوری اطلاعات - خنده و...
شد شد اگه نشد دوباره نشد ندارین
درباره وبلاگ


این وب برای تمام فرزندان آریایی عاشق ساخته شده پس لطفا نظرتونو در مورد بلاگ بنویسید .

مدیر وبلاگ : هادی میرزائی
نویسندگان
نظرسنجی
به نظر شما این وبلاگ چه چیزی کم دارد ؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟







آمار وبلاگ
  • کل بازدید :
  • بازدید امروز :
  • بازدید دیروز :
  • بازدید این ماه :
  • بازدید ماه قبل :
  • تعداد نویسندگان :
  • تعداد کل پست ها :
  • آخرین بازدید :
  • آخرین بروز رسانی :

.

تماس با ما free image hosting
free image hosting
یکشنبه 1389/11/3 :: نویسنده : هادی میرزائی
اتم در زبان یونانى به معنى تقسیم ناپذیر است. این ایده، زاده تفكر دموكریتوس فیلسوف یونانى در ۲۳۰۰ سال پیش است. براى او این تصور محال بود كه اجسام مادى بتوانند بى حد و حصر تقسیم شوند. اما «جان دالتون» شیمیدان بود كه نخستین نظریه اتمى نوین را ارائه كرد. دالتون كه كارش پژوهش در مورد هواشناسى بود، به تركیب گازها علاقه مند شد و خیلى زود ایده تشكیل گازها از واحدهاى كوچك غیرقابل تقسیم در ذهنش شكل گرفت. او این نظریه را در سال ۱۸۰۸ تحت عنوان «سیستم جدید فلسفه شیمى» منتشر كرد. تا دهه پایانى قرن نوزدهم دو جنبه اساسى فیزیك كلاسیك یعنى مكانیك كلاسیك و الكترومغناطیس به خوبى شناخته شده بود و دانشمندان گمان مى كردند كه طبیعت براساس دو نیروى گرانشى و الكترومغناطیسى ساخته شده است. درست در همین زمان بود كه پدیده هایى مشاهده شد كه طى دهه هاى ابتدایى قرن بیستم منجر به بزرگترین انقلاب هاى تاریخ علم یعنى نسبیت عام و مكانیك كوانتومى شدند.

2cb8c11db98bfdd5441da3290007a352

در سال ۱۸۹۶ آنتوان هانرى بكرل (Becquerel) فیزیكدان فرانسوى كه از كشف اشعه X به وسیله رونتگن مطلع شده بود، به دنبال یك رشته آزمایش روى سنگ معدنى به نام اورانیل، فعالیت هاى پرتوافشانى خود به خودى خاصى را كشف كرد و آن را «رادیواكتیویته» نام گذاشت. پس از او مارى و پى یر كورى هم دو عنصر رادیوم و پولونیوم را كشف كردند كه خاصیت رادیواكتیویته بسیار بیشترى داشتند. اما بیشتر پژوهش ها روى رادیواكتیویته به وسیله لرد رادرفورد انجام شد. او كشف كرد كه خاصیت رادیواكتیویته ناشى از پراكنش سه نوع اشعه است:
۱- اشعه آلفا كه توسط یك برگ كاغذ متوقف مى شود. بار آن مثبت است و در حقیقت همان یون هاى هلیوم دو بار مثبت یا هسته اتم هلیوم است.
۲- اشعه بتا كه از ورقه چند میلى مترى آلومینیوم رد مى شود. بار آن منفى است. ماهیت این اشعه الكترون هاى پرانرژى است.
۳- اشعه گاما كه از صفحات سربى به ضخامت ده ها سانتى متر هم عبور مى كند، از لحاظ الكتریكى خنثى است. این اشعه فوتون هاى پرانرژى با طول موج بسیار كوتاه است.
دانشمندان با توجه به مجموعه آزمایش هاى رادرفورد به این نتیجه رسیدند كه اتم ها برخلاف نامشان از اجزاى كوچكترى هم تشكیل شده اند.

