سرعت نور شکسته شد!

 

 

محققان دانشگاه ژنو در سوئیس موفق به کشف سیگنالی شدند که سرعت حرکت آن از سرعت نور بیشتر است.
در دنیای خارق العاده کوانتوم و مکانیک کوانتومی، پدیده ای به نام درگیری ذرات با یکدیگر وجود دارد به این معنی که اگر دو ذره که به شدت با هم در ارتباطند را از یکدیگر جدا کرده و در فاصله طولانی از هم نگه داریم ،علی رغم فاصله ای که بین آنها وجود دارد، در صورت بروز تغییر در یکی از ذره ها دیگری نیز دچار تغییر خواهد شد.

این پدیده توسط دکتر دانیل سالارت و همکارانش در دانشگاه ژنو مورد بررسی قرار گرفت. وی دو فوتون نور مرتبط و درگیر به هم را در آزمایشگاه به فاصله 18 کیلومتر از یکدیگر دور کرد و با بررسی خصوصیات هر یک از آنها دریافت که با تغییر در هر کدام دیگری نیز متحول می شود.

وی این آزمایش را بر روی جفتهای زیادی از فوتونها انجام داد که نتایج به دست آمده مشابه نتیجه اولیه بود.

با مشاهده این نتایج محققان به این نتیجه رسیدند که بین این دو ذره سیگنالی در حال حرکت است که خصوصیات یکی را به دیگری منتقل می کند.

بر اساس گزارش NewScientist، محققان بر این باورند که این سیگنال باید سرعتی 10000 بار بیشتر از سرعت نور داشته باشد تا بتواند خصوصیت یک فوتون را به دیگری منتقل کند.

نظریه دیگری که این تیم ارائه داد مبنی بر این است که سنجش خصوصیات یک فوتون به سرعت بر روی فوتونهای دیگر نیز تاثیر می گذارد.

فيزيك پلاسما

 

              

فيزيك پلاسما (Plasma Physics)

مي دانيم كه براي ماده سه حالت جامد ، مايع و گاز در نظر گرفته ميشود. اما در مباحث علمي معمولا يك حالت چهارم نيز براي ماده فرض ميشود. حدوث طبيعي پلاسما در دماهاي بالا ، سبب تخصيص عنوان چهارمين حالت ماده به آن شده است. يك نمونه بسيار طبيعي از پلاسما آتش است بنابراين خورشيد نمونهاي از پلاسماي داغ بزرگ است.

تعريف پلاسما

پلاسما گاز شبه خنثايي از ذرات باردار و خنثي است كه رفتار جمعي از خود ارائه ميدهد. به عبارت ديگر ميتوان گفت كه واژه پلاسما به گاز يونيزه شدهاي اطلاق ميشود كه همه يا بخش قابل توجهي از اتمهاي آن يك يا چند الكترون از دست داده و به يونهاي مثبت تبديل شده باشند. يا به گاز به شدت يونيزه شدهاي كه تعداد الكترونهاي آزاد آن تقريبا برابر با تعداد يونهاي مثبت آن باشد، پلاسما گفته ميشود.

حدود پلاسما

اغلب گفته ميشود كه 99% ماده موجود در طبيعت در حالت پلاسماست، يعني به شكل گاز الكتريسته داري كه اتمهايش به يونهاي مثبت و الكترون منفي تجزيه شده باشد. اين تخمين هر چند ممكن است خيلي دقيق نباشد ولي تخمين معقولي است از اين واقعيت كه درون ستارگان و جو آنها، ابرهاي گازي و اغلب هيدروژن فضاي بين ستارگان بصورت پلاسماست. در نزديكي خود ما ، وقتيكه جو زمين را ترك ميكنيم بلافاصله با پلاسمايي مواجه مي شويم كه شامل كمربندهاي تشعشعي وان آلن و بادهاي خورشيدي است.

در زندگي روزمره نيز با چند نمونه محدود از پلاسما مواجه ميشويم. جرقه رعد و برق ، تابش ملايم شفق قطبي ، گازهاي داخل يك لامپ فلورسان يا لامپ نئون و يونيزاسيون. مختصري كه در گازهاي خروجي يك موشك ديده ميشود. بنابراين مي توان گفت كه ما در يك درصدي از عالم زندگي ميكنيم كه در آن پلاسما بطور طبيعي يافت نميشود.

