کنکور
به نام خدا
ذوب فلزات بدون منبع حرارت
تئوری
از آنجائیکه جامدات فلزی دارای دمای ذوب بالایی هستند برای مثال آلومینیوم دارای نقطه ذوب 660 درجه سانتیگراد و کلسیم دارای نقطه ذوب 810 درجه سانتیگراد میباشد، از این رو برای ذوب فلزات به منبع حرارت با درجه بالایی نیاز داریم اما به روش زیر میتوان فلز آلومینیوم را به حالت مذاب درآورد. برای انجام این کار روی یک ظرف بزرگ پر از شن ، ظرف کوچکی پر از پودرهای مختلف و از جمله پودر آلومینیوم قرار داده میشود و بالای آن یک نوار باریک منیزیم بعنوان فتیله گذاشته میشود. با کبریت زدن به این فتیله ،بلافاصله یک شعله تماشایی و شدید بلند میشود و گرمای عجیبی نیز حاصل میگردد و بطوری که ظرف کوچک فلزی روی ظروف بزرگ پر از شن کاملا سرخ شده و محتویات آن بصورت آهن مذاب در میآید.
وسایل مورد نیاز
- پودر آلومینیوم
- پودر اکسید فریک
- پراکسید باریم
- یک ظرف کوچک و ضخیم فلزی
روش اجرا
برای اجرای این آزمایش ، پس از تهیه وسایل مورد نیاز ، ابتدا یک ظرف بزرگ فلزی نیز تهیه نموده و آن را پر از شن سازید و آزمایش را روی آن اجرا کنید تا حرارت شدید میز را نسوازند.
حال در ظرف کوچک سه قسمت اکسید فریک و یک قسمت پودر آلومینیوم ریخته و با هم خوب مخلوط کنید. سپس ، در روی این مخلوط ، به ضخامت یک سانتی متر مخلوطی از ده قسمت پراکسید باریم و یک قسمت پودر آلومینیوم بریزید و روی آن فتیله منیزیم را قرار دهید. این فتیله بشکل نوار باریکی بطول 12 سانتی متر است که وسط آن بهم پیچیده شده و دو سرش آزاد هستند و در توی پودر فرو رفته اند.
کافی است که حالا به این فتیله کبریتی بزنید تا شعله ور شده و به سرعت حرارت شدیدی ایجاد شود تا آنجا که ظرف را سرخ کرده و محتویات آن را بصورت مذاب درآورد.
دلیل انجام کار
با وجود عجیب بودن آزمایش ، دلیل آن ساده است. آلومینیوم با اکسیژنی که از اکسید فریک آزاد میشود ترکیب یافته و حرارت کافی برای تولید این گرما و ذوب محتویات آن بدست میآید.
چهارشنبه 5/10/1386 - 12:58
کامپیوتر و اینترنت
به نام خدا
مقدمه
بعضی از ترکیبهای آلی ، فقط شامل دو عنصر هیدروژن و کربن میباشند و در نتیجه آنها را هیدروکربن مینامند. با تکیه بر ساختار ، هیدروکربنها را به دو گروه و طبقه اصلی یعنی آلیفاتیک و آروماتیک تقسیم میکنند. هیدروکربنهای آلیفاتیک خود به چند خانواده: آلکانها ، آکینها و همانندهای حلقوی آنها (سیکلوآلکانها و…) تقسیم میشوند.
متان ، ساده ترین عضو خانواده آلکانها
متان ، CH4 ، ساده ترین عضو خانواده آلکانها و همچنین یکی از ساده ترین ترکیبهای آلی است.
ساختار متان
هر یک از چهار اتم هیدروژن بوسیله پیوند کووالانسی ، یعنی با یک جفت الکترون اشتراکی به اتم کربن متصل شده است. وقتی کربن به چهار اتم دیگر متصل باشد، اوربیتالهای پیوندی آن (اوربیتالهای sp3 که از اختلاط یک اوربیتال s و سه اوربیتال p تشکیل شدهاند) ، به سوی گوشههای چهار وجهی جهت گیری کردهاند.
این آرایش چهار وجهی ، آرایشی است که به اوربیتالها اجازه میدهد تا سر حد امکان از یکدیگر فاصله بگیرند. برای اینکه همپوشانی این اوربیتالها با اوربیتال کروی اتم هیدروژن به گونه ای موثر صورت پذیرد و در نتیجه ، پیوند محکمتری تشکیل شود، هر هسته هیدروژن باید در یک گوشه این چهار وجهی قرار بگیرد.
ساختار چهار وجهی متان بوسیله پراش الکترونی که آرایش اتمها را در این نوع مولکولهای ساده به روشنی نشان میدهد، تایید شده است. بعد شواهدی که شیمیدانها را خیلی پیش از پیدایش مکانیک کوانتومی REDIRECT (نام صفحه) یا پراش الکترونی d ، به پذیرش این ساختار چهار وجهی رهنمون شد، بررسی خواهیم کرد.
ما به طور معمول ، متان را با یک خط کوتاه برای نمایش هر جفت الکترون مشترک بین کربن و هیدروژن نشان خواهیم داد. برای آنکه توجه خود را بر روی الکترونها بطور انفرادی متمرکز کنیم، گاهی ممکن است یک جفت الکترون را بوسیله یک جفت نقطه نشان دهیم. سرانجام ، وقتی بخواهیم شکل واقعی مولکول را نمایش دهیم، از فرمولهای سه بعدی استفاده میکنیم.
خواص فیزیکی متان
واحد ساختار این ترکیب غیر یونی ، مولکول است، چه جامد باشد، چه مایع و چه گاز. به علت اینکه مولکول متان بسیار متقارن است، قطبیتهای انفرادی پیوندهای کربن – هیدروژن ، یکدیگر را خنثی میکنند، در نتیجه کل مولکول غیر قطبی است. نیروهای جاذبه موجود میان این مولکولها غیر قطبی، به نیروهای واندروالسی محدود میشوند؛
این نیروهای جاذبه ، در مورد این مولکولهای کوچک ، باید در مقایه با نیروهای قدرتمند موجود بین مثلا یونهای سدیم و کلرید ضعیف باشند. بنابراین ، از اینکه به آسانی میتوان بوسیله انرژی گرمایی ، بر این نیروهای جاذبه فایق آمد، بطوریکه ذوب شدن و جوشیدن در دمای پایین صورت بگیرد، تعجب نخواهیم کرد: دمای ذوب در 183- درجه سانتیگراد و دمای جوش در 161,5- درجه سانتیگراد قرار دارد. (این مقادیر را با مقادیر مربوط در مورد سدیم کلرید: یعنی دمای ذوب 801 درجه سانتیگراد و دمای جوش 1413درجه سانتیگراد مقایسه کنید.) در نتیجه ، متان در دماهای معمولی یک گاز است.
متان ، بیرنگ است و وقتی مایع شود، سبکتر از آب است (چگالی نسبی آن 0,4 است). موافق با قاعده تجربی که میگوید: «همجنس در همجنس حل میشود» ، متان فقط کمی در آب انحلال پذیر است، ولی در مایعات آلی مانند بنزین ، اتر و الکل بسیار حل میشود. از نظر خواص فیزیکی ، متان الگویی برای سایر اعضا خانواده آلکانهاست.
منبع متان
متان ، فرآورده پایانی تجزیه غیر هوازی (بدون هوا) گیاهان ، یعنی شکستن بعضی از مولکولهای بسیار پیچیده است. همچنین یکی از اجزاء اصلی (بیش از 97%) گاز طبیعی است. متان همان گاز قابل احتراق و منفجر شونده معادن زغال سنگ است و میتوان خروج حبابهای آن را به عنوان گاز مرداب در سطح مردابها مشاهده کرد. اگر متان بسیار خالص لازم داشته باشیم، میتوان آن را بوسیله تقطیر جزء به جزء از سایر اجزاء تشکیل دهنده گاز طبیعی (که بیشتر آلکانها هستند) جدا کرد.
البته بیشتر گاز طبیعی ، بدون خالص سازی ، به عنوان سوخت مصرف میشود.
ساختار اتان
از نظر اندازه C2H6 بعد از متان قرار میگیرد. اگر اتمهای این مولکول را با رعایت قاعده ای که میگوید برای هیدروژن یک پیوند (یک جفت الکترون) و برای کربن ، چهار پیوند (چهاز جفت الکترون) ، بوسیله پیوندهای کووالانسی به یکدیگر متصل کنیم، به ساختار زیر دست مییابیم: CH3-CH3.
هر کربن به سه هیدروژن و یک کربن دیگر متصل است و چون هر اتم به چهار اتم دیگر متصل است، اوربیتالهای پیوندی ان (اوربیتالهای sp3) بهسوی گوشههای چهار وجهی جهت گرفتهاند. در اینجا نیز مانند مورد متان ، پیوندهای کربن- هیدروژن از همپوشانی این اوربیتالهای sp3 با اوربیتالهای s هیدروژنها بوجود آمدهاند. پیوند کربن- کربن از همپوشانی دو اوربیتال sp3 نتیجه شده است.
توزیع الکترونها در پیوندهای کربن- هیدروژن و کربن- کربن بطور کلی یکسان است، یعنی در حول خط متصلکننده هستهها به هم ، حالتی استوانهای و متقارن دارد: این پیوندها را به علت شکل مشابهی که دارند، پیوند σ (پیوند سیگما) مینامند.
بنابراین ، زوایای پیوندی و طول پیوندهای کربن- هیدروژن باید خیلی شبیه به متان ، یعنی به ترتیب در حدود 109,5درجه و 1,1 آنگستروم باشند.