هسته

افتخار كشف هسته اتم نیز از آن رادرفورد است. او با كمك دو دانشجویش به نام گایگر و مارسدن با انجام آزمایشى كه «پراكندگى» نام دارد، به وجود هسته پى برد. رادرفورد فكر مى كرد كه اتم ها مثل مدل كیك كشمشى تامسون از تعدادى الكترون تشكیل شده اند كه در یك فضاى پیوسته با بار مثبت قرار دارند. به همین دلیل ذرات آلفا را به سمت ورقه نازكى از طلا پرتاب كرد. اما پراكندگى این ذرات از هسته طلا نشان داد كه بارهاى مثبت در ناحیه بسیار كوچكى در وسط اتم متمركز شده اند. شعاع اتم حدود یك آنگسترم (۱۰-۱۰ متر) است ولى اندازه هسته حدود ۱۰ فرمى (۱۴ -۱۰ متر) است.
 

  •  نیمه عمر

پس از اینكه رادرفورد ماهیت تشعشع رادیواكتیو را كشف كرد، دانشمندان پى بردند كه رادیواكتیویته به علت تلاشى خودبه خود هسته هاى سنگین و تبدیل آنها به هسته هاى سبك تر است. در حین این تبدیل، ذرات آلفا، بتا و گاما ساطع مى شود. در حقیقت پس از خارج شدن این ذرات از هسته، ماهیت آن تغییر مى كند. تعداد هسته هایى كه در هر لحظه متلاشى مى شوند با تعداد هسته ها در آن لحظه نسبت مستقیم دارد. زمانى را كه نیمى از هسته هاى ماده ابتدایى متلاشى مى شوند، نیمه عمر ماده مى گویند. یعنى اگر در ابتدا یك گرم ماده رادیواكتیو داشته باشیم، پس از یك نیمه عمر نصف و پس از دو نیمه عمر، یك چهارم و پس از سه نیمه عمر، یك هشتم مقدار اولیه را خواهیم داشت. نیمه عمر مواد مختلف متفاوت است و از چند میلیاردیوم ثانیه تا چندین میلیارد سال تغییر مى كند. معمولاً هرچه نیمه عمر بیشتر باشد، انرژى ساطع شده از تلاشى رادیواكتیویته كمتر است. نیمه عمر اورانیوم ۵/۴ میلیارد سال است. نیمه عمر رادیوم ۱۵۹۰ سال و نیم عمر راكتانیوم كمتر از ۱۰ هزارم ثانیه است.

  •  درون هسته

مدل اتمى رادرفورد بیانگر این مطلب بود كه هسته در وسط اتم داراى بار مثبت است و الكترون ها با بار منفى در اطراف آن قرار دارند. مدل اتمى بور هم مدل رادرفورد را كامل كرد و سازوكار منظمى را براى استقرار الكترون ها در اطراف هسته تدوین كرد. اما تفسیر و توجیه رادیواكتیویته تردیدى به جاى نمى گذارد كه هسته ها خود مجموعه مكانیكى پیچیده اى هستند كه از اجراى سازنده متفاوتى تشكیل شده اند. این واقعیت كه وزن اتمى ایزوتوپ هاى اتم هاى مختلف (بعضى از اتم ها درحالى كه جرم اندكى متفاوت با هم دارند، خواص شیمیایى كاملاً یكسانى دارند، به این اتم ها ایزوتوپ مى گویند.) با اعداد صحیح (یا لااقل بسیار نزدیك به عدد صحیح) بیان مى شوند، نشان مى دهد كه پروتون ها (حاملان بار مثبت) باید نقش یكى از اجزاى اصلى سازنده هسته را داشته باشند. ابتدا فرض مى كردند كه درون هر هسته علاوه بر پروتون، الكترون هم هست. یعنى مثلاً كربن كه جرم ۱۲ و بار ۶+ دارد، درون هسته خود ۱۲ پروتون و ۶ الكترون دارد و علاوه بر آن در بیرون هسته هم ۶ الكترون به دور آن مى چرخند اما این راه حل از لحاظ نظرى مشكلات عدیده اى را به همراه داشت. اما رادرفورد و بور پیشنهاد كردند كه علاوه بر پروتون ذره دیگرى هم جرم آن ولى بدون بار درون هسته است. آنها نام نوترون را براى آن انتخاب كردند و این ذره در سال ۱۹۳۲ توسط چادویك كشف شد.

