بیگ بانگ « انفجار بزرگ» قسمت اول

این مقاله ۳ قسمت میباشد و سعی میشود در روزهای آینده ۲ قسمت دیگر نیز منتشر شود.

می توانیم تاریخچه جهان را مرور کنیم تا به 14 میلیارد سال قبل به لحظه ای خاص برسیم جایی که تمام جرم و انرژی موجود در جهان در نقطه ایی کوچکتر از یک سکه متمرکز شده بود لحظه ایی که هیچ کدام از قوانین فیزیکی نمی توانند آن را تفسیر کنند.

در این مقاله به معرفی انفجار بزرگ یا بیگ بانگ (big bang) می پردازیم و به طور کلی در سه بخش آن را بررسی می کنیم :

1- بیگ بانگ چه بوده است؟

2- چه نیرویی بیگ بانگ را بوجود آورده است ؟

3- جهان از کجا آمده است ؟

1- بیگ بنگ چه بوده است:

بیگ بانگ (انفجار بزرگ) نخستین پدیده و اتفاق شناخته شده در جهان می باشد.

می توانیم تاریخچه جهان را تا 14 میلیارد سال قبل مرور کنیم، تا به لحظه ای آتشین به نام بیگ بانگ برسیم. در آن لحظه جهان بینهایت داغ و متراکم بوده است، در واقع تمام مواد موجود در جهان از جمله دورترین کهکشان ها تا همین ذرات و مواد موجود در روی زمین خودمان بسیار متراکم شده بودند. اما ناگهان این نقطه متراکم منفجر می شود و انفجار عظیم و غیرقابل تصوری بنام بیگ بانگ بوجود می آید.

اما از آنجایی که کسی در آن لحظه برای ثبت آن اتفاق نبوده است ما از کجا می دانیم چنین انفجاری رخ داده است ؟ در طی قرن گذشته ما به سه دلیل  رسیده ایم که فعلاً نظریه ی بیگ بانگ را به خوبی تأیید می کنند:

الف- مشاهده کردیم که کهکشان ها در حال دور شدن از هم هستند :

اگر سری مقالات قبلی را دنبال کرده باشید می دانید که کهکشان راه شیری ما یکی از بی شمار کهکشان موجود در عالم می باشد و ما انتظار داریم تمامی این کهکشان ها از جمله کهکشان خودمان با توجه به نیروی گرانش ( متقابلی که به هم وارد می کنند ) به سمت هم حرکت کنند، اما در سال 1929 ستاره شناسی به نام ادوین هابل به کشفی غیرمنتظره دست یافت : کهکشان ها با سرعت زیاد در حال دور شدن از هم هستند و هر چه فاصله شان از هم بیشتر باشد با سرعت بیشتری از هم دور می شوند.

کهکشانها مانند نقاط روی یک بادکنک، درحال دور شدن از هم هستند.

 

وقتی کهکشان ها در حال دور شدن از همدیگر باشند، بنابراین باید در گذشته به هم نزدیکتر بوده باشند. با توجه به بررسی سرعت و جهت حرکت کهکشان ها ستاره شناسان متوجه شدند که همه آنها باید در حدود 14 میلیارد سال پیش به طور باور نکردنی متراکم و فشرده بوده باشند، که این قضیه با شواهد بسیار دیگری نیز تأیید می شود.

ب‌- عناصر شیمیایی نیز تایید کننده بیگ بانگ هستند :

در سال 1940 فیزیک دانی به نام جورج گاموف به همراه دستیارانش فهمیدند که جهان در ابتدایش بسیار متراکم و داغ بوده هست. در آن سال دانشمندان تازه دریافته بودند که عناصر شیمیایی تحت تراکم و دمای بسیار زیاد می توانند به یکدیگر تبدیل شوند .گاموف و دستیارانش این قضیه را برای جهانی فوق العاده داغ و متراکم و در حال انبساط محاسبه کردند و دیدند در آن شرایط یک چهارم از ساده ترین عنصر (هیدروژن) به عنصر هلیوم تبدیل می شود . ستاره شناسان نیز نسبت هیدروژن به هلیومی را که در جهان پراکنده شده است را محاسبه کردند که مقدار آن دقیقاً با محاسبات جورج گاموف سازگار بودند. این مسئله هم یکی از قوی ترین دلایل بر رخداد بیگ بانگ می باشد.