آيا كلمه پلاسما يك كلمه بامسما است؟

كلمه پلاسما ظاهرا بيمسما به نظر ميرسد. اين كلمه از يك لغت يوناني آمده است كه هر چيز به قالب ريخته شده يا ساخته شده را گويند. پلاسما به علت رفتار جمعي كه از خودشان نشان ميدهد، گرايشي به متاثر شدن در اثر عوامل خارجي ندارد، و اغلب طوري عمل ميكند كه گويا داراي رفتار مخصوص به خودش است.

حفاظ دباي

يكي از مشخصات اساسي رفتار پلاسما ، توانايي آن براي ايجاد حفاظ در مقابل پتانيسيلهاي الكتريكي است كه به آن اعمال ميشوند. فرض كنيد بخواهيم با وارد كردن دو گلوله بارداري كه به يك باتري وصل شدهاند يك ميدان الكتريكي در داخل پلاسما بوجود آوريم. اين گلوله ها ، ذرات يا بارهاي مخالف خود را جذب ميكنند و تقريبا بلافاصله ، ابري از يونهاي اطراف گلوله منفي و ابري اطراف گلوله مثبت را فرا ميگيرند.

اگر پلاسما سرد باشد و هيچگونه حركت حرارتي وجود نداشته باشد، تعداد بار ابر برابر بار گلوله ميگردد، در اين صورت عمل حفاظ كامل ميشود و هيچ ميدان الكتريكي در حجم پلاسما در خارج از ناحيه ابرها وجود نخواهد داشت. اين حفاظ را اصطلاحا حفاظ دباي مي گويند.

معيارهاي پلاسما

طول موج دباي (لانداي دي) بايد خيلي كوچكتر از ابعاد پلاسما ( L ) باشد.

تعداد ذرات موجود در يك كره دباي (ND ) بايد خيلي بزرگتر باشد.

حاصلضرب فركانس نوسانات نوعي پلاسما ( W ) در زمان متوسط بين برخوردهاي انجام شده با اتمهاي خنثي ( t ) بايد بزرگتر از يك باشد.

كاربردهاي فيزيك پلاسما

- تخليه هاي گازي :

قديميترين كار با پلاسما ، مربوط به لانگمير ، تانكس و همكاران آنها در سال 1920 ميشود. تحقيقات در اين مورد ، از نيازي سرچشمه ميگرفت كه براي توسعه لوله هاي خلائي كه بتوانند جريانهاي قوي را حمل كنند، و در نتيجه ميبايست از گازهاي يونيزه پر شوند احساس ميشد.

- همجوشي گرما هستهاي كنترل شده:

فيزيك پلاسماي جديد ( از حدود 1952 كه در آن ساختن راكتوري بر اساس كنترل همجوشي بمب هيدروژني پيشنهاد گرديد، آغاز ميشود.

- فيزيك فضا:

كاربرد مهم ديگر فيزيك پلاسما ، مطالعه فضاي اطراف زمين است. جريان پيوستهاي از ذرات باردار كه باد خورشيدي خوانده ميشود، به مگنتوسفر زمين برخورد ميكند. درون و جو ستارگان آن قدر داغ هستند كه ميتوانند در حالت پلاسما باشند.

- تبديل انرژي مگنتو هيدرو ديناميك ( MHD ) و پيشرانش يوني:

دو كاربرد عملي فيزيك پلاسما در تبديل انرژي مگنتو هيدرو ديناميك ، از يك فواره غليظ پلاسما كه به داخل يك ميدان مغناطيسي پيشرانده ميشود، ميباشد.

- پلاسماي حالت جامد :

الكترونهاي آزاد و حفرهها در نيمه رساناها ، پلاسمايي را تشكيل ميدهند كه همان نوع نوسانات و ناپايداريهاي يك پلاسماي گازي را عرضه مي دارد.

- ليزرهاي گازي:

عاديترين پمپاژ ( تلمبه كردن ) يك ليزر گازي ، يعني وارونه كردن جمعيت حالاتي كه منجر به تقويت نور ميشود، استفاده از تخليه گازي است.

- شايان ذكر است كه كاربردهاي ديگري مانند چاقوي پلاسما ، تلويزيون پلاسما ، تفنگ الكتروني ، لامپ پلاسما و غيره نيز وجود دارد كه در اينجا فقط كاربردهاي پلاسما در حالت كلي بيان شده است.

منبع : دانشنامه رشد

 

                                                 

نظریه نسبیت

                                                      

 

نظریه‌های اینشتین(نسبیت عام و خاص)

اینشتین دو نظریه دارد. نسبیت خاص را در سن 25 سالگی بوجود آورد و ده سال بعد توانست نسبیت عام را مطرح کند.