  •  اسپین

اتم ها در اثر گرفتن انرژى، تابش مى كنند. این تابش ناشى از این است كه الكترون هاى اطراف هسته، انرژى مى گیرند و بعد این انرژى را به صورت یك فوتون با طول موج معین بازمى تابانند. اما خود این طیف در مجاورت میدان الكترومغناطیسى، به چند طول موج جدا از هم تفكیك مى شود. علت این است كه الكترون ها در اتم، اندازه حركت زاویه اى هم دارند. اشترن و گرلاخ نشان دادند كه الكترون ها علاوه بر این اندازه حركت زاویه اى، خاصیت دیگرى هم دارند كه فقط در حضور میدان مغناطیسى آن را بروز مى دهند. به دلیل شباهت این خاصیت به اندازه حركت زاویه اى، نام آن را «اندازه حركت زاویه اى ذاتى» یا اسپین نهادند. بعدها ثابت شد كه علاوه بر الكترون، باقى ذرات بنیادى هم اسپین دارند. مهمترین ویژگى اسپین این است كه یك خاصیت كاملاً كوانتومى است و مشابه كلاسیك ندارد. ذراتى كه اسپین نیم صحیح دارند (یك دوم، سه دوم، …) فرمیون مى نامند، مثل الكترون، پروتون، نوترون و… این ذرات تشكیل دهنده ماده هستند. در مقابل ذراتى كه اسپین صحیح دارند(صفر، ۱ ، ۲ و…) بوزون گفته مى شوند، مثل فوتون، مزون، گلوتون و… این ذرات حامل نیروها هستند.

  •  ایزواسپین و نیروى هسته اى

هنگامى كه نوترون توسط چادویك كشف شد، این واقعیت مسلم شد كه علاوه بر نیروى گرانش و الكترومغناطیسى، حداقل یك نیروى دیگر در طبیعت وجود دارد و این نیرو است كه عامل پیوند نوكلئون ها (پروتون ها و نوترون ها) درون هسته است. زیرا در صورت عدم وجود این نیرو، در اثر دافعه شدید بارهاى مثبت پروتون ها بر هم، هسته از هم مى پاشد. از این مثال برمى آید كه اولاً این نیرو باید جاذبه اى باشد تا در مقابل دافعه پروتون ها بایستد و ثانیاً برد آن باید خیلى كوتاه باشد و از ابعاد هسته بیشتر نباشد. زیرا نیروى الكترومغناطیسى (در مدل بوهر) آرایش الكترون ها در مدارهاى اتمى را به خوبى توضیح مى داد. اما واقعیت مهم و جالب تر این است كه باید براى این نیرو، پروتون و نوترون به یك شكل دیده شوند و فارغ از اختلاف بار الكتریكى این دو ذره یك شكل باشند. هایزنبرگ با استفاده از این واقعیت و با ایده گرفتن از نظریه اسپین، مفهوم ریاضى جدیدى به نام «ایزوتوپ اسپین» یا ایزواسپین را معرفى كرد. او پیشنهاد كرد كه همان طور كه در حضور میدان الكتریكى خطوط طیفى یكى هستند و با ظهور میدان مغناطیسى به چند خط دیگر شكافته مى شوند، نوكلئون ها (پروتون و نوترون) هم در حقیقت در مقابل نیروى هسته اى یك ذره هستند اما هنگام ظهور نیروهاى الكترومغناطیسى به دو ذره با ایزواسپین متفاوت تبدیل مى شوند.

  • نیروى هسته اى قوى

یوكاوا فیزیكدان ژاپنى در سال ۱۹۳۵ براى توضیح نیروى هسته اى گفت: این نیرو باید در اثر مبادله ذره اى به نام پیون (مزون پى) بین نوكلئون ها به وجود بیاید. چون این ذره نسبتاً سنگین است، اصل عدم قطعیت هایزنبرگ ایجاب مى كند كه برد این نیرو كوتاه باشد، به این ترتیب ایده مبادله ذره، توانست تمام ویژگى هاى نیروى هسته اى را توضیح بدهد. پیون ها هم مثل نوكلئون ها براى نیروى هسته اى یك ذره به شمار مى روند اما ایزواسپین آنها یك است یعنى در مقابل نیروى الكترومغناطیسى ۳ حالت پیون با بار مثبت و با بار منفى و خنثى را دارند. یك پروتون، با از دست دادن یك پیون مثبت به نوترون تبدیل مى شود و این پیون مثبت خود یك نوترون دیگر را به پروتون تبدیل مى كند. دوتا نوترون یا دوتا پروتون هم مى توانند با هم پیون خنثى (صفر) مبادله كنند. یك نوترون هم با از دست دادن یك پیون منفى به پروتون تبدیل مى شود و این پیون منفى با یك پروتون دیگر، یك نوترون تولید مى كند. به این ترتیب با مبادله این ذرات، نوكلئون ها در هسته پایدار مى مانند.

