X
تبلیغات
Physics Club

Physics Club

کلوب فیزیک دانشگاه آزاد همدان

فیزیک پلاسما

 

پلاسما چیست؟

تعریف کلی:

اگر بعد از حالت گازی عمل گرما دادن به جسم را ادامه دهیم چه اتفاقی می افتد؟

بین اجزای تشکیل دهنده اتم ها و ملکول های آن ، یعنی هسته و الکترون های اتم آن جسم نیز فاصله می افتد . وقتی جسم به این حالت برسد می گوییم که به پلاسما تبدیل شده است.البته این حالت فقط در دما های خیلی بالا اتفاق می افتد.

 

فیزیک پلاسما از شاخه‌های فیزیک است که به بررسی یکی از اشکال وجود ماده یعنی پلاسما می‌پردازد.

از آنجا که بخش بزرگی از جرم قابل مشاهدهٔ عالم، ستارگان با دماهای بسیار زیاد هستند، امکان وجود ماده به صورت‌های جامد و مایع در این اجرام منتفی است. از سوی دیگر گاز نیز، به دلیل این حرارت بسیار زیاد، تبدیل به یک توده یونیزه شده و به صورت مخلوطی از یون‌های مثبت(هسته اتم ها) یون‌های منفی (الکترون ها) و ذرات خنثی در می‌اید.

در این توده، به دلیل وجود نیروهای الکتریکی که بسیار قوی تر از نیروی گرانشی است ذرات بر روی هم تأثیر زیادی می‌گذارند. به طوری که حرکت بخشی از این توده، باعث تغییر در وضعیت حرکت و انرژیِ بخش‌های دیگر می‌شود که به این پدیده، اثر جمعی گفته شده، و هر گاه گاز به شدت یونیزه شده دارای این خاصیت باشد، پلاسما نامیده می‌شود و این بدین معنی است که بخش غالب ماده قابل مشاهده جهان، پلاسما است..

جالب این است که پلاسما ممکن است درعین حال دارای چندین دماباشد که این حالت باتوجه به اینکه میزان برخوردبین خود یونها یا خود الکترونها از میزان برخوردهای بین یک یون و یک الکترون بیشتراست می‌تواند پیش بیاید.

چند مورد از پلاسما که ما روزانه باآن سروکار داریم عبارت است از:

 جرقه رعدوبرق، تابش ملایم شفق قطبی، گازهادی داخل یک لامپ فلورسنت، چراغ نئون و یونش مختصری که در گازهای خروجی موشک دیده می‌شود

پلاسما، امروزه نقش مهمی در توسعهٔ منابع انرژی، از راه همجوشی هسته‌ای یافته است.

دید کلی:

می دانیم که برای خواص عمومی ماده سه حالت ((جامد)) ، ((مایع))  و((گاز)) در نظر گرفته میشود. اما در مباحث علمی معمولا یک حالت چهارم نیز برای ماده فرض میشود. حدوث طبیعی پلاسما در دماهای بالا ، سبب تخصیص عنوان چهارمین حالت ماده به آن شده است. یک نمونه بسیار طبیعی از پلاسما آتش است بنابراین خورشید نمونه ای از ((پلاسمای داغ)) بزرگ است.

تعریف پلاسما:

پلاسما گاز شبه خنثایی از ((ذرات باردار)) و خنثی است که ((رفتار جمعی)) از خود ارائه میدهد. به عبارت دیگر میتوان گفت که واژه پلاسما به گاز یونیزه شدهای اطلاق میشود که همه یا بخش قابل توجهی از اتمهای آن یک یا چند الکترون از دست داده و به یونهای مثبت تبدیل شده باشند. یا به گاز به شدت یونیزه شدهای که تعداد الکترونهای آزاد آن تقریبا برابر با تعداد یونهای مثبت آن باشد، پلاسما گفته میشود.

تعاریف دیگر

پلاسما حالت چهارم ماده پس از حالت های جامد، مایع و گاز است.

پلاسما یک گاز یونی شده ی بسیار سوزان است، گازی چنان سوزان که برخوردهای شدید گرمایی، همه یا بسیاری از اتم های آن را به یون های مثبت و الکترون ها تجزیه کرده است.