پراش الکترونی و بررسیهای طیفبینی از هر نظر این ساختار را تایید کرده و برای مولکول اتان این اندازهها را بدست دادهاند. زوایای پیوندی 109,5 ، طول 1,1 برای C-H ، طول 1,53 برای C-C . بررسیهای مشابه نشان دادهاند که این مقادیر ، با کمی انحراف ، از ویژگیهلی اختصاصی پیوندهای کربن- هیدروژن و کربن- کربن و زوایای پیوندی در آلکانها بشمار میروند.
تصویر
ساختمان پروپان
خواص فیزیکی آلکانها
خواص فیزیکی آلکانها از همان الگوی خواص فیزیکی متان پیروی میکند و با ساختار آلکانها سازگار است. یک مولکول آلکان فقط بوسیله پیوندهای کووالانسی برپا نگه داشته شده است. این پیوندها یا دو اتم از یک نوع را بهم متصل میکنند و در نتیجه ، غیر قطبیاند، یا دو اتم را که تفاوت الکترونگاتیوی آنها بسیار کم است، به یکدیگر ربط میدهند و در نتیجه قطبیت آنها کم است. به علاوه ، این پیوندها به طریقی بسیار متقارن جهت گرفتهاند، بطوری که این قطبیهای پیوندی نیز یکدیگر را خنثی میکنند.
در نتیجه یک مولکول آلکان یا غیر قطبی است یا قطبیت بسیار ضعیفی دارد. نیروهایی که مولکولهای غیر قطبی را گرد هم نگه میدارند (نیروهای واندروالسی) ضعیف هستند و گستره بسیار محدودی دارند. این نیروها فقط بین بخشهایی از مولکولهای مختلف که با یکدیگر در تماس نزدیک باشند، یعنی بین سطوح مولکولها ، عمل میکنند. بنابراین در یک خانوده معین ، انتظار داریم که هر اندازه مولکول بزرگتر باشد و در نتیجه سطح تماس آنها بیشتر باشد، نیروهای بین مولکولی نیز قویتر باشند.
دمای جوش و ذوب با افزایش شمار اتمهای کربن ، زیاد میشود. فرایند جوشیدن و ذوب شدن ، مستلزم فایق آمدن بر نیروهای بین مولکولی در یک مایع و یک جامد است. دمای جوش و دمای ذوب بالا میرود، زیرا این نیروهای بین مولکولی با بزرگ شدن مولکولها افزایش مییابند.
منبع صنعتی آلکانها
منبع صنعتی آلکانها ، نفت و گاز طبیعی همراه آن است. ترکیبهای آلی پیچیده که روزگاری سیستمهای زنده گیاهان و جانوران را تشکیل میدادند، در اثر فضارهای زمین شناختی ، طی میلیونها سال ، به مخلوطی از آلکانها که از نظر اندازه ، شامل یک کربن تا 30 تا 40 کربن هستند، تبدیل شدهاند. سیکلوآلکانها نیز که در صنعت نفت به نفتنها شهرت دارند و به ویژه در نفت کالیفرنیا فراوان یافت میشوند، همراه با آلکانها بوجود آمدهاند.
سوخت فسیلی دیگر ، یعنی زغال سنگ ، منبع بالقوه دیگر آلکانهاست. روشهایی برای تبدیل زغال سنگ از راه هیدروژن دار کردن به بنزین و سوخت کوره و همچنین تبدیل به گاز سنتز به منظور جبران کمبود گاز طبیعی ابداع شده است.
جمعه 4/8/1386 - 19:36
کامپیوتر و اینترنت
به نام خدا
پیشرفت فیزیک هستهای تا حد زیادی در نتیجه اکتشاف نوعی از گلولههای هستهای بوده ، گر چه از بسیاری جهات مشابه با پرتونهای عادی است، ولی هیچ بار الکتریکی همراه آنها نیست. این پروتونهای بیبار ، یا بنابر اصطلاحی که بیشتر رواج دارد این نوترونها ، برای بمباران هسته عنوان گلوله کمال مطلوب را دارند، چه از آن جهت که فاقد بار الکتریکی بوده هیچ نیروی دافعهای از طرف هستههای با بار الکتریکی زیاد بر آنها وارد نمیشود و میتوانند به سهولت به ساختمان درونی هسته اتم نفوذ کنند.
تاریخچه
گر چه فرضیه مربوط به امکان وجود نوترونها در سال 1925 بوسیله رادرفورد بیان شده ، ولی دلیل وجود آنها را در سال 1932 همکار وی یعنی جیمز چادویک (James Chadwick) اثبات کرد. این شخص ثابت کرد که تشعشع مخصوصی که بر اثر بمباران با ذرات از بریلیوم صادر میشود عبارت است از ذراتی خنثی که جرم آنها در حدود جرم پروتون است. هستهای که در نتیجه فعل و انفعال به دست میآید، همان هسته کربن متعارف است.
چشمه تولید نوترون
نوترونها را معمولا از راه تصادم دو دوترون یعنی دو هسته هیدروژن سنگین بدست میآورند. پس از آنها یونهای هیدروژن سنگین را در یکی از مولدهای جدید با پتانسیلی بالا وادار به حرکت با سرعت و شتاب زیاد کرده ، آنها را بر روی مادهای مانند آب سنگین انداخته که در آن اتمهای هیدروژن سنگین در داخل مولکولها به یکدیگر متصلاند. در نتیجه تصادمهایی که رخ میدهد، عده زیادی نوترونهای سریع مطابق معادله زیر تشکیل میدهد:
21D + 21D → 32He + 10n
به این نکته باید اشاره کرد که چون نوترونها بار الکتریکی ندارند در ضمن عبور از هوا عمل یونش صورت نگرفته و به همین جهت در ضمن عبور از اتاق ابر اثر مرئی از آنها بر جای نمیماند. مشاهده آنها معمولا از راه اثری است که از تصادم با ذرات هوایی که مستقیما در راه آنها قرار گرفته حاصل میشود.
نتایج بمباران نوترون
نوترونها به آسانی میتوانند حتی در هستههای با بار الکتریکی زیاد ، نفوذ کرده و اثر تخریبی در داخل آنها داشته باشند. این آثار بیش از همه بوسیله فیزیکدان ایتالیایی انریکلو فرمی (Enrico Fermi) و همکاران او مورد پژوهش و مطالعه قرار گرفته است. در صورتی که سر و کار ما با عناصر سبکتر است. نفوذ یک نوترون غالبا با خارج شدن یک ذره آلفا یا یک پروتون همراه است. مانند این فعل و انفعال:
147N + 10n → 115B + 42He
که نشان دهنده تبدیل یافتن نیتروژن به بور و هلیوم است و یا:
5626Fe + 10n → 5625Mn + 11H
که تبدیل آهن را به منیزیم و هیدروژن نشان میدهد. در عناصر سنگینتر حصار پتانسیل که هسته اتم را احاطه کرده بلندتر است، و اگر چه این حصار مانع نفوذ نوترون به درون هسته نیست، ولی از خارج شدن اجزا باردار هسته جلوگیری میکند. در این حالت نوترونهایی که داخل هسته نفوذ میکنند، بایستی از انرژی موجود در خود به صورت تشعشعات مغناطیسی که تولید میشود خلاص شوند و به این ترتیب است که اشعه سخت گاما خارج میشود. مانند این فعل و انفعال:
اشعه گاما + 19779Au + 10n → 19879Au
که در آن عنصر سنگینتری از همان نوع طلا ساخته میشود. این طرز ساخته شدن ، ممکن است از عنصری که بمباران شده ، با تعدیل بار الکتریکی از طریق صدور یک الکترون صورت گیرد.
منفجر ساختن هسته
در فعل و انفعالات هستهای که تا کنون مورد بحث قرار گرفتن ، اساس کار عبارت از آن بود که جز نسبتا بسیار کوچکی از ساختمان هسته (مانند ذره α یا پروتون یا نوترون) از آن خارج شود و حال اگر هسته یک اتم سنگین منجر شود و دو یا بیشتر پارههای تقریبا مساوی بدست آید.
در زمستان سال 1939 این نوع شکسته شدن بوسیله دو فیزیکدان آلمانی به نامهای هان (O . Hahn) و مایتنر (Lise Meitner) مشاهده شد و دریافتند اتمهای اورانیوم که ناپایدارند، ممکن است بر اثر بمباران با یک دسته نوترون به دو پاره تقسیم شوند. یکی از دو پاره نماینده هسته باریوم و دیگری به احتمال قوی کریپتون. این نوع شکافته شدن هسته با آزاد شدن مقداری انرژی همراه است که صدها برابر انرژی آزاد شده در سایر فعل و انفعالات شناخته شده هستهای است.
چهارشنبه 21/6/1386 - 13:55
کامپیوتر و اینترنت
به نام خدا
توجه به بمبهای الکترومغناطیسی حدود نیم قرن قبل مطرح شد. متخصصان در آن هنگام به این نکته توجه کردند که اگر بمبی هستهای منفجر شود، امواج الکترومغناطیسی که در اثر انفجار پدید میآید تمامی مدارهای الکترونیک را نابود میسازد. اما مسئله این بود که به چه ترتیب بتوان موج انفجار را ایجاد کرد بدون آنکه نیاز به انجام یک انفجار هستهای باشد؟ دانشمندان میدانستند که کلید حل این مسئله در ایجاد پالسهای (تپهای) الکتریکی که با عمر بسیار کوتاه و قدرت زیاد نهفته است. اگر اینگونه پالسها به درون یک آنتن فرستنده تغذیه شوند، امواج الکترومغناطیسی قدرتمندی در فرکانسهای مختلف از آنتن بیرون میآیند. هر چه فرکانس موج بالاتر باشد، امکان تأثیر گذاری آن بر مدارهای الکترونیک دستگاهها بیشتر خواهد شد.