گذر زمان بعد از بیگ بنگ (از چپ به راست)

 

پ - نور حاصل از بیگ بانگ را مشاهده کردیم :

با توجه به نظریه بیگ بانگ , بیگ بانگ همه جای فضا رخ داده است (نه فقط در یک نقطه). هزاران سال بعد از بیگ بنگ جهان با ماده  داغ (حاصل از انفجار بیگ بانگ) پرشده بود و این ماده ی داغ شروع  به گداخته شدن و تابشی کرد که به همه جهات تابیده می شد.(هر جسمی نیز وقتی خیلی داغ می شود شروع به درخشش می کند). این پس تابش (afterglow ) بیگ بانگ هنوز نیز در جهان وجود دارد.

در واقع این جریان ثابت از تابش همواره به زمین می رسد، از دورترین نقاط فضا که میلیاردها کیلومتر با ما فاصله دارند. اما از آنجایی که این نور فاصله ایی بسیار طولانی را طی کرده و با انبساط جهان انرژی خود را از دست داده دیگر با چشم قابل رؤیت نیست، اما هنوز به وسیله حسگرهایی قابل شناسایی است.

تصویری از تمام آسمان، که نشاندهنده ی شدت امواج زمینه ی کیهان در تمام جهات است.

 

در سال 1964 رادیو ستاره شناسانی به نام آرنو پنزیز و رابرت ویلسون اولین کسانی بودند که توانستند این پس تابش بیگ بانگ را کشف کنند و سرانجام در سال 1991 فضاپیمای ناسا تصویری از این نور باستانی را گرفت که نتیجه ایی قاطع و معتبر بر وقوع بیگ بانگ بود. این دست آورد بعنوان یکی از بزرگترین پیروزی های بشر در اکتشاف های علمی اش قلمداد می شود. به این امواجی که با انرژی کم از تمام نقاط فضا به سوی ما می آیند، «تابش زمینه ی کیهانی» گفته می شود.

تمامی این دستاورد ها نتیجه دو عامل مهم است : اول همراه شدن تخیل بشر با اکتشافات علمی  و دوم میل و اجازه طبیعت برای دست یافتن به این راز های شگفت انگیز خلقت تا جایی که ما می توانیم از نقاط آغازین خلقت صحبت کنیم. در واقع بزرگترین معجزه ی خلقت بقول انیشتن این است که : جهان قابل شناختن است!

تهیه: محمد درخشانی

با تشکر از بخش نجوم سایت تبیان

راکتور هسته ای قسمت دوم

راکتورهای هسته‌ای دستگاه‌هایی هستند که در آنها شکافت هسته‌ای کنترل شده رخ می‌دهد. راکتورها برای تولید انرژی الکتریکی و نیز تولید نوترون‌ها بکار می‌روند. اندازه و طرح راکتور بر حسب کار آن متغیر است. فرآیند شکافت که یک نوترون بوسیله یک هسته سنگین (با جرم زیاد) جذب شده و به دنبال آن به دو هسته کوچکتر همراه با آزاد سازی انرژی و چند نوترون دیگر شکافته می‌شود.

در این بخش به ادامه توضیح درباره بخش های مختلف راکتور می پردازیم.

4. سیستم های ایمنی در راکتور

وظایف دستگاه ها و سیستم های کنترل(I&C) در راکتورهای هسته ای شامل اندازه گیری، کنترل، تنظیم، چک کردن و حفاظت است. عملیات اجرایی راکتور بر اساس نیازهای فیزیکی، شیمیایی، فرآیندهای مهندسی و اپراتوری است که به عهده سیستم ها و دستگاه های آن گذاشته شده است. سیستم دستگاهی و کنترل ممکن است به دوبخش ایمنی و اپراتوری یا کارگردانی تقسیم شوند. حفاظت راکتور و محیط زیست به عهده سیستم های ایمنی گذاشته شده است. این سیستم¬ها غالبا در مواقع ضروری کارمی کنند و در دوران بهره برداری و خارج از وضعیت اضطراری اکثرا غیرفعال هستند. قابلیت عملکرد این دستگاه های نصب شده اضافی دائما بطور خود مونیتورینگ و تست های دوره ای بررسی می شوند. کنترل قدرت راکتور معمولا در بخشی از I&C ایمنی ملحوظ و منظور می گردد. کنترل و دستگاه های اوپراتوری شامل تمام سیستم هایی است که کارگردانی و یا عملکرد طبیعی و بدون خطر یک راکتور هسته ای را تضمین و مطمئن می سازد. به همین دلیل ممکن است آنرا به گروه های اجرایی وکارهای پیچیده ای که در خط فرآیند است تقسیم نمود.