نسبیت خاص بطور خلاصه تنها نظریه ایست که در سرعتهای بالا (در شرایطی که سرعت در خلال حرکت تغییر نکند--سرعت ثابت) می‌توان به اعداد و محاسباتش اعتماد کرد. جهان ما جوریست که در سرعتهای بالا از قوانین عجیبی پیروی می‌کند که در زندگی ما قابل دیدن نیستند. مثلا وقتی جسمی با سرعت نزدیک سرعت نور حرکت کند زمان برای او بسیار کند می‌‌گذرد. و همچنین ابعاد این جسم کوچکتر می‌شود. جرم جسمی که با سرعت بسیار زیاد حرکت می‌کند دیگر ثابت نیست بلکه ازدیاد پیدا می‌کند. اگر جسمی با سرعت نور حرکت کند، زمان برایش متوقف می‌شود، طولش به صفر میرسد و جرمش بینهایت می‌شود.

نسبیت عام برای حرکتهایی ساخته شده که در خلال حرکت سرعت تغییر می‌کند یا باصطلاح حرکت شتابدار دارند. شتاب گرانش زمین g که همان عدد 9.81m/sاست نیز یک نوع شتاب است. پس نسبیت عام با شتابها کار دارد نه با حرکت. نظریه ایست راجع به اجرامی که شتاب گرانش دارند. کلا هرجا در جهان، جرمی در فضای خالی باشد حتما یک شتاب گرانش در اطراف خود دارد که مقدار عددی آن وابسته به جرم آن جسم می‌‌باشد. پس در اطراف هر جسمی شتابی وجود دارد. نسبیت عام با این شتابها سر و کار دارد و بیان می‌کند که هر جسمی که از سطح یک سیاره دور شود زمان برای او کندتر می‌شود. یعنی مثلا، اگر دوربینی روی ساعت من بگذارند و از عقربه‌های ساعتم فیلم زنده بگیرند و روی ساعت آدمی که دارد بالا می‌رود و از سیارهٔ زمین جدا می‌شود هم دوربینی بگذارند و هردو فیلم را کنار هم روی یک صفحهٔ تلویزیونی پخش کنند، ملاحظه خواهیم کرد که ساعت من تند تر کار می‌کند. نسبیت عام نتایج بسیار شگرف و قابل اثبات در آزمایشگاهی دارد. مثلا نوری که به پیرامون ستاره‌ای سنگین میرسد کمی بسمت آن ستاره خم می‌شود. سیاهچاله‌ها هم برپایه همین خاصیت است که کار می‌کنند. جرم انها بقدری زیاد و حجمشان بقدری کم است که نور وقتی از کنار آنها می‌‌گذرد به داخل آنها می‌‌افتد و هرگز بیرون نمی‌آید.

فرمول معروف اینشتین (دست خط خود اینشتین)

نظریه نسبیت عام همه ما برای یک‌بار هم که شده گذرمان به ساعت‌فروشی افتاده است و ساعتهای بزرگ و کوچک را دیده ایم که روی ساعت ده و ده دقیقه قرار دارند. ولی هیچگاه از خودمان نپرسیده ایم چرا؟ انیشتین در نظریه نسبیت خاص با حرکت شتابدار و یا با گرانش کاری نداشت. نخستین موضوعات را در نظریه نسبیت عام خود که در 1915 انتشار یافت مورد بحث قرار داد. نظریه نسبیت عام دید گرانشی را بکلی تغییر داد و در این نظریه جدید نیروی گرانش را مانند خاصیتی از فضا در نظر گرفت نه مانند نیرویی میان پیکرها، یعنی برخلاف آنچه که نیوتن گفته بود! در نظریه او فضا در مجاورت ماده کمی انحنا پیدا می‌کرد. در نتیجه حضور ماده اجرام، مسیر یا به اصطلاح کمترین مقاومت را در میان خمه‌ها (منحنیها) اختیار می‌کردند. با این که فکر انیشتین عجیب به نظر می‌رسید می‌توانست چیزی را جواب دهد که قانون گرانش نیوتن از پاسخ دادن آن عاجز می‌‌ماند. سیاره اورانوس در سال 1781 میلادی کشف شده بود و مدارش به دور خورشید اندکی ناجور به نظر می‌رسید و یا به عبارتی کج بود!