دید کلی
در دورانی که بافت و ساخت تمامی جوامع تا حدود بسیار زیادی به دستاوردهای علمی از نوع الکترونیکی وابسته است و همه امور از تجهیزات بیمارستانها تا شبکههای مخابراتی و از رایانههای بانکها و مؤسسات بزرگ مالی یا نظامی تا دستگاههای نظارت و مراقبت ، نحوه کار ماشینها و ادوات صنعتی همگی متکی به ساختارهای الکترونیک هستند، کاربرد بمبهای الکترومغناطیسی میتواند سبب فلج شدن روند زندگی در مناطق بزرگ مسکونی شود. به اعتقاد برخی کارشناسان به نظر میرسد کشورهای پیشرفته پیشاپیش چنین سلاحی را تکمیل کردهاند و حتی برخی بر این باورند که ناتو در جریان جنگ علیه صربستان از این قبیل بمبها برای تخریب دستگاههای رادار صربها بهره گرفته است.
انفجار یک میدان مغناطیسی بسیار نیرومند میتواند در کسری از ثانیه آن چنان قدرت الکتریکی بالایی را در کلیه مواد هادی پیرامون خود القا نماید، که به راستی تمام آنها را مختل نموده و از کار بیاندازد. هر چند این میدان مغناطیسی بر روی جسم انسان به عنوان یک هادی الکتریکی نیز موثر میباشد. ولی این تأثیر بسیار محدود و مقطعی بوده و بدن جز در موارد خاصی قدرت مقاومت در برابر آن را دارد. در جنگ افزارهای نسل الکترونیک استفاده از سلاح مغناطیسی و امواج الکترومغناطیسی جایگاه ویژهای داشته و مورد توجه سازندگان این قبیل سلاحها بوده است.
ماهیت بمب الکترومغناطیسی
بمب الکترومغناطیسی در واقع چیزی نیست جز یک شار مغناطیسی فوق العادهای نیرومند که با گسیل امواج پر قدرت (SHF) سوپر فرکانسهای با طول موج بالاتر از ده گیگا هرتز موسوم به امواج میکرو ویو پر قدرت (High Power Microwave) میتواند هر گونه دستگاههای الکتریکی یا الکترونیکی واقع در محدوده عمل خود را در یک باند فوق گسترده (uWb) که مخفف عبارت ultra Wide band میباشد، فلج نماید.
روزی را تصور کنید که در یک شهر معمولی و در یک زمان تمام دستگاههای الکتریکی روشن و در حال کار ناگهانی سوخته و از کار بیافتد و تمام دستگاههای خاموش نیز در آن واحد روشن شده و پس از چند لحظه آنها نیز بسوزند. در چنین شهری پس از انفجار بمب الکترومغناطیسی بر فراز شهر ، در کسری از ثانیه یک تا دو میلیارد وات انرژی الکتریکی کلیه سیستمهای مخابراتی و رادیویی و تلویزیونی را از کار بیاندازد.
برق شهر قطع میگردد، مدار الکتریکی همه رایانهها میسوزد. تمام باتریها و خازنها منفجر میشوند. لامپ تصویر همه تلویزیونها و مانیتورهای خاموش یا روشن نورانی شده و میسوزد. همه موتور الکتریکی با آخرین دور ، همه و همه از کار میافتند و ناگهان شهر در قهقرا فرو میرود. سیستمهای گرمازایی و سرمازایی ، پمپهای آب و حتی ساعتهای مچی نیز از کار میافتند.
شهر بدون الکتریسیته ، موتور ، باتری ، مخابرات و حرکت کاملا فلج میشود. همه این اتفاقات با سرعت نور یعنی کسری از ثانیه پس از انفجار یک بمب الکترومغناطیسی در حوزه میدان مغناطیسی آن اتفاق میافتد. با این حال سلاح مغناطیسی را میتوان یک اسلحه انسانی نیز به حساب آورد. چرا که به ساختمانها و انسانها کمترین آسیب را میرساند.
کدام موج در نقش بمب ظاهر میشود؟
بزودی این نکته روشن شد که مناسبترین امواج الکترومغناطیسی برای ساخت بمبهای الکترومغناطیسی ، امواج با فرکانس در حدود گیگا هرتز است. این نوع امواج قادرند به درون انواع دستگاههای الکترونیک نفوذ کنند و آنها را از کار بیندازند. برای تولید امواج با فرکانس گیگاهرتز نیاز به تولید پالسهای الکترونیکی بود که تنها 100 پیکو ثانیه تدوام پیدا کنند. یک شیوه تولید این نوع پالسها استفاده از دستگاهی به نام «مولد ژنراتور مارکس» بود. این دستگاه عمدتا متشکل است از مجموعه بزرگی از خازنها که یکی پس از دیگری تخلیه میشوند و نوعی جریان الکتریکی موجی شکل بوجود میآورند.
با گذراندن این جریان از درون مجموعهای از کلیدهای بسیار سریع میتوان پالسهایی با دوره زمانی 300 پیکوثانیه تولید کرد. با عبور دادن این پالسها از درون یک آنتن ، امواج الکترومغناطیسی بسیار قوی تولید میشود. مولدهای مارکس سنگین هستند اما میتوانند پشت سرهم روشن شوند تا یک سلسله پالسهای قدرتمند را به صورت متوالی تولید کنند. این نوع مولدها هم اکنون در قلب یک برنامه تحقیقاتی قرار دارند که بوسیله نیروی هوایی آمریکا کانزاس در دست اجراست.
بمب الکترومغناطیسی چگونه عمل می کند؟
E - Bomb به سال 1945 بر میگردد. فیزیکدانی به نام آرتور . اچ. کامپتون روی جریان خروجی الکترونهای اتم مطالعه میکرد که امروز به اثر کامپتون معروف میباشد. بعدها اثر کمپتون در قالب تکانهای الکترومغناطیسی به طراحی انواع سلاحهای الکترومغناطیسی مختلف انجامید. برای شناخت E - Bomb باید ابتدا با یک تانک LC آشنا شویم:
تانک LC چیزی نیست جز یک مدار ساده نوسان ساز که از یک سلف یا سیم پیچ و یک خازن و یک باتری تشکیل شده است. در تانک LC یک فرکانس میرا تولید میگردد که اگر یک کلید قطع و وصل الکترونیکی به آن اضافه نماییم، بسته به قدرت فرکانس سازی یک فرکانس رادیویی کریر یا حامل خواهیم داشت. هر چند مدار الکترونیکی قابلیت تولید فرکانس در محدودههای مختلف را داراست، لیکن نیاز به یک مدار طبقه تقویت نیز دارد تا قدرت فرستندگی آن افزایش یابد.
لذا باید سر راه آن یک تقویت کننده ترانزیستوری قدرت نیز بهره جست که باز بسته به توان خروجی ترانزیستور طبقه تقویت قدرت فرستنده افزایش مییابد. قدرت یک فرستنده بستگی به توان خروجی آن دارد. معمولا فرستندههای 5 وات یا بالاتر از آن فرستندههای نیرومند به حساب میآیند، به نحوی که اگر انسان در کنار آنها قرار گیرد برای سلامتی وی مضر خواهد بود.
حال آنکه میتوان با افزایش طبقات تقویت قدرت فرستندگی امواج را بسیار بالا برد. اما این تنها بخش الکترومغناطیسی بمب الکتریکی میباشد، در حالیکه این بمب مثل هر بمب دیگری دارای واحد بخش انفجاری نیز میباشد. این قسمت یک بمب کاملا کلاسیک و عادی است. در واقع بخش اصلی بمب الکترومغناطیسی یک لوله تو خالی رسانا است، که حکم هسته سیم پیچ بمب را نیز دارد و در داخل این هسته مواد منفجره و چاشنی الکتریکی قراردارد که درست در لحظه انفجار بمب مدار الکتریکی نیز بکار میافتد و میدان مغناطیسی حاصل از کارکرد مدار الکترونیکی در یک میدان انفجاری قرار گرفته و انفجار میدان الکترومغناطیسی رخ میدهد.
همزمانی انفجار بمب و بکار افتادن مدار نوسان ساز بسیار مهم میباشد. زیرا آنچه موجب تقویت امواج الکترومغناطیسی باور نکردنی و ارسال امواج الکترومغناطیسی در همه جهات میگردد وقوع انفجار در مرکز میدان مغناطیسی میباشد. همچنین از دیگر نکات حائز اهمیت در E - Bomb جهت سیم پیچ است که با عنایت با قانون دست راست فلمینگ میتوان جهت شار مغناطیسی را متناسب با شکل سیم پیچ ، تعیین نمود.
ایجاد میدان مین الکترومغناطیسی
هدف این برنامه جای دادن مولدهای مارکس روی هواپیماهای بدون خلبان یا در درون بمبها و موشکهاست تا از این طریق نوعی «میدان مین الکترومغناطیسی» برای مقابله با دشمن ایجاد شود. اگر هواپیما یا موشک دشمن از درون این میدان مین الکترومغناطیسی عبور کند، بلافاصله نابود خواهد شد. اگر لازم باشد تنها یک انفجار عظیم به انجام رسد، به دستگاهی نیاز است که بتواند یک پالس الکترونیکی بسیار قدرتمند را بوجود آورد؛ این کار را میتوان با استفاده از مواد منفجره متعارف نظیر «تی . ان . تی» انجام داد. دستگاهی که این عمل را به انجام میرساند، «متراکم کننده شار» نام دارد.
در این دستگاه از انفجار اولیه یک ماده منفجره متعارف برای فشرده کردن یک جریان الکتریکی و میدان الکترومغناطیسی تولید شده بوسیله آن استفاده میشود. زمانی که این جریان فشرده شد، به درون یک آنتن فرستاده میشود و یک موج الکترومغناطیسی بسیار قدرتمند از آنتن بیرون میآید. طرح تکمیل دستگاههای متراکم کننده شار از سوی نیروی هوایی آمریکا در ایالت نیو مکزیکو در دست تکمیل است. از جمله طرحهایی که برای کاربرد این دستگاه در نظر گرفته شده ، جای دادن آنها در بمبهایی است که از هواپیما به پایین پرتاب میشود و نصب آنها در موشکهای هوا به هواست.