پلاسما در واقع همان آتش خالص است زیرا بخشی از یک شعله ی عادی پلاسما و بخش دیگر آن گاز سوزان است.

بیش تر مواد در جهان به صورت پلاسما هستند.

خورشید و همه ی ستارگان کرات عظیمی از پلاسما هستند در حدود ۹۹% جرم کل جهان در این کرات پلاسمایی قرار دارد.

صاعقه، آتش سنت المو ، شفق شمالی و یونوسفر خود نوعی پلاسما هستند.

گاز داخل لوله های مهتابی و تابلوهای نئونی پلاسما است، قوس درخشان دستگاه جوش الکتریکی پلاسما است، آتش خروجی از موشک پلاسما است و کره ی آتشین بمب هسته ای نیز پلاسما است.

پلاسما شامل مخلوطی از یون های مثبت، الکترون ها و اتم های خنثی است.

میزان یون شدگی یک گاز به دما بستگی دارد: اگر دما کم باشد، پلاسما شامل تعداد نسبتا  زیادی اتم خنثی است و اگر دما زیاد باشد تقریبا تمامی اتم ها به صورت یون در می آیند.

گاز معمولی نیز مقداری یون و الکترون دارد اما نه به اندازه ای که آن را به پلاسما تبدیل کند. اگر گازی را تا دماهای زیادتر و زیادتر گرم کنیم آن گاز به تدریج به پلاسما تبدیل می گردد

حدود پلاسما:

اغلب گفته میشود که ۹۹% ماده موجود در طبیعت در حالت پلاسماست، یعنی به شکل گاز ((الکتریسته)) داری که اتمهایش به یونهای مثبت و ((الکترون)) منفی تجزیه شده باشد. این تخمین هر چند ممکن است خیلی دقیق نباشد ولی تخمین معقولی است از این واقعیت که فیزیک ستارگان درون ستارگان و جو آنها، ابرهای گازی و اغلب هیدروژن ((فضای بین ستارگان)) بصورت پلاسماست

 

+ نوشته شده در  دوشنبه 1391/03/08ساعت 20:15  توسط سجاد یوسفی مظاهر  | 

علم فیزیک هسته ای

گزارشی درباره ی فیزیک هسته ای

تعریف فیزیک هسته ای:                                                             فیزیک هسته‌ای بخشی از دانش فیزیک است که به خواص و ویژگی‌های هسته اتم‌ها می‌پردازد.
هسته ی اتم:
هستهٔ اتم ناحیه‌ای با جرم بالا است که پروتون‌ها و نوترون‌ها در آن قرار گرفته اند. اندازهٔ هسته از اندازهٔ خود اتم بسیار کوچک‌تر است, و تقریباً تمام جرم اتم را که از ذرات پروتون و نوترون سبب می‌شود در این ناحیه قرار دارد.
تاریخچه
هسته اولین بار توسط ارنست رادرفورد و در سال ۱۹۱۱ کشف شد او یک ورق طلا را مورد بمباران پرتو آلفا قرار داد طبق نظر تامسون باید تمام پرتو یا بازمی گشت یا عبور می کرد اما بعضی از پرتو ها عبور کرده و بعضی از پرتو ها به شدت باز می گردند پس او اینگونه نتیجه گرفت که جرم بسیار چگال و با بار مثبت(زیرا پرتو آلفا ۲ بار مثبت دارد) و متمرکز در محلی از اتم قرار دارد که بررسی های دقیقتر این محل را مرکز اتم مشخص نمود نام این محل هسته گذاشته شد.