5. میله های کنترل

میله های کنترل برای تنظیم توزیع قدرت در راکتور در زمان اپراتوری مورد استفاده قرار می گیرند. مهمترین وظیفه میله های کنترل که بین میله های سوخت قرار می گیرند، برای خاموش کردن یا متوقف کردن فرآیند شکافت هسته ای در زمان هایی که لازم است، چنین عملی انجام شود. خاموش کردن راکتور می تواند از طریق کنترل اتوماتیک یا توسط اپراتور انجام پذیرد. میله های کنترل از موادی ساخته شده اند که خیلی سریع با جذب نوترون ها واکنش های هسته ای را متوقف می کنند. موادی که به این منظور استفاده می شوند عبارتند از کربور نقره، ایندیم، کادمیم و هافنیوم. میله های کنترل به داخل وخارج از میله های سوخت حرکت کرده و نرخ واکنش هسته ای را تنظیم می نمایند.

در راکتورهای هسته ای دونوع کنترل وجود دارد:

• کنترل آرام، برای جلوگیری از به وجود آمدن قدرت زیاد و برقراری قدرت متعادل راکتور. این کنترل بیشتر توسط محلول های برن و یا افزایش یا کاهش آن در کندکننده ها اعمال می گردد.

• کنترل سریع، برای کاهش سریع قدرت راکتور و یا خاموش کردن راکتور از مجموعه میله های کنترل که ممکن است به صورت دستی یا اتوماتیک باشند استفاده می شود. در مواقع اضطراری، میله های کنترل با شتاب به صورت اتوماتیک به داخل میله های سوخت سقوط می کنند و سبب خاموشی راکتور می گردند.

6. حفاظت راکتور

وظیفه سیستم حفاظت از راکتور اطمینان از آشکارسازی تمام حوادث پیش بینی شده در طراحی و اعتماد از امکان انجام عملیات حفاظتی می باشد. این برنامه و تمهیدات باید اطمینان دهد راکتور همیشه بطور ایمن کار می کند. حوادث، بخش هایی از یک حادثه بزرگتر هستند که به کارگردانی راکتور دیکته می کند که به دلایل ایمنی کار راکتور باید قطع شود. بنابراین داده های آنالوگ سیستم ارزیاب، فرآیندهای ویژه منجر به حادثه احتمالی را شناسایی کرده و از طریق یک سیستم دیگر علائمی را تولید می کند که نشان می دهد حدود آن نارسایی ها و یا اشکالات از حد معینی فراتر رفته است. این علائم واقعی آغاز انحراف یا لغزش راکتور از حالت طبیعی است که ترجیحا تمام عملیات کارگردانی را تحت کنترل درمی آورد و متعاقبا فعال شدن تمام سیستم های مهندسی ایمنی را برای کنترل حادثه، باعث می گردد. در تمام موارد، شناسایی و آشکارسازی مبتنی بر فرآیندهای متفاوتی است که هر نوع ابهامی را در رابطه با سیستم آشکارسازی حادثه و قصورهای رایج در سیستم ارزیابی داده ها رفع می کند. وسایل و ابزار اضافی تکمیلی چنان، اطمینانی را فراهم می آورند که با حفاظت به موقع راکتور اثرات سوء حادثه های احتمالی کاهش یابد. وسایل اضافی مبتنی بر انجام وظیفه های انحصاری، به طور فیزیکی از نظر محل قرارگیری طوری از یکدیگر جداشده اند که در مقابل حوادث بیرونی می توانند سالم باقی بمانند. تابلوی وضعیت سیستم حفاظت راکتور را در تمام زمان های کار عادی راکتور و شرایط اضطراری به طور بسیار روشن و واضح به پرسنل کارگردانی اعلام می نماید. تست های دوره ای با دستگاه های مخصوص تست کردن انجام می شوند. قصورهای آشکار و نهان در کانال های مربوطه توسط خویش گزارشگر اعلام می شوند.