امتیاز بزرگ بمبهای الکترومغناطیسی
نخست آنکه این بمبها مستقیما جان انسانها را به خطر نمیاندازد و تنها بر دستگاههای الکترونیک اثر میگذارد.
نکته دوم آنکه ساخت آنها بسیار ساده است.
همچنین بمبهای الکترومغناطیسی در صورتی میتوانند بالاترین خسارت را وارد آورند که فرکانس امواجشان با فرکانس دستگاههایی که به آنها وارد میشوند یکسان باشد.
بنابراین برای ایجاد مصونیت در دستگاههای الکترونیکی که در مراکز حساس کار میکنند، میتوان طراحی مدارها را به گونهای انجام داد که اولا میان بخشهای مختلف ، سپرهای محافظتی موجود باشد و ثانیا در ورودی این قبیل دستگاهها باید صافیها و سنجندههایی را قرار داد که بتواند علامتهای مورد نیاز و امواج حاصل از انفجار را تشخیص دهند و مانع ورود این قبیل امواج شوند.
چهارشنبه 21/6/1386 - 13:52
کامپیوتر و اینترنت
به نام خدا
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.
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.
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.
چهارشنبه 21/6/1386 - 13:50
کامپیوتر و اینترنت
به نام خدا
همجوشی هستهای بنیاد اصلی بمب هیدروژنی را تشکیل میدهد. همانطور که از شکافته شدن هستههای سنگین (شکافت هستهای) ، مقدار عظیمی انرژی حاصل میشود. از پیوند هستههای سبک نیز انرژی بیشتری بدست میآید. در هر یک از دو حالت هستههایی با جرم متوسط تشکیل میگردد، که جرم آنها کمتر از جرم اولیهای است که برای تشکیل آنها بکار رفته است. در حالی که در روش شکافتن ، ماده اولیه منحصر به اورانیوم و توریم است. در روش پیوند هستهای از هر اتم سبکی مثلا اتم هیدروژن میتوان استفاده نمود.
هیدروژن مورد نیاز در واکنش همجوشی هستهای
هیدروژن موجود در تمامی آبهای اقیانوسها یکی از مواد اولیه روش پیوند هستهها را تشکیل میدهد. هیدروژن سنگین که نسبت به هیدروژن معمولی فوق العاده نایاب است برای پیوند بسیار نامناسب بوده و با وجودی که در هر 6400 اتم هیدروژن ، فقط یک اتم آن هیدروژن سنگین میباشد، بنابراین مقدار هیدروژن موجود در اقیانوسها بسیار کافی است.
شرایط لازم برای انجام پیوند هستهای
برای اینکه پیوند هستهای انجام گیرد چه شرایطی لازم است؟
برای انجام عمل پیوند با هسته دو اتم را به شدت به هم بزنیم، تا به هم پیوند خورده و در هم ذوب شوند. اما دافعه الکترواستاتیکی هسته ، مانع بزرگی در این راه جلوی پای ما گذاشته است. در فواصل بینهایت نزدیک این دافعه فوق العاده زیاد است. البته راه حل سادهای به نظر میرسد، بدین معنی که بایستی به هستهها آنقدر سرعت دهیم که از این مانع رد شوند. میدانیم که سرعت ذرات در هر گازی بستگی به درجه حرارت آن گاز دارد. پس کافی است درجه حرارت را آنقدر بالا ببریم تا سرعت لازم برای عبور از این مانع بدست آید.
درجه حرارت لازم برای این کار چندین میلیون درجه سانتیگراد است و چنین حرارتی در کره زمین وجود ندارد. اما اگر یک بمب اتمی در وسط تودهای از هستههای سبک منفجر شود، حرارت فوق العادهای که از انفجار بمب حاصل میشود، حرارت هستههای سبک را به قدری بالا میبرد که پیوند آنها را امکانپذیر سازد. این موضوع اساس ساختمان بمب حرارتی و هستهای (ترمونوکلئور) میباشد.
همانطوری که در کبریت عادی برای آتش گرفتن ابتدا فسفر موجود در آن بر اثر مالش محترق میشود و آنگاه گوگرد را روشن میسازد، در بمبهای (حرارتی و هستهای) نیز ابتدا یک بمب اتمی معمولی منفجر میشود و در نتیجه انفجار تودهای از اجسام سبک را به حرارت فوق العادهای میرساند، بطوری که هستههای آنها به هم میپیوندند و آنگاه انفجار مهیبتری انجام میگیرد.
بمبهای هیدروژنی
بعد از انفجار یک بمب اتمی معمولی ، عمل سرد شدن به سرعت انجام میگیرد. بنابراین ، باید فعل و انفعالاتی را در نظر گرفت که در آنها عمل پیوند به سرعت انجام گیرد. اگر یک بمب اتمی را در مخلوطی از دوتریوم و تریتیوم محصور کرده و مجموعه را در یک محفظه با مقاومت مکانیکی زیاد قرار دهیم، پس ازانفجار بمب اتمی محیط مساعدی برای یک فعل و انفعال ترمونوکلئور (فعل و انفعال هستهای گرمازا) بوجود میآید و در اثر آن عمل پیوند هستهها انجام شده و هلیوم بوجود میآید.
تریتیوم + دوتریوم <----- هلیوم + نوترون
در نتیجه این فعل و انفعال ، حدود هفده میلیون الکترون ولت ، انرژی آزاد میشود. این میزان انرژِی نسبت به واحد وزن ماده قابل انفجار ، در حدود چهار برابر انرژی است که از شکسته شدن اورانیوم حاصل میشود. به عبارت دیگر در موقع پیوند هستههای دوتریم و تریتیوم ، انرژی بیشتر بر واحد جرم نسبت به شکافته شدن هستههای اورانیوم رها میشود.
اشکالات اساسی ساخت بمب هیدروژنی
تهیه بمب هیدروژنی دو اشکال عمده دارد که عبارتند از:
اولا باید دوتریوم و تریتیوم را به حالت مایع بکار برد. چون این دو عنصر در حالت معمول بصورت گاز هستند و در حرارت فوق العاده زیاد هم با کندی به هم پیوند میخورد. و لذا مجبورند آنها را در حرارتی معادل 250 درجه سانتیگراد زیر صفر نگه دارند. بطورری که وزن دستگاه لازم به وضع غیر عادی سنگین میشد و بمب با زحمت زیاد حمل و نقل میگردید و پرتاب آن بوسیله هواپیما بسیار مشکل بود.
ثانیا اگر چه تهیه دوتریوم سهل است، اما تهیه تریتیوم فوق العاده مشکل و پر هزینه میباشد و برای تهیه آن باید در کوره اتمی عنصر لیتیوم را بوسیله نوترون بمباران کنند که از تجزیه متوالی آب بوسیله جریان الکتریکی ، آب سنگین بدست میآید. بطوری که دوتریوم یکی از عناصر مرکب آن است. از تجزیه آب سنگین (دوتریوم) بدست میآید.
چهارشنبه 21/6/1386 - 13:48
کامپیوتر و اینترنت
به نام خدا
در سال 1895 ، درخشش کوتاه صفحه فسفرسانتی که در گوشهای از آزمایشگاه نیمه تاریک بررسی اشعه کاتدیک قرار داشت، ذهن آماده و خلاق رنتگن که در آن زمان استاد فیزیک بود، متوجه پرتوهای تازهای نمود که از حباب شیشهای لامپهای کاتودیک بیرون زده و بی آنکه به چشم دیده شود به اطراف پراکنده میشوند. آن چه مایه شگفتی رنتگسن شده بود، نفوذ این پرتوها از دیواره شیشهای لامپ به بیرون و تأثیر آن روی صفحه فاوئورسانت در گوشهای نسبتا دور از لامپ در آزمایشگاه بود. رنتگن به بررسیهای خود درباره کشف تازه که آن پرتو ایکس نامید (بخاطر فروتنی) ، ادامه داد. بعدها این اشعه رنتگن نامیده شد.
طیف اشعه ایکس
اشعه تولید شده بوسیله لامپ اشعه ایکس یک طول موج ندارد. بلکه شامل گسترهای از طول موجهاست. پرتوهای ایکس بوسیله دو نوع فرایند تولید میشوند:
شتاب منفی الکترونها در موقع برخورد با انتهای ماده هدف پرتوهای ایکسی با طول موجهای متفاوت تولید میکند. این پرتو "سفید" یا نوار پیوسته فرکانسها در طیف اشعه ایکس را به عنوان تابش ترمزی میشناسند.
برخورد الکترون با اتم هدف موجب جابجایی الکترون مداری در اتم هدف و راندن آن به حالت پر انرژیتری میشود. این عمل را برانگیزش مینامند.
هنگامی که الکترون مداری پر انرژی به موقعیت مداری نخستین خود برمیگردد، رها شدن انرژی بصورت گسیل پرتوی با فرکانس خاصی خواهد بود. این پرتو شدت خیلی بیشتری نسبت به پرتو "سفید" زمینه خواهد داشت.
معمولا برای هر ماده هدف معینی بیش از یک طول موج اشعه ایکس وجود دارد. طول موج پرتو تولید شده بوسیله لامپ اشعه ایکس ، حد پایینی دارد که با ولتاژ لامپ نسبت عکس دارد. کمترین طول موج برحسب نانومتر (nm) از رابطه زیر بدست میآید. که در آن V ولتاژ لامپ میباشد.
λmin = 1239.5/V
پرتو حد پایینی طول موج طیف ، بیشترین اهمیت را در پرتو نگاری دارد. زیرا توانایی نفوذ آن بیشتر است.
مشخصههای بارز اشعه ایکس
بزرگی جریان لامپ بر پخش طول موج اشعه ایکس تولید شده تأثیر ندارد. اما بر روی شدت پرتو موثر است.