شکافت هسته ای:
شکافت هسته ای فرآیندی است که در آن یک اتم سنگین مانند اورانیوم به دو اتم سبکتر تبدیل می‌شود. وقتی هسته‌ای با عدد اتمی زیاد شکافته شود، بر پایه فرمول اینشتین، مقداری از جرم آن به انرژی تبدیل می‌شود. از این انرژی در تولید برق (در نیروگاه هسته‌ای) یا تخریب (سلاح‌های هسته‌ای) استفاده می‌شود. اوتوهان زمانی که قصد داشت از بمباران اورانیوم با نوترون آن را به رادیم تبدیل کند دریافت که به اتم بسیار کوچک‌تری دست یافته است.در تمام واکنش های هسته ای که تا ان زمان شناخته شده بود تنها ذرات کوچک از هسته جدا می شدند اما این بار یک تقسیم بزرگ رخ داده بود. لایز میتنر و اوتو فریش دریافتند که فراورده ی این بمباران نوترونی باریم است و جرم هر اتم اورانیم هنگام تبدیل شدن به ذرات کوچک‌تر به اندازه ی یک پنجم جرم یک پروتون کاهش می یابد و این جرم مطابق رابطه ی اینشتین E=mc² به انرژی تبدیل شده است.به خاطر شباهت این پدیده ی تقسیم هسته با تقسیم سلولی میتنر و فریش آن را شکافت نامیدند.مقاله ی این یافته در یازدهم فوریه ی ۱۹۳۹ در نشریه ی نیچر با عنوان "واکنش هسته ای نوع جدید" منتشر شد. در تصویر اتم اورانیم-۲۳۵ دیده می شود که پس از برخورد یک نوترون متلاشی شده و پرتو های رادیو اکتیو از خود صادر می کند.سپس به دو عنصر باریم-۱۴۱ و کریپتون-۹۲ تقسیم شده و به پایداری می رسدودر ضمن سه عدد نوترون دیگر آزاد می کند که هر یک موجب شکافت یک هسته ی اورانیوم دیگر می شوند واین واکنش زنجیره ای مرتب ادامه پیدا میکند .

همجوشی (گداخت) هسته‌ای فرآیندی عکس عمل شکافت هسته‌ای است. در فرآیند همجوشی هسته‌ای هسته‌های سبک مانند هیدروژن، دوتریوم و تریتیوم با یکدیگر همجوشی داده شده و هسته‌های سنگین‌تر و مقداری انرژی تولید می‌شود.
برای اینکه همجوشی امکان پذیر باشد هسته‌هایی که در واکنش وارد می‌شوند باید داریای انرژی جنبشی کافی باشند تا بر میدان الکترواستاتیکی پیرامونشان فائق آیند. بنابر این دما‌های وابسته به واکنش‌های همجوشی فوق العاده بالاست.
همجوشی طبیعی

همجوشی به صورت طبیعی هم رخ می‌دهد. انرژی گرمایی که هر روزه زمین و منظومه شمسی را گرم می‌کند ناشی از واکنشهای همجوشی در خورشید است به این نحو که در خورشید (یا در ستارگان دیگر) نیروهای گرانشی قوی باعث می‌شوند ایزوتوپهای هسته‌های هیدروژن به اندازه کافی به هم نزدیک و با هم ترکیب شوند تا هسته هلیوم و مقداری انرژی تولید شود.
مزیت‌ها
مزیت همجوشی هسته‌ای نسبت به شکافت هسته‌ای مقایسه می‌شود:
• منابع سوخت آن بسیار فراوان است. به عنوان مثال دو تریوم حدود ۱۵۳ ۰/۰ درصد اتمی ازهیدروژنهای آب اقیانوسها را تشکیل می‌دهد. تریتون نیز در فرایند جذب نوترون توسط لیتیوم قابل تولید است.
• به ازاء هر نوکلئون از ماده سوخت، انرژی تولیدی نسبت به روش شکافت بیشتر است.
• معضل پسماندهای هسته‌ای را ندارد،
• اینکه در هنگام وقوع حوادث احتمالی، راکتور همجوشی از کنترل خارج نمی‌شود.
به عنوان مثالی از انرژی تولیدی در یک راکتور همجوشی می‌توان گفت اگر یک گالن از آب دریا را که دارای مقدارکافی دوترون است در واکنش همجوشی استفاده کنیم معادل ۳۰۰ گالن گازوئیل انرژی بدون آلودگی تولید می‌کند.
روش‌های همجوشی

لیزر نوا در آزمایشگاه ملی لارنس لیورمور در تحقیقات همجوشی
محصورسازی به روشهای متفاوتی انجام پذیر است. مهمترین این روشها عبارتند از:
محصور سازی مغناطیسی
در این روش از میادین پرقدرت برای حفظ یک پلاسما استفاده میگردد.
همجوشی هسته‌ای کنترل شده توسط لیزرهای پر توان
در این روش از لیزرهای پرتوانی جهت محصورساختن ساچمه های کوچکی استفاده میشود که در آنها سوخت هسته ای فشرده سازی شده باشد.