نیم سده مطالعه این موضوع را خدشه‌ناپذیر کرده بود. بنابر قوانین نیوتن می‌‌بایست گرانشی برآن وارد شود. یعنی باید سیاره‌ای بزرگ در آن سوی اورانوس وجود داشته باشد تا از طرف آن نیرویی بر اورانوس وارد شود. در سال 1846 میلادی اخترشناس آلمانی دوربین نجومی خودش را متوجه نقطه‌ای کرد که «لووریه» گفته بود و بی هیچ تردید سیاره تازه‌ای را در آنجا دید که از آن پس نپتون نام گرفت. نزدیک‌ترین نقطه مدار سیاره تیر (عطارد) به خورشید در هر دور حرکت سالیانه سیاره تغییر میکرد و هیچ گاه دوبار پشت سر هم این تغییر در یک نقطه ویژه اتفاق نمی‌افتاد. اخترشناسان بیشتر این بی نظمی‌ها را به حساب اختلال ناشی از کشش سیاره‌های مجاور تیر (عطارد) می‌‌دانستند! مقدار این انحراف برابر 43 ثانیه قوس بود. این حرکت در سال 1845 به وسیله لووریه کشف شد بالاخره با ارائه نظریه نسبیت عام جواب فراهم شد این فرضیه با اتکایی که بر هندسه نااقلیدسی داشت نشان داد که حضیض هر جسم دوران کننده حرکتی دارد علاوه برآنچه نیوتن گفته بود. وقتی که فرمولهای انیشتین را در مورد سیاره عطارد به کار بردند، دیدند که با تغییر مکان حضیض این سیاره سازگاری کامل دارد. سیاره‌هایی که فاصله شان از خورشید بیشتر از فاصله تیر تا آن است تغییر مکان حضیضی دارند که به طور تصاعدی کوچک می‌شوند.اثر بخش‌تر از اینها دو پدیده تازه بود که تنها نظریه انیشتین آن‌را پیشگویی کرده بود. نخست آنکه انیشتین معتقد بود که میدان گرانشی شدید موجب کند شدن ارتعاش اتمها می‌شود و گواه بر این کند شدن تغییر جای خطوط طیف است به طرف رنگ سرخ! یعنی اینکه اگر ستاره‌ای بسیار داغ باشد و به طوری که محاسبه می‌کنیم بگوییم که نور آن باید آبی درخشان باشد در عمل سرخ رنگ به نظر می‌رسد کجا برویم تا این اندازه نیروی گرانشی و دمای بالا را داشته باشیم، پاسخ مربوط به کوتوله‌های سفید است.دانشمندان به بررسی طیف (بیناب) کوتوله‌های سفید پرداختند و در حقیقت تغییر مکان پیش بینی شده را با چشم دیدند! نام این را تغییر مکان انیشتینی گذاشتند. انیشتین می‌‌گفت که میدان گرانشی پرتوهای نور را منحرف می‌کند چگونه ممکن بود این مطلب را آزمود؟. اگر ستاره‌ای در آسمان آن سوی خورشید درست در راستای سطح آن واقع باشد و در زمان خورشیدگرفتگی خورشید قابل رؤیت باشد اگر وضع آنها را با زمانی که فرض کنیم خورشیدی در کار نباشد مقایسه کنیم خم شدن نور آنها مسلم است. درست مانند موقعی که انگشت دستتان را جلوی چشمتان در فاصله 8 سانتیمتری قرار دهید و یکبار فقط با چشم چپ و بار دیگر فقط با چشم راست به آن نگاه کنید به نظر می‌‌رسد که انگشت دستتان در مقابل زمینه پشت آن تغییر جا می‌دهد ولی واقعاً انگشت شما که جابجا نشده است!