طول موج اشعه ایکس یا اشعه گاما بسیار مهم است. با کاهش طول موج ، نفوذپذیری پرتو به درون محیط افزایش مییابد. به بیان دیگر در مقایسه با پرتوی با طول موج بزرگتر ، پرتوی با طول موج بسیار کوتاه قادر به نفوذ به ماده معینی با ضخامت بیشتر و یا چگالی بیشتر خواهد بود. بنابراین ، اگر حداقل طول موج پرتو تولید شده با افزایش ولتاژ لامپ کاهش یابد، نفوذپذیری پرتو افزایش خواهد یافت.
بررسی کمی اشعه ایکس
پرتو ناشی از لامپ 200 کیلوولتی به درون فولادی به ضخامت حدود 25mm نفوذ میکند.
اگر ولتاژ لامپ به 1Mv افزایش یابد، پرتو به درون فولادی به ضخامت حدود 130mm نفوذ خواهد کرد.
حد بالای عملی برای لامپهای اشعه ایکس رایج در حدود 1000Kv است و این امر سبب تولید اشعه ایکس با کوتاهترین طول موج می شود. این پرتو انرژی فوتونی تقریبا برابر 1Mev دارد.
پرتو ایکس با انرژی فوتونی تا 30Mev را با استفاده از الکترونهای پرانرژی (الکترونهای سریع) بوجود آمده بوسیله مولد واندوگراف شتاب دهنده خطی یا چشمه بتاترون میتوان تولید کرد.
نفوذ پذیری اشعه ایکس
نفوذ پذیری پرتوهای ایکس تولید شده از پرتوهای گاما کمتر بوده اما برای پرتوهای ایکس تولید شده در لامپهای اشعه ایکس بوسیله چشمههای پرانرژی در خصوص فولاد نیز دیده میشود. باید توجه کرد که بیشترین ضخامتهای استفاده از زمانهای پرتودهی چند دقیقهای و فیلمی با سرعت متوسط میتوان مورد بررسی قرار داد. مقاطع ضعیفتر را با استفاده از زمانهای پرتودهی طولانی و فیلمی با سرعت زیاد میتوان بازرسی کرد.
نحوه تولید اشعه ایکس
پرتوهای ایکس را بوسیله بمباران هدفی فلزی با باریکهای از الکترونهای سریع تولید می کنند. قطعات اصلی لامپ اشعه ایکس شامل کاتد برای گسیل الکترونها و آند به عنوان هدف میباشد، که هر دو درون لامپ خلا جای گرفتهاند. با توجه به میزان نفوذ اشعه ایکس و فرکانس مربوطهاش از لامپهای اشعه ایکس متنوعی در کارهای تحقیقاتی ، پزشکی ، صنعت و ... استفاده میکنند.
يا علي مدد
چهارشنبه 21/6/1386 - 13:45
کامپیوتر و اینترنت
"بسم الله الرحمن الرحيم"
تك قطبي مغناطيسي (Magnetic Monopole)
GUT (Grand Unified Theories) و تئوري هاي ابر ريسمان (Superstring) هر دو وجود ذره اي با يك قطب مغناطيسي را پيش بيني مي كنند اما مشكلي كه در اين مدل وجود دارد اولا توليد بار مغناطيسي و ميدان در آنهاست و ثانيا رصد نشدن اين ذرات تا به امروز بوده است.
همچنين تعريف اسپين اين ذرات هم كار مشكلي به نظر مي رسد.
اگر مقدار بار را در معادلات گاس (Gauss) و فارادي (Faraday) كه هركدام از معادلات ماكسول (Maxwell) بهره مي برند مجهول قرار دهيم مقدار آن صفر به نظر خواهد رسيد. خود اين موضوع براي پذيرش سخت است. زيرا ذرات زيراتمي (حتي كوارك ها كه نوترون خنثي را تشكيل مي دهند) داراي بار هستند.
امروزه در نسبيت براي اثبات اينكه نيروي ميادين مغناطيسي از ديگر نيروها متفاوت است از تبديلات لورنتز (Lorentz Transformations) استفاده مي كنيم.
اما براي آشكارسازي اين ذرات بايد تنها از راه نسبيت وارد شويم.
از معدود افرادي كه مي خواست اين كار را كند ديراك بود.
ديراك قصد داشت با معادلات كوانتومي ديدي كاملا نسبيتي از الكترومغناطيس بدست بياورد.
او در سال 1931 نشان داد بدين منظور نمي توان از مكانيك كوانتومي استفاده كرد زيرا اثبات كرد كه حتي اگر تك قطبي مغناطيسي در دنيا وجود داشته باشد بايد داراي بار كوانتيده (Quantized) شود.
براي اين منظور بايد واحدي نيز مي بود. ديراك با نگاهي جديد سعي در شكافت مساله كرد و با انجام اعمال بسيار پيچيده در رياضي و با استفاده از تابع دلتا (تابع ديراك) دريافت كه واحد بار كوانتيده بايد عكس واحد بنيادين بار الكتريكي باشد.
ديراك در تمام اين محاسبات ذره ي فرضي را الكترون در نظر گرفته بود و لازم بود كه فضا-زمان را از يكديگر باز كنيم.
ديراك براي اين كار ريسمان ديراك (Dirac String) را بوجود آورد. رفتار اين ريسمان تقريبا همانند سيم پيچ در اثر آهارونوف – بوم (Aharonov-Bohm Effect) بود.
اثر مذكور تاثير بار بر ميادين مغناطيسي را در غياب ذره در ميدان بررسي مي كند.
به دليل بيان تمام اين مطالب جديد تئوري هاي ديگري كه در راس آنها تئوري شاخص (Gauge Theory) قرار داشت سعي در شناخت ساده تر بار كوانتيده كردند.
در سري تئوري هاي شاخص نيز فرضيه اي كه از همه بيشتر مورد توجه قرار گرفت در مكانيك هيگز (Higgs Mechanism) اين موضوع را بررسي مي كرد و تك قطبي هوفت – پولياكوف (Hooft-Polyakov Monopole) نام داشت. ويژگي قابل توجهي كه اين مدل داشت نقطه اي نبودن بررسي آن بود. به اين معنا كه ديگر ذره ي خاصي مثل الكترون ديراك را مدنظر نداشت.
در واقع اين مدل ديگر محدود به پراكندگي ايده آل لورنتز نبود.
همچنين در مدل ديراك از معادله ي ديراك استفاده شده بود كه ذره را به حركت الكتروني محدود مي كرد.
در معادله ي ديراك الكترون پس از يك چرخش به نقطه ي اول خود مي رسد در صورتيكه مشخص نبود اين ذرات تك قطبي چه نوع اسپيني دارد!
حال گفته بوديم براي بررسي مدل ديراك بايد فضا-زمان را از هم باز كنيم.
توپولوژي (Topology) فضا-زمان در حالت معمول R4 مي باشد. اگر زمان را از آن حذف كنيم تقريبا مسئله هم ارز با هوموتوپي (Homotopy) خواهد شد و توپولوژي آن برابر با كره (S2) خواهد بود.
لازم به ذكر است كه در توپولوژي هوموتوپي دو تابع پيوسته است كه از يك فضاي توپولوژي به فضاي ديگري مي رود.
تئوري شاخص با اين محاسبات نشان مي دهد كه تك قطبي ديراك الزاما نبايد داراي بار كوانتيده باشد.
اگرچه اين تئوري مسائل را در قالب يك گروه واحد (ماتريس واحد n x n) بررسي مي كند كه اين نوع بررسي بايد الزاما جدا از توپولوژي كره باشد. اين بدان معناست كه گروه واحد U(1) در Gauge Theory اصلا مماس بر كره نيست كه توپولوژي برابري با آن داشته باشد و توپولوژي در كل اتصال و به همرسي فضاها در هندسه را بررسي مي كند.
اين خود يك خلا بزرگ بود. زيرا پيش بيني ديراك در مورد بار كوانتيده اصلا درست توجيه نمي شد.
اما در سالهاي بعد و با بدست آوردن مقدار تقريبا صفر براي يك تك قطبي از معادلات گاس و فارادي اين تئوري ارزش خود را دوباره پيدا كرد.
بعد از مدتي تئوري هاي شاخص و كوانتومي سعي كردند كه با يكديگر يك تئوري واحد را بيان كنند و به همين ترتيب GUT بيان شد. اين تئوري ذراتي را به نام ديون (Dyon) معرفي مي كند كه هم زمان هم بار الكتريكي دارند و هم بار مغناطيسي. طبق اين مدل تك قطبي مغناطيسي ذره اي است كه بار الكتريكي صفر و عدد لپتوني يك دارد.
اين بدان معناست كه تك قطبي مغناطيسي مانند الكترون نبايد واپاشي داشته باشد و تجزيه شود.
همچنين اين مدل طبق معادلات فريدمان (Freidmann Equations) بيان مي كند چگالي ذرات تك قطبي در دنياي ما حدودا بايد 1011 برابر چگالي چرخشي (Critical Density) باشد. بنابراين بايد به طور متداول در دنياي ما قابل رصد باشند. (در بين هر 1029 ذره يك تك قطبي بايد ديده شود).
گرچه پيش بيني مي شود اين ذرات ارتباط زيادي با X Bosons و Y Bosons داشته باشند و محدوده ي جرم آنها در آزمايشات 600 (Gev/C2) تا 1017 (Gev/C2) تعيين شده است اما از آنجا كه ايجاد اين نوع از بوزون ها حتي در CERN به دليل جرم زيادشان امكان ناپذير مي باشد هنوز اين ايده در حد يك فرض مانده است.