چگونگی همجوشی دوتریوم و تریتیوم

واکنش زنجیره‌ای هسته‌ای

واکنش زنجیره‌ای هسته‌ای فرآیندی است که در آن نوترون‌های ناشی از شکافت هسته‌ای باعث شکافت هسته‌های دیگر اتم‌ها می‌شوند.
در اواخر سال ۱۹۳۸ اتو هان، لیزه مایتنر و فردریک اشتراسمن به اکتشافی دست یافتند که دنیا را تحت تأثیر قرار داد، آنها متوجه شدند که می‌توان کاری کرد که هسته‌های اورانیوم ۲۳۵ شکسته شوند.
فرض کنید که نوترونی در اطراف یک هسته اورانیوم ۲۳۵ آزادانه در حال حرکت است. این هسته تمایل زیادی دارد که نوترون کند را به درون خود بکشاند وآن راجذب کند. هسته اورانیوم پس از گیر اندازی این نوترون دیگر هسته‌ای پایدار نیست و ناگهان از هم شکافته می‌شود. این هسته در طی فرآیند شکافت به دو یا چند هسته با جرم کوچک‌تر، یعنی به صورت هسته‌های عناصر نزدیک به مرکز جدول تناوبی تجزیه می‌‌شود.
به طور کلی در فرآیند شکافت اگر یک نوترون به هسته اصابت کند به طور میانگین ۵/۲ نوترون در اثر شکافت آزاد می‌‌شود حال اگر ما تعداد نوترون‌های آزاد شده را ۳ عدد فرض کنیم و مدت زمان لازم برای تحقق هر شکافت ‎۰/۰۱ ثانیه باشد، مقدار اورانیوم مصرف شده در یک ثانیه در حدود ۱۰ به توان ۲۳ کیلوگرم خواهد بود. واضح است که واکنش زنجیره‌ای شکافت می‌تواند مقادیر قابل توجهی از اورانیوم را در مدت زمان ناچیزی به انرزی تبدیل کند.
مشخص است که ما نیازی به تولید مستمر نوترون نداریم بلکه با اصابت اولین نوترون به هسته وآزاد شدن نوترون‌های ناشی از فرآیند شکافت ما می‌توانیم نوترون مورد نیاز خود را بدست آوریم که مسلما این تعداد نوترون بسیار بیشتر از نیاز ما خواهد بود. به حداقل مقدار اورانیومی که برای فرآیند شکافت لازم است جرم بحرانی یا مقدار بحرانی می‌‌گویند. از به هم پیوستن دو یا چند جرم بحرانی یک ابر جرم بحرانی حاصل می‌‌شود.
حال اگر بخواهیم واکنش زنجیره‌ای ادامه پیدا کند، حفظ یک اندازه بحرانی برای ماده اولیه اورانیوم ضرورت دارد. در صورتی که مقدار اورانیوم را خیلی کمتر از جرم بحرانی بگیریم، بیشتر نوترون های تولیدی فرار خواهند کرد زیرا این فرار به عواملی چون شکل فیزیکی اورانیوم و جرم آن وابسته است و در نتیجه واکنش متوقف می‌‌شود. از سوی دیگر اگر مقدار اورانیوم را فوق العاده زیاد بگیریم مثلاً به اندازه یک ابر جرم بحرانی، تمام نوترون های تولیدی در واکنش های بعدی شرکت خواهند کرد وانرژی آزاد شده در یک فاصله زمانی کوتاه آنچنان زیاد خواهد شد که نتیجه‌ای جز انفجار نخواهد داشت!! بین این دو حالت یک خط فاصل وجود دارد:اگر بزرگی کره اورانیومی شکل را درست برابر اندازه بحرانی بگیریم آنگاه از هر شکافت فقط یک نوترون برای شرکت در شکافت بعدی باقی می‌‌ماند در این صورت واکنش با آهنگ ثابتی ادامه می‌‌یابد. از خاصیت حالت سوم برای عملکرد نیروگاههای هسته‌ای استفاده می‌‌کنند.