نوع دیگر حفاظت با نام حفاظت رادیولوژیکی و کنترل پرتوگیری وجود دارد که وظیفه آن عبارتست از کاهش پرتوگیری و آلودگی داخل راکتورها و محیط زیست در کمترین حد ممکن. سیستم های مختلف کنترل پرتوگیری، اندازه گیری و ثبت پرتوها را در تمام مناطق کنترل شده انجام می دهد. سیستم های مختلف کنترل پرتوگیری امکان بررسی میزان دز تابش محلی، منطقه ای، محیط زیست، پرتوگیری پرسنلی و همچنین میزان نشت پسمان های مایع، گاز و جامد را فراهم می کند. سیستم های کنترل پرتوگیری، دستگاه های نصب شده دائمی هستند که بخشی از مجموعه سیستم I&C محسوب می شوند. مونیتورهای ثابت بررسی نمونه های محلی را بطور دائم و یا متناوب انجام می دهند و مونیتورهای متحرک شامل دستگاه های اندازه گیری پرتو در محل های متفاوت نصب هستند.

با تشکر از بخش دانش و فناوری سایت تبیان

راکتورهای هسته ای قسمت اول

مقدمه:

شکافت هسته ای اتم اورانیم 235 در واقع در اثر نفوذ یک نوترون حرارتی به درون هسته یک اتم سنگین است که باعث شکافت آن به دوپاره از هسته های جدید و سبکتر می گردد. در ضمن در عمل شکافت به طور متوسط 2-3 نوترون ایجاد شده و مقداری انرژی تابشی گاما آزاد می گردد. انرژی سینتیک محصولات شکافت و نوترون ها به مواد اطراف خود از طریق برخورد و جذب پرتو به تولید گرما منجر خواهد شد. انرژی آزاد شده از هر شکافت حدود  11-10*3.2 ژول است در حالیکه تولید انرژی از منابع متعارف سوخت فسیلی که حاصل تشکیل یک مولکول دی اکسید کربن هست حدود

  19-10*6.7 می باشد.

نوکلوییدهای غیر قابل شکافت هم در طی فرآیندهای بالا با دریافت و یا برخورد با یک نوترون با ایزوتوپ هایی به تعداد نوترون بالاتر تبدیل خواهد شد. بدین ترتیب رادیونوکلوئید های جدیدی خواهیم داشت که درمیان آنها پاره های شکافت مواد شکافت پذیر جدیدی مثل اورانیم235، پلوتونیم 239 وجود داشته و پلوتونیم 241 نیز به طور مصنوعی می تواند زایش پیدا کند.

این فرآیندهای فیزیکی در راکتورهای هسته ای اتفاق می افتد. درون میله های سوخت فرآیندهای شکافت و زایش در اثر واکنش زنجیره ای صورت می گیرد و واکنش با تولید نوترون به طور دائم ادامه می یابد.

راکتورهای هسته برای اهداف فراوانی طراحی و ساخته می شوند که بعضی از آنها عبارتند از:

- راکتورهای تولید حرارت و برق

- راکتورهای کِشنده

- راکتورهای تحقیقاتی

- راکتورهای تولید پلوتونیم

- راکتورهای اختصاصی برای مقاصدی همچون ساخت زیردریایی، فضا پیما، آب شیرین کن و...

ساختار عمومی راکتورهای هسته ای:

بخش مرکزی راکتور هسته ای جدا از آزمایشگاه ها، بخش های جانبی و خدماتی آن از یک ساختمان ویژه ای تشکیل شده است که ویژگی آن نه فقط به دلیل جادادن وسایل خاص راکتور، بلکه به لحاظ استحکام، ویژگی مصالح ساختمانی، ایزوله یا منزوی بودن از محیط زیست، مقاومت در مقابل زلزله، خوردگی و دسترسی به سرویس های مخصوص کاملاً استثنایی است.