اما دانشمندان در تلاش هستند كه اين نوع بوزون ها را در توجيه واپاشي پروتون به كار گيرند. اين ايده ها در صورتي ببان شده اند كه در سال هاي اخير در ژاپن توانسته اند نيمه عمر تقريبي پروتون منفرد را 1035 سال پيش بيني كنند كه اين نتيجه عملا ورود اين بوزون ها را به مسئله نقض مي كند.
گرچه تا به حال ذره اي تك قطبي مشاهده نشده است و دقيقا بر همين مبنا مدل هاي كيهان شناسي پيش بيني مي كنند كه اين ذرات بعد از بيگ بنگ تنها بايد تعداد كمي را شامل شوند!
اگر اين مدل را بخواهيم بپذيريم بايد نتيجه ي آزمايشات را به دو نوع بوزون مذكور ربط دهيم كه تك قطبي ها را محدود به اجرام بسيار بالا مي كند!
ديدگاه VMR-PCR:
در "مدل كيهاني VMR-PCR" بيان كرديم كه اين نظريه تمام عالم را به دو ذره يكي بوزون و ديگري فرميون مرتبط مي كند و اين ذرات را تك قطبي و مكمل يكديگر مي خواند.
اين دو ذره در مركز عالم وجود دارند و داراي جرم زيادي متمركز در خود مي باشند (كه اين جرم و چگالي زياد باعث بيگ بنگ شده است).
از آنجاييكه دنيا در حال انبساط است پس هنوز جرم متمركز در مركز دنيا بايد مقدار عظيمي باشد.
تمام اين جرم را نمي توان به آن دو ذره مرتبط كرد اما گفتيم كه همواره مقدار اختلاف بين نيروي دافعه ي خلا و ماده ناچيز است.
همچنين اينكه تنها دو ذره موجود باشد يا اين خود نيز نياز به بررسي و تجربه ي بيشتري است. اما اينكه چرا اين ذرات در دنيا منتشر شده نيستند تنها مي توانند يك جواب داشته باشد:
مقدار ذرات تك قطبي هميشه در مركز دنيا ثابت است و در موقعيتي قرار دارد كه وقتي نوبت به انتشار آنها مي رسد جرم متمركز در مركز آنقدر كم است كه دافعه ي خلا شروع به منقبض كردن دنيا مي كند.
اما اين مدل در هر حال مي تواند مسئله ي انتشار نيافتن اين ذرات در دنيا را توجيه كند.
تنها تفاوتي كه نمي گذارد اين مدل نظر دانشمندان را تاييد كند اين مسئله است كه مدل VMR-PCR به جاي دو بوزون X و Y يك بوزون و يك فرميون را پيشنهاد مي كند. (X Boson – Y Fermion).
اينكه بار و ديگر پارامترها در اين ذرات بايد كوانتيده باشد از نظر VMR-PCR كاملا صحيح است.
زيرا در "مدل ديناميك و مكانيك VMR-PCR" بيان كرديم كه كوانتوم در همرسي قطرهاي ذوزنقه هاي ايجاد شده تعريف مي شود و مركز دنيا خود راس مثلث است. پس هرچيزي كه در آنجاست بايد كوانتيده باشد.
اما مسلما بار الكتريكي براي يك ذره ي تك قطبي وجود ندارد. زيرا شارش بايد بين دو منبع غيرهمنام صورت گيرد.
چگونه بار الكتريكي در يك ذره ي منفرد تك قطبي شارش كند؟
اما بالعكس در اين مدل براي مقدار بار مغناطيسي بي نهايت پيش بيني شده زيرا همانطور كه در مدل كيهاني گفتيم قدرت ميدان اجرام سماوي از بيگ بنگ تا به حال پيوسته در حال كاهش بوده است.
اما در لحظات بعد از بيگ بنگ داراي بيشترين قدرت خود بوده اند. اين نشانه ي وجود يك شارژ مغناطيسي در مركز دنياست. بنابراين نبايد قدرت ميدان و بار مغناطيسي اي محدودي داشته باشد.
مشكل ديگري كه بيان كرديم مسئله ي اسپين است.
با فرض اينكه اين دو ذره در كنار يكديگر قرار گيرند و همديگر را مكمل شون مدلي براي چرخش و دوران آنها ايجاد نمي شود. زيرا يكي از آنها فرميون با اسپين نيمه صحيح و ديگري بوزون با اسپين صحيح است.
گفتيم كه مركز دنيا بر راس مثلث در مدل VMR-PCR قرار دارد. به همين دليل زمان سفر در نظر گرفته مي شود.
بر همين مبنا متوجه مي شويم كه سرعت اين ذرات نيز صفر است و الزاما اسپين آنها صفر مي شود.
ولي با يك مثال نتيجه را بهتر بيان مي كنيم.
اگر جرمي با سرعت بي نهايت در حال چرخش به دور خود باشد آيا ما متوجه مي شويم كه در حال چرخش است؟
ثابت به نظر مي رسد. زيرا در هر لحظه هر نقطه اي از آن در همه جا وجود دارد.
اين خيلي بعيد است كه با چگالي زياد مركز دنيا چرخشي براي آن نداشته باشيم.
سرعت نهايت در VMR-PCR همان C2 است. بنابراين اينگونه اسپين هم بايد در نهايت خود باشد.
مقدار آن مشخص نيست. زيرا دلايل واضحي براي تعيين آن نداريم اما هرچه هست در نهايت است.
بنابراين آن را بي نهايت مي ناميم.
اين مدل ديگر جاي سوالي را باقي نمي گذارد.
سه شنبه 20/6/1386 - 19:11
کامپیوتر و اینترنت
به نام خدا
منبع:www.robatic.pib.ir
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.
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.
سه شنبه 20/6/1386 - 18:58
کامپیوتر و اینترنت
نانو چيست؟
در سالهاي اخير، پيشرفتهاي تكنولوژي وسايل و مواد با ابعاد بسيار كوچك به دست آمده است و به سوي تحولي فوق العاده كه تمدن بشر را تا پايان قرن دگرگون خواهد كرد ، پيش مي رود . براي درك بهتر اندازه هاي مادون ريز ، قطر موي سر انسان را كه يك دهم ميليمتر است در نظر بگيريد ، يك نانومتر صدهزار برابر كوچكتراست . تكنولوژي و مهندسي در قرن پيش رو با وسايل ، اندازه گيريها و توليداتي سروكار خواهد داشت كه چنين ابعاد مادون ريزي دارند . درحال حاضر پروسه هايي در ابعاد چند مولكول قابل طراحي و كنترل است . همچنين خواص مكانيكي ، شيميايي ، الكتريكي ، مغناطيسي ، نوري و... مواد در لايه ها در حدود ابعاد نانومتر قابل درك و تحليل و سنجش است .
تكنولوژي درقرن گذشته در هرچه ريزتر كردن توليدات تكنولوژيكي پيشرفت چشمگيري داشت ، بطوريكه به مزاح گفته شد كه ديگر كشف ذرات ريز اتمي ( Sub-Atomic ) نه تنها جايزه نوبل ندارد ، بلكه به آن جريمه هم تعلق مي گيرد ! تكنولوژي نو درقرن حاضر مسير عكس را طي مي كند . يعني مواد مادون ريز را بايد تركيب كرد تا دانه هاي بزرگتر كارآمد به وجود آ ورد
درست همان روشي كه در طبيعت براي توليد كردن حاكم است . مجموعه هاي طبيعي ، تركيبي از دانه هاي مادون ريز قابل تشخيص با خواص مشابه و يا متفاوت با اندازه هاي در حدود نانو است .
اثر تحقيقات در فناوريهاي مادون ريز هم اكنون در درمان بيماريها و يا دست يافتن به مواد جديد به ظهور رسيده است . موارد بسياري در مرحله تحقيقات كاربردي و آزمايشي است .اكنون ساخت رايانه هاي بسيار كوچكتر و ميليونها بار سريعتر در دستور كار موسسات تحقيقاتي قرار دارد .
در بياني كوتاه نانوتكنولوژي يك فرايند توليد مولكولي است . همانطور كه طبيعت مجموعه ها را بطور خودكار مولكول به مولكول ساخته و روي هم مونتاژ كرده است ، دانشمندان اين علم هم بايد براي توليد محصولات جديد ، با اين اعتقاد كه هرچه در طبيعت توليد شده قابل توليد در آزمايشگاه نيز هست ، نظير طبيعت راهي پيدا كنند . البته منظور اين نيست كه چند هسته از مواد راپيدا كنند و با رساندن انرژي و خوراك پس از چند سال يك نيروگاه از آن ساخته شود كه شهري را برق دهد . بلكه براي تركيب و تكامل خودكار توليدات مادون ريزكه به نحوي در مجموعه هاي بزرگتر مصرف دارد ، راهيابي شود . در اندازه هاي مادون ريز ، روشها و ابزارآلات متعارف فيزيكي مانند تراشيدن و خم كردن و سوراخ كردن و...جوابگو تيستند .
براي ساختن ماشينهاي ملكولي بايد روش پروسه هاي طبيعي را دنبال كرد . با تهيه نقشه هاي ساختاري بدن يعني آرايش ژنها و DNA كه ژنم ناميده شده است و به موازات آن دست يافتن به تكنولوژي مادون ريز ، در دراز مدت تحولات بسياري در هستي ايجاد خواهد شد . توليد مواد جديد ، گياهان ، جانداران و حتي انسان متحول خواهد شد . اشكالات ساختاري موجودات در طبيعت رفع مي شود و با تركيب و خواص اورگانيك گياهان و جانوران ، موجودات جديدي با خواص فوق العاده و شخصيتهاي متفاوت بوجود خواهد آمد .آينده علوم و مهندسي كه چندين گرايشي Multi- Disciplinary است ، به طرف توليد ماشينهاي مولكولي سوق داده خواهد شد تا در نهايت بتواند مجموعه هاي كارآيي از پيوندهاي ارگانيك و سايبريك را عرضه نمايد .
