up
Search      menu
علم و تکنولوژی :: مقاله فيزيک هسته اي PDF
QR code - فيزيک هسته اي

فيزيک هسته اي

در جهان همه چيز از اتم ساخته شده است. اتمهاي مختلف در کنار هم قرار مي گيرند و مولکولهاي مختلف را تشکيل مي دهند. هر اتمي که در طبيعت پيدا مي شود، يکي از 92 نوع اتمي است که به نام عناصر طبيعي شناخته شده اند؛ پس هر چه روي زمين وجود دارد، از فلز، پلاستيک،لباس، شيشه گرفته تا مو و غيره، همه ترکيباتي از 92 عنصر طبيعي هستند. جدول تناوبي عناصر، فهرست عناصري است که مي توان در طبيعت پيدا کرد به اضافه عناصري که به دست بشر ساخته شده است.
درون هر اتم مي توان سه ذره ريز پيدا کرد: پروتون، نوترون و الکترون.
پروتونها در کنار هم قرار مي گيرند و هسته اتم را تشکيل مي دهند، در حالي که الکترونها به دور هسته مي چرخند. پروتون بار الکتريکي مثبت و الکترون بار الکتريکي منفي دارد و از آنجا که بارهاي مخالف ، يکديگر را جذب مي کنند، پروتون و الکترون هم يکديگر را جذب مي کنند و همين نيرو، سبب پايدار ماندن الکترونها در حرکت به دور هسته مي گردد. در اغلب حالت ها تعداد پروتونها و الکترونهاي درون اتم يکسان است، بنابراين اتم درحالت عادي و طبيعي خنثي است.
نوترون، بار خنثي دارد و وظيفه اش در هسته، کنار هم نگاه داشتن پروتونهاي هم بار است.مي دانيم که ذرات با بار يکسان يکديگر را دفع مي کنند .در نتيجه وظيفه نوترونها اين است که با فراهم آوردن شرايط بهتر، پروتونها را کنار هم نگاه دارند. ( اين کار توسط نيروي هسته اي قوي صورت مي گيرد )
تعداد پروتونهاي هسته نوع اتم را مشخص مي کند. براي مثال اگر 13 پروتون و 14 نوترون، يک هسته را تشکيل دهند و 13 الکترون هم به دور آن بچرخند، يک اتم آلومينيوم خواهيد داشت و اگر يک ميليون ميليارد ميليارد اتم آلومينيوم را در کنار هم قرار دهيد، آنگاه نزديک به پنجاه گرم آلومينيوم خواهيد داشت! همه آلومينيوم هايي که در طبيعت يافت مي شوند، AL27 يا آلومينيوم 27 ناميده مي شوند. عدد 27 نشان دهنده جرم اتمي است که مجموع تعداد پروتونها و نوترونهاي هسته را نشان مي دهد.
اگر يک اتم آلومينيوم را درون يک بطري قرار دهيد و ميليونها سال بعد برگرديد، باز هم همان اتم آلومينيوم را خواهيد يافت. بنابراين آلومينيوم 27 يک اتم پايدار ناميده مي شود.
بسياري از اتمها در شکل هاي مختلفي وجود دارند. مثلاً مس دو شکل دارد: مس 63 که 70 درصد کل مس موجود در طبيعت است و مس 65 که 30 درصد بقيه را تشکيل مي دهد. شکل هاي مختلف اتم، ايزوتوپ ناميده مي شوند. هر دو اتم مس 63 و مس 65 داراي 29 پروتون هستند، ولي مس 63 داراي 34 نوترون و مس 65 داراي 36 نوترون است. هر دو ايزوتوپ خصوصيات يکساني دارند و هر دو هم پايدارند.
اتمهاي ناپايدار
تا اوايل قرن بيستم، تصور مي شد تمامي اتم ها پايدار هستند، اما با کشف خاصيت پرتوزايي اورانيوم توسط بکرل مشخص شد برخي عناصر خاص داراي ايزوتوپ هاي راديواکتيو هستند و برخي ديگر، تمام ايزوتوپ هايشان راديواکتيو است. راديواکتيو بدان معني است که هسته اتم از خود تشعشع ساطع مي کند.
هيدورژن مثال خوبي از عنصري است که ايزوتوپ هاي متعددي دارد و فقط يکي از آنها راديو اکتيو است. هيدروژن طبيعي ( همان هيدروژني که ما مي شناسيم) در هسته خود داراي يک پروتون است و هيچ نوتروني ندارد. ( البته چون فقط يک پروتون درهسته وجود دارد نيازي به نوترون نيست ) ايزوتوپ ديگر هيدروژن، هيدروژن 2 يا دو تريوم است که يک پروتون و يک نوترون در هسته خود جاي داده است. دوتريوم، فقط 015 0 درصد کل هيدروژن را تشکيل مي دهد و در طبيعت بسيار کمياب است، با اين حال مانند هيدورژن طبيعي رفتار مي کند. البته از يک جهت با آن تفاوت دارد و آن، سمي بودن دوتريوم در غلظت هاي بالاست. دوتريوم هم ايزوتوپ پايداري است، ولي ايزوتوپ بعدي که تريتيوم خوانده مي شود، ناپايدار است. تريتيوم که هيدروژن 3 نيز خوانده مي شود، در هسته خود يک پروتون و دو نوترون دارد و طي يک واپاشي راديواکتيو به هليوم 3 تبديل مي شود. اين بدان معني است که اگر ظرفي پر از تريتيوم داشته باشيد و آن را بگذاريد و يک ميليون سال بعد برگرديد، ظرف شما پر از هليوم 3 است. هليوم 3 از 2 پروتون و يک نوترون ساخته شده وعنصري پايدار است ).
در برخي عناصر مشخص، به طور طبيعي همه ايزوتوپ ها راديواکتيو هستند. اورانيوم بهترين مثال براي چنين عناصري است که علاوه بر راديواکتيويته زياد سنگين ترين عنصر راديواکتيو هم هست که به طور طبيعي يافت مي شود. علاوه بر آن، هشت عنصر راديواکتيو طبيعي هم وجود دارند که عبارتند از پولوتونيوم، استاتين، رادون، فرانسيم، راديوم، اکتينيوم، توريم و پروتاکتسينانيوم. عناصر سنگين تر از اورانيوم که به دست بشر در آزمايشگاه ساخته شده اند، همگي راديواکتيو هستند.
واپاشي راديو اکتيو
وحشت نکنيد بر خلاف اسمش اين فرايند بسيار ساده است! اتم يک ايزوتوپ راديواکتيو طي يک واکنش خودبخودي به يک عنصر ديگر تبديل مي شود. اين واپاشي معمولاً از سه راه زير انجام مي شود:
1- واپاشي آلفا
2- واپاشي بتا
3- شکافت خودبه خودي
توضيح تفاوت اين سه راه کمي مشکل است اما بدون اينکه بدانيد اين سه راه چه فرقي با هم مي کنند هم مي توانيد از ادامه مطلب سر در آوريد!! اگر خيلي هم علاقمنديد بدانيد اينجا را کليک کنيد.
در اين فرآيندها چهار نوع تابش راديواکتيو مختلف توليد مي شود:
1- پرتو آلفا
2- پرتو بتا
3- پرتو گاما
4- پرتوهاي نوترون
تابش هاي طبيعي خطرناک
درست است که واپاشي راديواکتيو، يک فرآيند طبيعي است و عناصر راديواکتيو هم بخشي از طبيعت هستند، ولي اين تابش هاي راديواکتيو براي موجودات زنده زيان بار هستند. ذرات پر انرژي آلفا، بتا، نوترونها، پرتوهاي گاما و پرتوهاي کيهاني، همگي به تابش هاي يون ساز معروفند، بدين معني که بر همکنش آنها با اتم ها منجر به جداسازي الکترون ها از لايه ظرفيتشان مي شود. از دست دادن الکترونها، مشکلات زيادي از جمله مرگ سلول ها و جهش هاي ژنتيکي را براي موجودات زنده به دنبال دارد. جالب است بدانيد جهش ژنتيکي عامل بروز سرطان است.
درات آلفا، اندازه بزرگتري دارند و از اين رو توانايي نفوذ زيادي در مواد ندارند، مثلاً حتي نمي توانند از يک ورق کاغذ عبور کنند. از اين رو تا زماني که در خارج بدن هستند تأثيري روي افراد ندارند. ولي اگر مواد غذايي آلوده به مواد تابنده ذرات آلفا بخوريد، اين ذرات مي توانند آسيب مختصري درون بدن ايجاد کنند.
ذرات بتا توانايي نفوذ بيشتري دارند که البته آن هم خيلي زياد نيست، ولي در صورت خورده شدن خطر بسيار بيشتري دارند. ذرات بتا را مي توان با يک ورقه فويل آلومينويم يا پلکسي گلاس متوقف کرد.
پرتوهاي گاما همانند اشعه X فقط با لايه هاي ضخيم سربي متوقف مي شوند. نوترونها هم به دليلي بي يار بودن، قدرت نفوذ بسيار بالايي دارند و فقط با لايه هاي بسيار ضخيم بتن يا مايعاتي چون آب و نفت متوقف مي شوند. پرتوهاي گاما و پرتوهاي نوترون به دليل همين قدرت نفوذ بالا مي توانند اثرات بسيار وخيمي بر سلول هاي موجودات زنده بگذارند، تأثيراتي که گاه تا چند نسل ادامه خواهد داشت