فن‌آوری هسته‌ای فن‌آوری است که بر اساس واکنش‌های هسته‌ای به وجود آمده است. که گستره‌ی بزرگی از حسگر دود تا راکتورهای هسته‌ای, و سلاح هسته‌ای.
تاریخچه کشف
در سال ۱۸۹۶, هنری بکرل متوجه تابش‌های عجیبی از اورانیوم شد که آن را پرتوزایی نامید. و بعد از آن پیر کوری و ماری کوری عنصر رادیوم را کشف کردند که بسیار پرتوزا بود.بررسی‌های بیشتر سه نوع پرتوزایی را نشان داد آلفا بتا و گاما.که موجب صدماتی مشابه آفتاب سوختگی و با شدت بیشتر می‌شد.
شکافت هسته‌ای
شکافت هسته‌ای فرآیندی است که بسیار سخت قابل کنترل می شود اما از شکافت هسته‌ای برای ایجاد برق توسط اتو هان دانشمند آلمانی و از طریق پروژه منهتن برای ساخت بمب اتمی در جنگ جهانی دوم استفاده شد
گداخت هسته‌ای
گداخت هسته‌ای فرآیندی است که در آن دوتریوم و ترتیوم ترکیب شده و تبدیل به هلیوم می شوند سازنده چنین علمی ادوارد تیلور است.

سلاح هسته‌ای
اولین بار از سلاح هسته‌ای که یکی از کاربردهای مخرب فناوری هسته‌ای است در ۱۶ ژوئیه ۱۹۵۴ برای بمباران دو شهر ژاپنی هیروشیما و ناگازاکی توسط آمریکا استفاده شد پروژه‌ای که ساخت چنین بمبی را دنبال می کرد پروژه منهتن نام داشت.
در طول جنگ سرد بارها کشورهای آمریکا و اتحاد جماهیر شوروی اقدام به افزایش توان تسلیحاتی خود نمودند
نیروگاه هسته‌ای
انواع واکنش‌های هسته‌ای
واکنش‌هایی که در یک راکتور انجام می گیرد به دو دسته تقسیم می شوند:گداخت هسته‌ای و شکافت هسته‌ای
حوادث هسته‌ای
حادثه سه مایلی آیلند (۱۹۷۹)
حادثه سه مایلی آیلند در سال ۱۹۷۹ اتفاق افتاد
حادثه چرنوبیل (۱۹۸۶)
حادثه چرنوبیل در سال ۱۹۸۶ و در چرنوبیل (در اوکراین کنونی) اتفاق افتاد به طوری کنترل نیروگاه در ساعت ۱:۴۰ بامداد خارج شد و بتن آرمه یک متری گنبد را ذوب نمود و اتفاقات پس از آن مو جب شد تا در کل اروپا وضعیت اضطراری اعلام شود

 

مثالهایی از فناوری هسته‌ای
نیروگاه هسته‌ای
نیروگاه‌های هسته‌ای را می توان مهمترین کاربرد از فناوری هسته‌ای نامید که بدون تولید گازهای آلاینده به تولید برق می پردازند.
نیروگاه‌ها کاربردهای وسیعتری در زمینه‌های دیگر مانند حمل نقل زیردریایی ها ٬تحقیقات علمی و... نیز دارند
کاربردهای پزشکی
تصویر برداری - تصویر برداری های پزشکی که از طریق منابع پرتو ایکس مانند کبالت ۶۰ یا تکنسیوم ۹۹ انجام می گیرد, و یکی از کاربردهایش مقطع‌نگاری با نشر پوزیترون است.
کاربردهای صنعتی
اکتشاف نفت و گاز- توانایی عبور پرتو گاما از سنگ‌ها ب ما کمک می کند منابعی مانند نفت و گاز را شناسایی کنیم.
ساخت جاده - از مواد هسته‌ای مانند سزیم ۱۳۷ برای شناسایی چگالی آسفالت٬ خاک و بتن استفاده می کنیم.
کاربردهای تجاری
یک حسگر دود ازآمرسیوم-۲۴۱ , که یک منبع واپاشی آلفاست تشکیل شده است. ترتیوم و فسفر به هنگام دود شروع به اعلام خطر می کنند و مزیت این نوع حسگرها قابلیت دید در تاریکی است.
صنایع غذایی
از پرتوزایی هسته‌ای برای از بین بردن میکروبها ویروسها باکتریها و قارچها استفاده می شود