هستي را به رايانه ( سخت افزار ) و برنامه ( نرم افزار ) كه دو پديده مختلف ولي ادغام شده هستند ، مي توان تشبيه كرد . سخت افزار مصداق ماده ( اغلب اتم هيدروژن ) و نرم افزار يا برنامه ، قابليت نهفته در خلقت آن است .
اتم به نظر ساده و ابتدايي هيدروژن در طي ميلياردها سال با قابليت نهفته در خود توانسته است ميليونها نوع آرايش مختلف را در هستي بوجود آورد . بشر از بوجود آوردن اساس ماده عاجز است . ولي در برنامه ريزيهاي جديد و يافتن اشكال ديگري از آنچه در طبيعت وجود دارد ، پيش خواهد رفت . طبيعت را خواهد شناخت و به اصطلاح ، قفلهاي شگفت آور آن را باز خواهد كرد . احتمالا انسان در شرايط مناسبتري از درجه حرارت و فشار كه درتشكيل طبيعي مواد مختلف از هيدروژن لازم است ، بتواند اتمهاي مورد نباز خود را توليد كند ، سيارات ديگري را در نهايت در اختيار بگيرد و بعيد نيست كه انسانهاي آينده بتوانند در نيمه هاي راه ابديت در اكثر نقاط جهان هستي و كهكشانها سكني گزينند.
به احتمال زياد قبل از پايان هزاره سوم انسانها در بدن خود انواع لوازم مصنوعي و ديجيتالي راخواهند داشت. . از بيماري ، پيري ، درد ستون فقرات ، كم حافظه اي و... رنج نخواهند برد .قابليت فهم و تحليل اطلاعات در مغز آنها در مقايسه با امروز بي نهايت خواهد شد . در هزاره هاي آينده انسانهاي طبيعي مانند امروز احتمالا براي مطالعات پژوهشي نگهداري شده و به نمونه هاي آزمايشگاهي و بطور حتم قابل احترام تبديل خواهند شد و مردمان آينده از اينهمه درد و ناراحتي كه اجداد آنها در هزاره هاي قبل كشيده اند ، متعجب و متاثر خواهند بود .
چه انتظاري بايد از نانوتكنولوژي داشت :
اين تكنولوژي جديد توانايي آن را دارد كه تاثيري اساسي بر كشورهاي صنعتي در دهه هاي آينده بگذارد . در اينجا به برخي از نمونه هاي عملي در زمينه نانوتكنولوژي اشاره مي شود .
انتظار مي رود كه مقياس نانومتر به يك مقياس با كارايي بالا و ويژگيهاي منحصربفرد ،محصولاتي ساخته مي شود كه روش شيمي سنتي پاسخگوي اين امر نمي تواند باشد .
· نانوتكنولوژي مي تواند باعث گسترش فروش سالانه بسيار زياد براي صنعت نيمه هاديها و مدارهاي مجتمع ، طي 10 تا 15 سال آينده شود .
· نانوتكنولوژي ، مراقبتهاي بهداشتي ، طول عمر ، كيفيت و تواناييهاي جسمي بشر را افزايش خواهد داد .
· تقريبا نيمي از محصولات دارويي در 10 تا 15 سال آينده متكي به نانوتكنولوژي خواهد بود كه اين امر ، خود ميليونها دلار نقدينگي را به گردش درخواهد آورد .
· كاتاليستهاي نانوساختاري در صنايع پتروشيمي داراي كاربردهاي فراواني هستند كه پيش بيني شده است اين دانش ، سالانه ميليارد ها دلار را طي 10 تا 15 سال آينده تحت تاثير قرار دهد .
· نانوتكنولوژي موجب توسعه محصولات كشاورزي براي يك جمعيت عظيم خواهد شد و راههاي اقتصادي تري را براي تصويه و نمك زدايي آب و بهينه سازي راههاي استفاده از منابع انرژيهاي تجديد پذير همچون انرژي خورشيدي ارائه مي نمايد . بطور مثال استفاده از يك نوع انباره جريان گذرا با الكترودهاي نانولوله كربني كه اخيرا آزمايش گرديد و از رسانه ها خبر آن را شنيديم، نشان داد كه اين روش 10 بار كمتر آب دريا را نمك زدايي مي كند .
· انتظار مي رود كه نانوتكنولوژي نياز بشر را به مواد كمياب كمتر كرده و با كاستن آلاينده ها ، محيط زيستي سالمتر را فراهم كند . براي مثال مطالعات نشان مي دهد در طي 10 تا 15 سال آينده ، روشنايي حاصل از پيشرفت نانوتكنولوژي ،مصرف جهاني انرژي را تا 10 درصد كاهش داده ، باعث صرفه جويي سالانه 100 ميليارد دلار و همچنين كاهش آلودگي هوا به ميزان 200 ميليون تن كربن شود.
در چند سال گذشته بازارچند ميليارد دلاري برپايه نانوتكنولوژي كسترش يافته اند . براي مثال در ايالات متحده ، IBM براي هد ديسكهاي سخت ، يك سري حسگرهاي مغناطيسي را ابداع كرده است .
Eastern Kodak و 3M تكنولوژي ساخت فيلمهاي نازك نانو ساختاري را به وجود آورده اند . شركت Mobil كاتاليستهاي نانو ساختاري را براي دستگاههاي شيميايي توليد كرده است و شركت Merck ، داروهاي نانوذره اي را عرضه كرده است . تويوتا در ژاپن مواد پليمري تقويت شده نانوذره اي را براي خودروها و Samsung Electronics در كره ، در حال كار بر روي سطح صفحات نمايش توسط نانولوله هاي كربني هستند . بشر درست در ابتداي مسير قرار دارد و فقط چندين محصول تجاري از نانوساختارهاي يك بعدي بهره مي گيرند ( نانو ذرات ، نانو لوله ها ، نانو لايه و سوپر لاستيكها ) . نظزيات جديد و روشهاي مقرون به صرفه توليد نانوساختارهاي دو و سه بعدي از موضوعات مورد بررسي آينده مي باشند.
نانو تكنولوژي يا كاربرد فناوري در مقياس يك ميليونيم متر، جهان حيرت انگيزي را پيش روي دانشمندان قرار داده است كه در تاريخ بشريت نظيري براي آن نمي توان يافت. پيشرفتهاي پرشتابي كه در اين عرصه بوقوع مي پيوندد، پيام مهمي را با خود به همراه آورده است: بشر در آستانه دستيابي به توانايي هاي بي بديلي براي تغيير محيط پيرامون خويش قرار گرفته است و جهان و جامعه اي كه در آينده اي نه چندان دور به مدد اين فناوري جديد پديدار خواهد شد، تفاوت هايي بنيادين با جهان مالوف آدمي در گذشته خواهد داشت.
به گزارش ايرنا نانو تكنولوژي نظير هر فناوري ديگري چونان يك تيغ دولبه است كه مي توان از آن در مسير خير و صلاح و يا نابودي و فنا استفاده به عمل آورد. گام اول در راه بهره گيري از اين فناوري شناخت دقيق تر خصوصيات آن و آشنايي با قابليت هاي بالقوه اي است كه در خود جاي داده است. در خصوص نانو تكنولوژي يك نكته را مي توان به روشني و بدون ابهام مورد تاكيد قرار داد: اين فناوري جديد هنوز، حتي براي متخصصان، شناخته شده نيست و همين امر هاله ابهامي را كه آن را در برگرفته ضخيمتر مي كند و راه را براي گمانزني هاي متنوع هموار مي سازد.
كساني بر اين باورند كه اين فناوري نظير هيولايي فرانكشتين در داستان مري شلي و يا همانند جعبه پاندورا در اسطوره هاي يونان باستان، مرگ و نابودي براي ابناي بشر درپي دارد. در مقابل گروهي نيز معتقدند كه به مدد توانايي هاي حاصل از اين فناوري مي توان عالم را گلستان كرد.
در حال حاضر 450 شركت تحقيقاتي- تجاري در سراسر جهان و 270 دانشگاه در اروپا، آمريكا و ژاپن با بودجه اي كه در مجموع به 4 ميليارد دلار بالغ مي شود سرگرم انجام تحقيقات در عرصه نانو تكنولوژي هستند. در اين قلمرو اتمها و ذرات رفتاري غيرمتعارف از خود به نمايش مي گذارند و از آنجا كه كل طبيعت از همين ذرات تشكيل شده، شناخت نحوه عمل آنها، به يك معنا شناخت بهتر نحوه شكل گيري عالم است. به اين ترتيب دانشمنداني كه در اين قلمرو به كاوش مشغولند، به يك اعتبار با ذهن و ضمير خالق هستي و نقشه شگفت انگيز او در خلقت عالم آشنايي پيدا مي كنند، اما از آنجا كه دانايي توانايي به همراه مي آورد، شناسايي رازهاي هستي مي تواند توان فوق العاده اي را در اختيار كاشفان اين رازها قرار دهد. تحقيق در قلمرو نانو تكنولوژي از اواخر دهه 1950 آغاز شد و در دهه 1990 نخستين نتايج چشمگير از رهگذر اين تحقيقات عايد گرديد.
از جمله آنكه يك گروه از محققان شركت آي بي ام موفق شدند35 اتم گزنون را بر روي يك صفحه از جنس نيكل جاي دهند و با كمك اين تك اتمها نامي را بر روي صفحه نيكلي درج كنند. محققان ديگر به بررسي درباره ساختارهاي ريز موجود در طبيعت نظير تار عنكبوت ها و رشته هاي ابريشم پرداختند تا بتوانند موادي نازك تر و مقاوم تر توليد كنند. در اين ميان ساخت يك نوع مولكول جديد كربن موسوم به باكمينسترفولرين يا كربن- 60 راه را براي پژوهشهاي بعدي هموارتر كرد. محققان با كمك اين مولكول كه خواص حيرت انگيز آن هنوز در درست بررسي است، لوله هاي موئينه اي در مقياس نانو ساخته اند كه مي تواند براي ايجاد ساختارهاي مختلف در تراز يك ميليونيم متر مورد استفاده قرار گيرد. بررسي هايي كه در ابعاد نانو بر روي مواد مختلف صورت گرفته و خواص تازه اي را آشكار كرده است. به عنوان مثال ذرات سيليكن در اين ابعاد از خود نور ساطع مي كنند و لايه هاي فولاد در اين مقياس از استحكام بيشتري در قياس با صفحات بزرگتر اين فلز برخوردارند.