دانشمندان در موقع خورشیدگرفتگی در جزیره پرنسیپ پرتغال واقع در افریقای غربی دیدند که نور ستاره‌ها به جای آنکه به خط راست حرکت کنند در مجاورت خورشید و در اثر نیروی گرانشی آن خم می‌شوند و به صورت منحنی در می‌‌آیند. یعنی ما وضع ستاره‌ها را کمی بالاتر از محل واقعیش می‌بینیم. ماهیت تمام پیروزیهای نظریه نسبیت عام انیشتین اخترشناختی بود ولی دانشمندان حسرت می‌‌کشیدند که‌ای کاش راهی برای آزمون آن در آزمایشگاه داشتند. نظریه انیشتین به ماده به صورت بسته متراکمی از انرژی نگاه می‌‌کرد به همین خاطر می‌‌گفت که این دو به هم تبدیل پذیرند یعنی ماده به انرژی و انرژی به ماده تبدیل می‌شود. E = mc² دانشمندان به ناگاه پاسخ بسیاری از پرسش‌ها را یافتند. پدیده پرتوزایی به راحتی توسط این معادله توجیه شد. کم کم دانشمندان دریافتند که هر ذره مادی یک پادماده مساوی خود دارد و در اینجا بود که ماده و انرژی جدایی‌ناپذیر شدند. تا اینکه انیشتین طی نامه‌ای به رئیس جمهور امریکا نوشت که می‌توان ماده را به انرژی تبدیل کنیم و یک بمب اتمی درست کنیم و امریکا دستور برپایی سازمان عظیمی را داد تا به بمب هسته‌ای دست پیدا کند. برای شکافت هسته اتم اورانیوم 235 انتخاب شد. اورانیوم عنصری است که در پوسته زمین بسیار زیاد است. تقریباً 2 گرم در هر تن سنگ! یعنی از زر (طلا) چهارصد مرتبه فراوانتر است اما خیلی پراکنده. در سال 1945 مقدار کافی برای ساخت بمب جمع شده بود و این کار یعنی ساختن بمب در آزمایشگاهی در «لوس آلاموس» به سرپرستی فیزیکدان امریکایی «رابرت اوپنهایمر» صورت گرفت. آزمودن چنین وسیله‌ای در مقیاس کوچک ناممکن بود. بمب یا باید بالای اندازه بحرانی باشد یا اصلاً نباشد و در نتیجه اولین بمب برای آزمایش منفجر شد. در ساعت 5/5 صبح روز 16 ژوئیه 1945 برابر با 25 تیرماه 1324 و نیروی انفجاری برابر 20 هزار تن تی.ان.تی آزاد کرده دو بمب دیگر هم تهیه شد. یکی بمب اورانیوم بنام پسرک با سه متر و 60 سانتیمتر طول و به وزن 5/4 تن و دیگری مرد چاق که پلوتونیم هم داشت. اولی روی هیروشیما و دومی روی ناکازاکی در ژاپن انداخته شد. صبح روز 16 اوت 1945 در ساعت ده و ده دقیقه صبح شهر هیروشیما با یک انفجار هسته‌ای به خاک و خون کشیده شد. با بمباران هیروشیما جهان ناگهان به خود آمد، 160000 کشته در یک روز وجدان خفته فیزیکدان ‌ها بیدارر شد! «اوپنهایمر» مسئول پروژه بمب و دیگران از شدت عذاب وجدان لب به اعتراض گشودند و به زندان افتادند. انیشتین اعلام کرد که اگر روزی بخواهم دوباره به دنیا بیایم دوست دارم یک لوله‌کش بشوم نه یک دانشمند!

سلولهای سوختی و اتومبیل های آینده

                                       
                                    طرح خیالی از اتوموبیلهای آینده.

بسیاری از دانشمندان معتقد هستند که حدود پنجاه سال دیگر منبع اصلی سوخت در جهان دیگر سوخت های فسیلی نخواهد بود. سلول های سوخت هیدروژنی اولین گزینه می باشند که می توانند نیاز همه چیز از بخاری و سیستم گرمایش منزل گرفته تا اتومبیل، کشتی ها و … را تامین کند.

شاید CO₂ موجود در هوا منبع اصلی سوخت در سالهای آتی بایشد و شاید هم منابعی مانند باد، خورشید یا حتی سوختهای ترکیبی مانند بیو اتانول یا بیو دیزل و … اما آنچه مشخص هست آن است که در این روزگار تکلنولوژی تهیه سلولهای سوختی (Fule Cell Industry) آنقدر پیشرفت کرده است که شما می توانید از آنها در همه جا استفاده کنید.

دانشمندان معتقد هستند که سلول های سوختی هیدروژنی با توان تولید انرژی بالا می توانند بسادگی در اتومبیل های نیمه دوم قرن 21 مورد استفاده قرار گیرند. برآورد قدرت این سلول ها حدود 75 کیلو وات میباشد که در نوع خود توانایی بالایی بوده و می تواند علاوه بر صنعت حمل و نقل در زمینه توسعه شبکه های برق توزیع شده نیز دگر گونی های بسیاری ایجاد کنند.

نکته مهم آن است که اگر شما ماشین خود را پارک کنید می توانید از این سلولهای سوختی برای مصرف در خانه یا محل کار نیز استفاده کنید و در ساعات پیک مصرف برق شهری به کمک نیروگاههای برق بیایید.

در آن سالها وسایلی که برای کار نیاز به انرژی دارند، از جمله اتومبیل دیگر حالت یک وسیله مکانیکی یا الکترونیکی را ندارند بلکه بیشتر شبیه موجوداتی باهوش و نیمه ارگانیک هستند. آنها بسادگی با استفاده از GPS های ماهواره ای ترافیک را کنترل کرده و شما را به سرعت به مقصد می رسانند.