+ نوشته شده در  چهارشنبه 1391/02/13ساعت 13:9  توسط سجاد یوسفی مظاهر  | 

گفتگو با خدا

الو ... الو... سلام
کسی اونجا نیست ؟؟؟؟؟
مگه اونجا خونه ی خدا نیست؟
پس چرا کسی جواب نمیده؟
یهو یه صدای مهربون! ..مثل اینکه صدای یه فرشتس .بله با کی کار داری کوچولو؟
خدا هست؟ باهاش قرار داشتم.. قول داده امشب جوابمو بده.
بگو من میشنوم .کودک متعجب پرسید: مگه تو خدایی ؟من با خدا کار دارم ...
هر چی میخوای به من بگو قول میدم به خدا بگم .
صدای بغض آلودش آهسته گفت یعنی خدام منو دوست نداره؟؟؟؟
فرشته ساکت بود .بعد از مکثی نه چندان طولانی:نه خدا خیلی دوستت داره.مگه کسی
میتونه تو رو دوست نداشته باشه؟
بلور اشکی که در چشمانش حلقه زده بود با فشار بغض شکست وبر روی گونه اش غلطید
وباهمان بغض گفت :اصلا اگه نگی خدا
باهام حرف بزنه گریه میکنما...
بعد از چند لحظه هیاهوی سکوت ؛
بگوزیبا بگو .هر آنچه را که بر دل کوچکت سنگینی میکند بگو..دیگر بغض امانش رابریده
بود بلند بلند گریه کرد وگفت:خدا جون خدای مهربون،خدای قشنگم میخواستم بهت بگم تو رو خدا نذار بزرگ شم تو رو خدا...چرا ؟این مخالف تقدیره .چرا دوست نداری بزرگ بشی؟آخه خدا من خیلی تو رو دوست دارم قدمامانم ،ده تا دوستت دارم .اگه بزرگ شم نکنه مثل بقیه فراموشت کنم؟
نکنه یادم بره که یه روزی بهت زنگ زدم ؟نکنه یادم بره هر شب باهات قرار داشتم؟مثل بقیه که بزرگ شدن و حرف منو نمی فهمن.
مثل بقیه که بزرگن و فکر میکنن من الکی میگم با تو دوستم .مگه ما باهم دوست نیستیم؟پس چرا کسی حرفمو باور نمیکنه ؟خدا چرا بزرگا حرفاشون سخت سخته؟مگه اینطوری نمی شه باهات حرف زد...
خداپس از تمام شدن گریه های کودک:آدم ،محبوب ترین مخلوق من.. چه زود خاطراتش
رو به ازای بزرگ شدن فراموش میکنه...کاش همه مثل تو به جای خواسته های عجیب من رو از خودم طلب میکردند تا تمام دنیا در دستشان جا میگرفت.
کاش همه مثل تو مرا برای خودم ونه برای خودخواهی شان میخواستند .دنیا برای تو
کوچک است ...
بیا تا برای همیشه کوچک بمانی و هرگز بزرگ نشوی... 

کودک کنار گوشی تلفن درحالیکه لبخند بر لب داشت در اغوش خدا به خواب فرو رفت.


اینم یه لینک خوب برای گزارش کار آزمایشگاه شیمی(همین جارو کلیک کنید)




Let go and let God.

+ نوشته شده در  سه شنبه 1391/02/05ساعت 20:18  توسط سجاد یوسفی مظاهر  | 

عکس


nm

+ نوشته شده در  پنجشنبه 1390/12/04ساعت 19:13  توسط nadir  | 

چرا اینجا دور هم جم شدیم ؟!

+ نوشته شده در  دوشنبه 1390/09/28ساعت 1:19  توسط  نادر ملیح  | 

راهنمای ثبت نام

+ نوشته شده در  دوشنبه 1390/09/28ساعت 0:44  توسط  نادر ملیح  | 

این فیزیک هسته ای که میگن چیه؟!

+ نوشته شده در  یکشنبه 1390/09/27ساعت 23:58  توسط  نادر ملیح  |