فرهنگ و تاريخ | سرگرمي | نيازمنديها | مذهبي | اقتصادي | خانواده و اجتماع | هنر | اخبار | ورزش | کامپيوتر | گردشگري | صنعت و دانشگاه | صفحه اصلي

صفحه اول بخش فيزيک
دانشگاه ها و اساتيد فيزيک
آموزش علوم رشته فيزيک
آموزش نرم افزارهاي فيزيک
آموزش آزمايشهاي فيزيک
پروژه هاي تحقيقاتي فيزيک
مراکز تحقيقاتي بخش فيزيک
آشنايي با متخصصين فيزيک
بانک مقالات رشته فيزيک
رده بندي سايتهاي فيزيک
پايان نامه هاي دانشجويي
مجلات و نشريات شيمي
گالري عکسهاي فيزيک
 
 

عنوان: فيزيک هسته اي از آغاز تاکنون

نويسنده:

منبع اطلاعاتي:

عکس
 

 

گالري تصاوير

 

مطالب مرتبط 1

 

مطالب مرتبط 2

 
 
 

واژه فيزيک، يک کلمه يوناني Physike به معناي دانش طبيعت است. رشته فيزيک در حال حاضر شاخه ها و گرايش هاي متعددي همچون فيزيک هسته اي، فيزيک اتمي، فيزيک حالت جامد و مولکولي، فيزيک ليزر، فيزيک نجومي، فيزيک ذرات بنيادي، فيزيک پزشکي و نانو فيزيک دارد. اما در اين ميان فيزيک هسته اي و کاربردهاي اين علم نوين از اهميت بسزايي برخوردار است.
تاريخ آغاز فيزيک هسته اي را مي توانيم از کشف راديو اکتيويته (پرتوزايي) از سوي بکرل در سال ۱۸۹۶ يا ظهور فرضيه رادرفورد مبني بر وجود هسته در اتم ها در سال ۱۹۱۱ بدانيم. در هرحال، به روشني معلوم است که مطالعات تجربي و نظري فيزيک هسته اي نقش برجسته اي در توسعه فيزيک قرن بيستم ايفا کرده است.
به علاوه فيزيک هسته اي فنوني در اختيار ما قرارداده است که در زمينه هاي علمي ديگر ازجمله در فيزيک اتمي و فيزيک حالت جامد، نيز کاربرد وسيعي پيدا کرده است. پژوهش هاي آزمايشگاهي، فيزيک هسته اي را براي حل انواع بسيار گوناگوني از مسائل، از برهم کنشي کوارکها (بنيادي ترين ذره که ماده از آن ساخته مي شود) گرفته تا فرايندهاي نخستين مراحل تکامل جهان که پس از مهبانگ اتفاق افتاده است، به کاربرده اند.

فيزيکدان ها امروزه از فنوني که در آزمايشگاه هاي فيزيک هسته اي آموخته اند براي تشخيص و درمان بيماري ها در انسان ها بدون اين که نيازي به جراحي باشد، بهره برداري مي کنند.

اما از سوي ديگر هم برخي از فنون فيزيک هسته اي تجربي در ساختن سلاح هاي ترسناکي مورداستفاده قرار مي گيرد که منظور از توليد آنها کشتار توده اي از انسانهاست و ادامه توليد و تکثير آنها تهديدي جدي براي اينده بشريت محسوب مي شود. آسان نيست که هيچ علم ديگري را با اين علم که طيف گسترده اي از کوچکترين ذرات ميکروسکوپي تا موجودات کيهاني را شامل مي شود، مقايسه کنيم.

 

 فيزيک هسته اي پدر فيزيک ذرات بنيادي :
به هرحال فيزيک هسته اي را مي توان ازسويي فرزند شيمي و فيزيک اتمي و از سوي ديگر پدر فيزيک ذرات بنيادي به شمار آورد.  فيزيک هسته اي اگرچه اکنون نقش محوري اش را در جست وجوي اجزاي بنيادي ماده از دست داده است ولي هنوز هم براي درک برهم کنشي هاي بنيادي از آزمايش هاي هسته اي استفاده مي شود. تحقيق درخواص هسته ها و قوانين حاکم بر ساختار هسته اي، به نوبه خود زمينه فعال و باروري از پژوهش هاي فيزيکي است. ابزارهاي مفيدي مانند آشکارسازها، تنظيم کننده هاي ضربان قلب و وسايل تصويرگر پزشکي ازجمله دستاوردهاي عملي اين پژوهش ها است. اگرچه در اذهان عمومي اغلب مردم در طول نيم قرن گذشته، اين علم يادآور انفجارات اتمي بمباران هيروشيما و ناکازاکي و کشتار وسيع انسان هاي بي گناه و يا توليد راکتورهاي اتمي براي توليد برق است، اما بايد دانست استفاده هاي صلح آميز از اين علم نوين شامل موارد متعدد ديگري است که به اختصار به آنها اشاره مي شود.
توليد برق و شيرين کردن آب درياها ، استفاده از راديوايزوتوپها در پزشکي، صنعت و کشاورزي ، استفاده از پرتوهاي ناشي از فرايندهاي هسته اي در پزشکي، صنعت و کشاورزي ، توليد گونه هايي از محصولات غذايي داراي حاصلخيزي بيشتر، توليد گونه هاي مقاوم نسبت به آفات و کم آبي ، استفاده مؤثرتر از منابع آبي و جمع آوري آنها ، کنترل و نابودي آفات، جلوگيري از فساد محصولات در هنگام نگهداري، تصويربرداري، تشخيص، پيش بيني و درمان برخي بيماري ها درنتيجه استفاده از پرتودهي و راديو ايزوتوپها، تسهيل عمليات اکتشاف و استخراج معادن زيرزميني نفت و گاز، تشخيص محل نشت سيالات در لوله ها و مخازن، تعيين ميزان خوردگي فلزات، اندازه گيري دقيق قطرسنجي، ضخامت سنجي و سطح سنجي، تعيين فرسودگي غشاي داخلي کوره هاي صنعتي، استفاده از اثرات متقابل پرتوها با مواد براي بهينه سازي عملکرد آنها در صنعت از مهم ترين دستاوردهاي علوم و فنون هسته اي است.

 

 اصول 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 فرايندها 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 فرايند 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.
 

 

 

 

 

گروه علمي فدک

کليه مطالب ارسالي با نام اشخاص و ذکر منبع در اين سايت درج مي شود

راهنما  |  آمار سايت  |  درباره ما  |  تماس با ما  |  نظر خواهي  | آرشيو  |  عضويت در سايت