بدنه اتومیبل ها از مواد ترکیبی بسیار ریز (Nanocomposites) تشکیل می شود که حکم ماهیچه دارند و در عین سبکی دارای قدرت و توانایی زیاد می باشند. بدنه اتومبیل به گونه ای طراحی و ساخته خواهد شد که با توجه به تعداد مسافران اتومبیل، حالت کوچک یا بزرگ بخود خواهد گرفت و بیهوده فضای فیزیکی را اشغاف نخواهد کرد.

برای بالاتر رفتن سرعت اتومبیل ها شکل ظاهری آنها یقینا” تغییر خواهد کرد. انتهای آنها به خاطر مسائل آیرودینامیکی به سمت پایین گرد خواهد شد.

شیشیه برداشته خواهد شد، راننده و مسافران برای دیدن بیرون اتومبیل از سیستم های مادون قرمز استفاده خواهند کرد. در واقع سرعت اتومبیل آنقدر بالا خواهد رفت که شما نیازی به دیدن ندارید یا بهتر بگوییم توان مشاهده مناظر بیرون را در آن سرعت نخواهید داشت.

منبع:سیمرغ

شتاب دهنده ی ذرات

 

                                    

امروز سوخت و انرژي در دنيا به چند دسته كلي تقسيم مي شوند. سوخت هاي فسيلي و سوخت هاي غيرفسيلي و انرژي هاي تجديد پذير و غيرقابل تجديد.

سوخت هاي فسيلي عبارتند از: نفت، گاز و زغال سنگ كه با اكسيژن هوا تركيب مي شوند و ايجاد انرژي به شكل حرارت مي كنند. اين سوخت ها در مقايسه با سوخت هاي ديگر انرژي كمتر توليد مي كنند. مثلاً يك كيلوگرم زغال سنگ حدود ۸ كيلووات ساعت انرژي

 توليد مي كند و يك كيلوگرم نفت حدود ۱۲ كيلووات ساعت انرژي توليد مي كنند. اين سوخت ها آلوده كننده محيط زيست نيز هستند.

به علاوه جزء ذخاير غيرقابل تجديد بوده و داراي مشكلات زيادي در حمل و نقل ايمني نيز هستند. مانند گازگرفتگي (خفگي) يا توليد گاز سمي منوكسيد كربن. دسته ديگر از سوخت ها شامل سوخت هاي هسته اي هستند مانند اورانيوم يا پلوتونيوم يا ايزوتوپ هاي هيدروژن مانند دوتريوم يا تريتيوم يا فلز سبك ليتيوم. اين سوخت ها در مقايسه با سوخت هاي دسته اول داراي امتيازات مثبت و منفي هستند. اول اينكه در اين سوخت ها بعضي ايزوتوپ ها توانايي توليد انرژي به وسيله تكنولوژي فعلي بشر را دارد مانند ايزوتوپ هاي كمياب اورانيوم ۲۳۵ يا پلوتونيوم ۲۳۹ يا اورانيوم ۲۳۳ كه به اين ايزوتوپ ها شكاف پذير مي گويند. امتيازات اينها عبارتند از توليد مقادير زياد انرژي به وسيله حجم كم ماده سوختني. مثلاً از يك كيلوگرم اورانيوم ۲۳۵ يا پلوتونيوم ۲۳۹ مي توان مقدار ۲۳ميليون كيلووات ساعت گرما ايجاد كرد، اما مشكلاتي نيز دارند از آن جمله اين كه: غني سازي و توليد اين ايزوتوپ ها مشكلات و هزينه زيادي دارند. دوم اينكه، اين سوخت هاي هسته اي سنگين پس از توليد انرژي مقادير زيادي ايزوتوپ هاي پرتوزا از خود به جاي مي گذارند كه به زباله هاي هسته اي موسوم است.