  •  نیروى هسته اى ضعیف

یكى از ویژگى هاى بارز نوترون نیم عمر آن است. نوترون در حالت آزاد پس از ۱۸ دقیقه متلاشى و به یك پروتون و یك الكترون تبدیل مى شود. این مدت بسیار طولانى تر از تمام پدیده هایى است كه با نیروى قوى سروكار دارد. نیرو هاى الكترومغناطیسى هم بر نوترون بدون بار عمل نمى كنند. پس واضح است كه تلاشى نوترون، ناشى از یك نیروى جدید در طبیعت است. به علت ضعیف بودن این نیرو نسبت به نیروى هسته اى آن را نیروى هسته اى ضعیف نام گذاشتند. تلاشى هسته كه نتیجه آن تولید پرتو بتا است هم ریشه در این نیرو دارد.
• شكافت
فرمى در فاصله كمى بعد از كشف نوترون در سال ۱۹۳۲ بررسى هسته اتم هاى سنگین بمباران شده به وسیله نوترون را آغاز كرد و از انجام این آزمایش ها با اورانیوم نتایج عجیبى به دست آمد. اتوهان و اشتراسمن در سال ۱۹۳۹ این معضل را حل كردند.
آنها كشف كردند وقتى كه اورانیوم با نوترون بمباران مى شود، هسته هایى مثل باریو تولید مى شوند كه عدد اتمى آنها خیلى كوچك تر از عدد اتمى اورانیوم است. لیز میتنر فیزیكدان آلمانى كه در سوئد زندگى مى كرد، این پدیده را به دقت بررسى كرد و نام شكافت را براى آن انتخاب كرد. بور و ویلر با ارائه مقاله اى فهم نظرى شكافت را به طور كامل ممكن كردند و پس از ارائه مقاله آنها كلیه پژوهش هاى علمى در مورد شكافت هسته اى تا به امروز جزء اسناد فوق العاده سرى، طبقه بندى مى شود.

  •  گداخت

هسته هاى خیلى سبك مثل هیدروژن یا هلیوم انرژى بستگى كمترى نسبت به هسته هاى سنگین دارند. اگر دو هسته سبك در هم ادغام شوند، هسته سنگین ترى را به وجود مى آورند و مقدار زیادى انرژى به صورت انرژى جنبشى آزاد مى شود. براى انجام گداخت باید هسته ها را بسیار به هم نزدیك كرد. دافعه الكترواستاتیكى مانع بزرگى براى این فرآیند است. این واكنش با افزایش انرژى جنبشى هسته هاى اولیه انجام مى شود. دسترسى به چنین انرژى هایى در شتاب دهنده ها آسان است اما براى اینكه این واكنش خودنگهدار باشد، به دمایى حدود ۱۰۸ كلوین نیاز است. (دماى سطح خورشید شش هزار كلوین است.) چنین وضعیتى تنها در حالت پلاسمایى ماده پیش مى آید كه در آن هسته ها و الكترون ها از هم جدا هستند. پژوهش ها به روى گداخت هسته اى همچنان ادامه دارد و قرار است در رآكتور Iter در فرانسه براى نخستین بار چنین فرآیند خود نگهدارى اى ایجاد شود. اما شاید رسیدن به این هدف چند دهه طول بكشد.

 





نوع مطلب :
برچسب ها : تعریف انرژی هسته ای،
لینک های مرتبط :

سه شنبه 1396/06/28 05:01 ق.ظ
No matter if some one searches for his required thing, therefore he/she wishes to be available that in detail, therefore
that thing is maintained over here.
دوشنبه 1396/04/5 10:40 ق.ظ
I'm very happy to read this. This is the type of manual that needs to be given and not the accidental misinformation that's at the
other blogs. Appreciate your sharing this greatest doc.
جمعه 1396/02/22 06:34 ق.ظ
What's up, after reading this remarkable piece of writing i am also
cheerful to share my experience here with mates.
چهارشنبه 1396/01/23 12:40 ق.ظ
Thanks very interesting blog!
 
لبخندناراحتچشمک
نیشخندبغلسوال
قلبخجالتزبان
ماچتعجبعصبانی
عینکشیطانگریه
خندهقهقههخداحافظ
سبزقهرهورا
دستگلتفکر