کاني کانيها ترکيبات طبيعي هستند که طي فرايندهاي زمين شناختي بوجود مي آيند. واژه کاني به ترکيباتي اطلاق مي گردد که از يک سو ترکيب شيميايي و از سوي دي ...

هسته ترانسفورماتور هسته آهن هسته ترانسفورماتور متشکل از ورقه هاي نازک است که سطح آنها با توجه به قدرت ترانسفورماتور ها محاسبه مي شود. براي کم کردن تل ...

هسته ترانسفورماتور هسته آهن هسته ترانسفورماتور متشکل از ورقه هاي نازک است که سطح آنها با توجه به قدرت ترانسفورماتور ها محاسبه مي شود. براي کم کردن تلف ...

هسته ترانسفورماتور هسته آهن هسته ترانسفورماتور متشکل از ورقه هاي نازک است که سطح آنها با توجه به قدرت ترانسفورماتور ها محاسبه مي شود. براي کم کردن تل ...

ليزر مخفف عبارت light amplification by stimulated emission of radiation مي باشد و به معناي تقويت نور توسط تشعشع تحريک شدهاست.اولين ليزر جهان توسط تئود ...

زمان ظهور نانوسراميک ها را مي توان دهه ۹۰ ميلادي دانست. در اين زمان بود که با توجه به خواص بسيار مطلوب پودرهاي نانوسراميکي، توجهاتي به سمت آنها جلب شد ...

عليرغم پيشرفت همه جانبه علوم و فنون هسته اي در طول نيم قرن گذشته، هنوز اين تکنولوژي در اذهان عمومي ناشناخته مانده است. وقتي صحبت از انرژي اتمي به ميان ...

ليزر به وسيله اي گفته مي شود که نور را به صورت پرتوهاي موازي بسيار باريکي که طول موج مشخصي دارند ساطع مي کنند. اين دستگاه از ماده اي جمع کننده يا فعال ...

دانلود نسخه PDF - فيزيک هسته اي