اين زباله ها براي محيط زيست و سلامت افراد خطرناك هستند و بايد براي صدها سال در انبار هاي محكم نگهداري شوند تا راديواكتيو آن از بين برود. دسته ديگر از سوخت هاي هسته اي شامل عناصر سبك مانند دوتريوم يا تريتيوم يا ليتيوم هستند كه قرار است در راكتور هاي گداخت يا همجوش هسته اي توليد انرژي كنند. البته تاكنون از اينها در بمب هاي هيدروژني بهره برداري نظامي و تسليحاتي مي شد، اما براي توليد انرژي براي مصارف صلح آميز تكنولوژي راكتور هاي گداخت بايد تكميل شود، اين سوخت ها معايب و مزاياي فراواني دارند. اول توليد نوترون و تشعشعات نوتروني مي كنند كه بايد در راكتور هاي همجوشي هسته اي به نحوي جذب و كنترل شوند دوم اينكه تريتيوم نبايد از راكتور نشت كند زيرا يك ايزوتوپ راديواكتيو است.مزاياي اين سوخت ها عبارت از اين كه فراوان در دسترس هستند و دوم اينكه توليد انرژي زيادتري نسبت به اورانيوم يا پلوتونيوم مي كنند. مثلاً انرژي حاصل از گداخت هيدروژن به هليوم مساوي است با ۱۷۷ميليون كيلووات ساعت در صورتي كه انرژي حاصل از اورانيوم برابر است با ۰۰۰/۰۰۰/۲۳ كيلووات ساعت. بنابراين يك كيلوگرم هيدروژن حدود ۸ برابر يك كيلوگرم اورانيوم توليد انرژي مي كند.

انواع ديگر انرژي عبارتند از: انرژي خورشيدي، انرژي باد، انرژي زمين گرمايي و انرژي بيوگاز كه مشكل بزرگ اين انرژي تجديدپذير اينكه بازده انرژي اينها پايين است و دوم اينكه دائمي نيستند و سوم اينكه تكنولوژي بشر براي استفاده مقياس زياد از اينها تكميل نيافته است. ما در اين مقاله سعي مي كنيم جديدترين طرح توليد انرژي كه شايد يكي از منابع انرژي قرن ۲۱ باشد را معرفي كنيم. اين طرح توليد انرژي عبارت از شتاب دهنده ذرات اتمي براي توليد انرژي زياد، عملكرد اين سيستم و دستگاه براساس استفاده از ميدان هاي الكتريكي و مغناطيسي براي شتاب دادن و كنترل ذرات باردار الكتريكي تا مرز سرعت نور است. اين سيستم ها قادر هستند سرعت الكترون ها و پروتون ها را تا مرز سرعت نور شتاب دهند. وقتي ذرات تا اين حد شتاب يافتند سطح انرژي آنها چند ميليون برابر مي شود و داراي انرژي عظيم و فراواني مي شود. يك مثال نشان دهنده اين مطلب است، به عنوان مثال شتاب دهنده پروتون در آزمايشگاه فرمي آمريكا قادر است ذرات پروتون را تا يك تريليون الكترون ولت (Tev) شتاب دهد.

اگر ما به وسيله اين شتاب دهنده پروتون هاي يك گرم هيدورژن معمولي كه در آب زياد است را تزريق كنيم و شتاب دهيم انرژي پروتون ها برابر خواهد بود با انرژي ۲۶ ميليارد كيلووات ساعت انرژي، كه مساوي است با انرژي توليد شده به وسيله شكافت حدود ۱۲۰۰ كيلوگرم اورانيوم يا ۱۵ ميليون بشكه نفت. همه اين انرژي عظيم و غيرقابل باور فقط به وسيله شتاب دادن پروتون هاي يك گرم هيدروژن تا سطح انرژي يك تريليون الكترون ولت است. پس با اين محاسبات دانستيم كه شتاب دهنده ها داراي چه قدرت عظيمي هستند.

شتاب دهنده ها به چند دسته كلي تقسيم بندي مي شوند: ۱- شتاب دهنده هاي خطي، ۲ _ شتاب دهنده هاي مداري، ۳ _ شتاب دهنده سيلكووترون. علاوه بر آن ساخت و نگهداري شتاب دهنده آسان و كم هزينه است. در ضمن مي توان اين سيستم هاي مولد را در ابعاد و مقياس هاي مختلف ساخت به عنوان مثال يك شتاب دهنده خطي كه طول آن ۱۰۰ متر و ولتاژ آن ۱۰ ميليون ولت است كه قادر است انرژي معادل يك گيگا (Gev) الكترون ولت توليد كند. اين انرژي معادل است با انرژي ۲۶ ميليون كيلووات ساعت در هر ثانيه. اگر تنها موفق شويم ۵۰ درصد انرژي اين شتاب دهنده را استفاده كنيم اين شتاب دهنده قادر است معادل ۲۰ هزار نيروگاه اتمي در مقياس نيروگاه اتمي هزار مگاواتي نيروگاه بوشهر توليد انرژي كند. يعني قادر خواهد بود ۲۰ ميليون مگاوات انرژي الكتريكي توليد كند.