برخي شركتها از هم اكنون بهره برداري از برخي يافته هاي نانوتكنولوژي را آغاز كرده اند. به عنوان نمونه شركت آرايشي اورال از مواد نانو در محصولات آرايشي خود استفاده مي كند تا بر ميزان تاثير آنها بيفزايد. ساخت ديودهاي نوري با استفاده از مواد نانو موجب مي شود تا 80درصد در هزينه برق صرفه جويي شود. توپهاي تنيسي كه با كربن 60 ساخته شده و روانه بازار گرديده سبكتر و مستحكمتر از توپهاي عادي است. شركتهاي ديگر با استفاده از مواد نانو پارچه هايي توليد كرده اند كه با يك بار تكاندن آنها مي توان حالت اتوي اوليه را به آنها بازگرداند و همه چين و چروكهايشان را زايل كرد. با همين يك بار تكان همه گردوخاكي كه به اين پارچه ها جذب شده اند نيز پاك مي شوند. نوارهاي زخم بندي هوشمندي با اين مواد درست شده كه به محض مشاهده نخستين علائم عفونت در مقياس مولكولي، پزشكان را مطلع مي سازند.
از همين نوع مواد همچنين ليوانهايي توليد شده كه قابليت خود- تميزكردن دارند. لنزها و عدسيهاي عينك ساخته شده از جنس مواد نانو ضد خش هستند و يك گروه از محققان تا آنجا پيش رفته اند كه درصددند با مواد نانو پوششهاي مناسبي توليد كنند كه سلولهاي حاوي ويروسهاي خطرناك نظير ويروس ايدز را در خود مي پوشاند و مانع خروج آنها مي شود. مهمترين نكته درباره موقعيت كنوني فناوري نانو آن است كه اكنون دانشمندان اين توانايي را پيدا كرده اند كه در تراز تك اتمها به بهره گيري از آنها بپردازند و اين توانايي بالقوه مي تواند زمينه ساز بسياري از تحولات بعدي شود. يك گروه از برجسته ترين محققان در حوزه نانوتكنولوژي بر اين اعتقادند كه مي توان بدون آسيب رساندن به سلولهاي حياتي، در درون آنها به كاوش و تحقيق پرداخت. شيوه هاي كنوني براي بررسي سلولها بسيار خام و ابتدايي است و دانشمندان براي شناخت آنچه كه در درون سلول اتفاق مي افتد ناگزيرند سلولها را از هم بشكافند و در اين حال بسياري از اطلاعات مهم مربوط به سيالهاي درون سلول يا ارگانلهاي موجود در آن از بين مي رود.
يك گروه از محققان كه در گروهي موسوم به اتحاد سيستمهاي زيستي گرد آمده اند، سرگرم تكميل ابزارهاي ظريفي هستند كه هدف آن بررسي اوضاع و احوال درون سلول در زمان واقعي و بدون آسيب رساندن به اجزاي دروني سلول يا مداخله در فعاليت بخشهاي داخلي آن است. ابزاري كه اين گروه مشغول ساخت آن هستند رديف هايي از لوله ها يا سيمهاي بسيار ظريفند كه قادرند وظايف مختلفي را به انجام برسانند از جمله آنكه هزاران پروتئيني را كه به وسيله سلولها ترشح مي شود شناسايي كند. گروههاي ديگر از محققان نيز به نوبه خود سرگرم توليد دستگاهها و ابزارهاي ديگر براي انجام مقاصد علمي ديگر هستند.
به عنوان نمونه يك گروه از محققان سرگرم تكميل فيبرهاي نوري در ابعاد نانو هستند كه قادر خواهند بود مولكولهاي مورد نظر را شناسايي كنند. گروهي نيز دستگاهي را دردست ساخت دارند كه با استفاده از ذرات طلا مي تواند پروتئين هاي معيني را فعال سازد يا از كار بيندازد. به اعتقاد پژوهشگران براي آنكه بتوان از سلولها در حين فعاليت واقعي آنها اطلاعات مناسب به دست آورد، بايد شيوه تنظيم آزمايشها را مورد تجديدنظر اساسي قرار داد. سلولها در فعاليت طبيعي خود امور مختلفي را به انجام مي رسانند: از جمله انتقال اطلاعات و علائم و داده ها ميان خود، ردوبدل كردن مواد غذايي و بالاخره سوخت و ساز و اعمال حياتي. يك گروه از روش تازه اي موسوم به الگوي انتقال ابر - شبكه استفاده كرده اند كه ساخت نيمه هاديهاي نانومتري به قطر تنها 8 نانومتر را امكان پذير مي سازد. هريك از اين لوله هاي بسيار ريز بالقوه مي توانند يك پادتن خاص يا يك بخش كوچك از رشته دي ان اي بر روي خود جاي دهند.
با كمك هر تراشه مي توان 1000 آزمايش متفاوت بر روي يك سلول انجام داد. براي دستيابي به موفقيت كامل بايد بر برخي از محدوديتها غلبه شود، ازجمله آنكه درحال حاضر براي بررسي سلولها بايد آنها را در درون مايعي قرار داد كه مصنوعاً محيط زيست طبيعي سلولها را بازسازي مي كند، اما يون موجود در اين مايع مي تواند سنجنده هاي موئينه را از كار بيندازد. براي رفع مشكل، محققان سلولها را درون مايعي جاي مي دهند كه چگالي يون آن كمتر است. گروههاي ديگري از محققان نيز در تلاشند تا ابزارهاي مناسب در مقياس نانو براي بررسي جهان سلولها ابداع كنند. يكي از اين ابزارها چنانكه اشاره شد يك فيبر نوري است كه ضخامت نوك آن 40 نانومتر است و بر روي نوك نوعي پادتن جا داده شده كه قادر است خود را به مولكول مورد نظر در درون سلول متصل سازد. اين فيبر نوري با استفاده از فيبرهاي معمولي و تراش آنها ساخته شده و بر روي فيبر پوششي از نقره اندود شده تا از فرار نور جلوگيري به عمل آورد. نحوه عمل اين فيبر نوري درخور توجه است.
از آنجاكه قطر نوك اين فيبر نوري، از طول موج نوري كه براي روشن كردن سلول مورد استفاده قرار مي گيرد به مراتب بزرگتر است، فوتونهاي نور نمي توانند خود را تا انتهاي فيبر برسانند، درعوض در نزديكي نوك فيبر مجتمع مي شوند و يك ميدان نوري بوجود مي آورند كه تنها مي تواند مولكولهايي را كه در تماس با نوك فيبر قرار مي گيرند تحريك كند. به نوك اين فيبر نوري يك پادتن متصل است و محققان به اين پادتن يك مولكول فلورسان مي چسبانند و آنگاه نوك فيبر را به درون يك سلول فرو مي كنند. در درون سلول، نمونه مشابه مولكول فلورسان نوك فيبر، اين مولكول را كنار مي زند و خود جاي آن را مي گرد. به اين ترتيب نوري كه از مولكول فلورسان ساطع مي شد از بين مي رود و فضاي درون سلول تنها با نوري كه به وسيله ميدان موجود در فيبر نوري بوجود مي آيد روشن مي شود و درنتيجه محققان قادر مي شوند يك تك مولكول را در درون سلول مشاهده كنند.
مزيت بزرگ اين روش در آن است كه باعث مرگ سلول نمي شود و به دانشمندان اجازه مي دهد درون سلول را در هنگام فعاليت آن مشاهده كنند. نانو تكنولوژي همچنين به محققان امكان مي دهد كه بتوانند رويدادهاي بسيار نادر يا مولكولهاي با چگالي بسيار كم را مشاهده كنند. به عنوان مثال بلورهاي مينياتوري نيمه هاديهاي فلزي در يك فركانس خاص از خود نور ساطع مي كنند و از اين نور مي توان براي مشخص كردن مجموعه اي از مولكولهاي زيستي و الصاق برچسب براي شناسايي آنها استفاده كرد. به نوشته هفته نامه علمي نيچر چاپ انگلستان يك گروه از محققان دانشگاه ميشيگان نيز توانسته اند سنجنده خاصي را تكميل كنند كه قادر است حركت اتمهاي روي را در درون سلولها دنبال كند و به دانشمندان در تشخيص نقايص زيست عصبي مدد رساند.
از ابزارهاي در مقياس نانو همچنين مي توان براي عرضه مؤثرتر داروها در نقاط موردنظر استفاده به عمل آورد. در آزمايشي كه بتازگي به انجام رسيده نشان داده شده است كه حمله به سلولهاي سرطاني با استفاده از ذرات نانو 100برابر بازده عمل را افزايش مي دهد. محققان اميدوارند در آينده اي نه چندان دور با استفاده از نانو تكنولوژي موفق شوند امور داخلي هر سلول را تحت كنترل خود درآورند. هم اكنون گامهاي بلندي در اين زمينه برداشته شده و به عنوان نمونه دانشمندان مي توانند فعاليت پروتئينها و مولكول دي ان اي را در درون سلول كنترل كنند. به اين ترتيب نانو تكنولوژي به محققان امكان مي دهد تا اطلاعات خود را درباره سلولها يعني اصلي ترين بخش سازنده بدن جانداران به بهترين وجه كامل سازند
سه شنبه 20/6/1386 - 18:53