علاوه بر آن از حرارت و گرماي توليدي اين دستگاه مي توان براي بخار كردن آب دريا و توليد آب شيرين استفاده كرد. محاسبات نشان مي دهد كه اين سيستم قادر خواهد بود در سال معادل بارندگي ساليانه كشور آب شيرين توليد كند، بدون اينكه هوا را آلوده كند يا مشكلاتي از قبيل زباله هاي هسته اي يا پس مانده و آلودگي ايجاد كند، در واقع يكي از بهترين منابع انرژي خواهد بود. سوخت مصرفي اين دستگاه تنها چند گرم هيدروژن معمولي است انرژي توليدي از يك دستگاه شتاب دهنده يك گيگا الكترون ولت (Gev) برابر است با انرژي حاصل از سوختن ۰۰۰/۵۰۰/۲ ليتر بنزين خواهد بود. بنابراين اگر به مدت يك سال كار كند معادل انرژي ۵۰۰ ميليارد بشكه نفت انرژي توليد مي كند.

ارزش اقتصادي اين مقدار انرژي كه ۲ برابر انرژي ذخاير نفت عربستان سعودي است با احتساب قيمت هر بشكه نفت بر مبناي ۲۰ دلار برابر است با ۱۰ تريليون دلار. در صورتي كه ما از اين سيستم شتاب دهنده استفاده كنيم نيازي به سوزاندن اين حجم عظيم نفت و گاز براي توليد انرژي نداريم. مزاياي اين سيستم عبارتند از: ۱- مي توان در ابعاد و اندازه هاي مختلف ساخت. ۲- هزينه ساخت و نگهداري آن كم بوده است. ۳_ هيچ گونه زباله يا آلودگي محيطي توليد نمي كند. محصول نهايي آن آب خالص يا بخار آب است. ۴ _ با استفاده از اين دستگاه عملاً عمر منابع انرژي نامحدود مي شود و منبع عظيمي از انرژي در دسترس خواهد بود

انفجار هسته اي

                                                   

                              

تعريف انفجار

انفجار اعم از عادي يا هسته اي عبارتست از رهايي مقدار زيادي انرژي در مدت زماني بسيار كوتاه و در فضاي محدود .

ساختار انفجاري هسته اي

در انفجار هسته اي حرارت و فشار حاصل از اندازه اي است كه جرم بمب و همه مواد موجود در فضاي مزبور را در آن واحد زمان بصورت توده اي از گاز داغ ، ملتهب و فشرده در آورده و تشكيل گوي آتشين كه در حدود چند ميليون درجه حرارت است مي دهد اين گوي آتشين بلافاصله انبساط كرده و به لايه هاي بالاي جو صعود مي كند.انبساط سريع گوي آتشين فشار اطراف خود را بالا برده و موج انفجاري بسيار شديدي و يا موج ضربه فوق العاده اي در زمين يا آب يا در زير زمين ايجاد مي كند كه اثر تخريبي انفجار مربوط به آنها ست .

مشخصات انفجاري هسته اي

- در نزديكي انفجار سرعت موج از يك كيلومتر درثانيه يعني هزارها كيلومتر در ساعت بيشتر است .

- قسمت عمده اي از انرژي انفجار بصورت حرارت و نور آزاد مي شود كه در منطقه وسيعي ايجاد آتش سوزي نموده و

پراش نور

پراش نور

وقتي جسم كدري ميان يك پرده و يك چشمه نقطه‌اي نور قرار گيرد، سايه‌اي پيچيده متشكل از نواحي روشن و تاريك ايجاد مي‌شود. اين اثر به آساني قابل روئيت است، اما يك چشمه نسبتا قوي ضروري است. لامپي با شدت زياد كه از يك سوراخ كوچك مي‌درخشد، اين كار را به خوبي انجام مي‌دهد. اگر به نقش سايه حاصل از يك قلم ، تحت روشنايي يك چشمه نقطه‌اي نگاه كنيد يك ناحيه روشن غير معمولي در كناره خواهيد ديد.

حتي نواري با روشنايي ضعيف در وسط اين سايه تشكيل مي‌شود. به سايه‌اي كه توسط دستتان در امتداد نور خورشيد ايجاد مي‌شود، نگاهي دقيق بيندازيد. معمولا پراش مربوط به موانع شفاف مورد نظر قرار نمي‌گيرد. هر چند اگر در شب رانندگي كرده باشيد، در حاليكه چند قطره باران بر روي شيشه عينكتان نشسته باشد، فريزهاي روشن و تاريك را مشاهده خواهيد كرد.

تاريخچه

اولين مطالعه تفضيلي منتشر شده درباره انحراف نور از مسير مستقيم توسط فرانسسيكو گريمالدي در قرن هفدهم انجام گرفت و آن را پراشه ناميد.