یک راکتور هسته ای جدا از سازه های ساختمانی به طور کلی از قسمت های زیر تشکیل شده است:

1. مجموعه های سوخت

2. کند کننده ها

3. خنک کننده ها

4. سیستم های ایمنی

5.میله های کنترل

 6. حفاظ های مختلف

در اینجا به بحث مختصری درباره ی هرکدام از این قسمت ها پرداخته می شود:

1-مجموعه های سوخت

سوخت یک راکتور هسته ای را ممکن است شامل آنچه که در قلب راکتور به عنوان سوخت وجود دارد در نظر گرفت. به عبارت واقعی تر سوخت راکتور در چندین مجموعه سوخت و هر مجموعه متشکل از چندین میله سوخت و هر میله شامل تعداد معینی از قرص ها یا حبه های مواد شکافت پذیر هسته ای مثل اورانیم و یا در بعضی موارد پلوتونیم می باشد. میله های سوخت در راکتور به صورت صفحه ای(Plate) و غنای اورانیم 235 تا 95 درصد می رسد. هرمیله ی سوخت از غلاف زیر کالوی و شامل قطعاتی از قرص های دی اکسید اورانیم است. زیر کالوی 2 تا 4 یک آلیاژ زیر کونیم با عیار کمی از قلع، آهن، کرم و نیکل است؛ میله های سوخت ممکن است به صورت انفرادی در جاهای مخصوص خود گذاشته شود و یا ممکن است به صورت مجموعه های سوخت درون قلب راکتور به طور منظم قرارگیرند.

سوخت راکتور مخصوصاً راکتورها مخصوصا راکتورهای قدرت به طور اصولی یا از عناصری شامل اتم های قابل شکافت تامین می شوند و یا از اتم های ایزوتروپ عناصری که قابلیت تبدیل به اتم های قابل شکافت را دارند بنابراین اتم های قابل شکافت عبارتند از:

اورانیم 235 ، پلوتونیم 239 و اورانیم 233

اتم های مستعد با قابلیت تبدیل به اتم های قابل شکافت عبارتند از: اورانیم 238 و توریم 232

سوخت راکتورها از نظر فرآیندهای استفاده در راکتورها بر اساس استراتژی کشور ممکن است به یکی از سه روش زیر عمل گردد:

• یکبار استفاده از اورانیم و ارسال سوخت مصرف شده به انبار موقت و سپس دفن همیشگی آن

• استفاده چندباره از اورانیم و برقراری سیکل اورانیم-پلوتونیم با اعمال عملیات باز فرآوری روی آن

• استفاده از سیکل اورانیم-توریم به این معنی که توریم 232 ابتدا تبدیل به اورانیم 233 می شود و سپس این اورانیم به عنوان سوخت در راکتورها مورد استفاه قرار می گیرد.

2- کند کننده ها

کند کننده ماده ای است که برای کند کردن نوترون های سریع تا انرژی های حرارتی در راکتورهای هسته ای مورد استفاده قرار می گیرند. گاهی اوقات همین کندکننده ها عمل سرد کنندگی راکتور را هم انجام می دهد. موادی که می توانند به عنوان کننده مورد استفاده قرارگیرند عبارتند از: آب، آب سنگین، گرافیت و گاهی اوقات هم بریلیوم آب به دلیل داشتن هیدروژن که عنصری سبک است و نیز فراوانی و ارزانی آن مورد استفاده قرار می گیرد. به طور کلی هرچه ماده کندکننده دارای قابلیت کندکنندگی بهتری برای نوترون ها باشد درجه کمتری از سوخت غنی شده مورد نیاز خواهد بود. آب سنگین بهتر از گرانیت و گرانیت بهتر از آب دارای خاصیت کندکنندگی است، ولی تولید آب سنگین نسبتاً گران است و گرانیت هم تاثیرات نامطلوبی در نتیجه در نتیجه پرتوگیری از خود بروز می دهد.

مشخصات یک کند کننده خوب:

• نوترون ها نباید با کندکننده واکنش نشان دهد، چون در اینصورت بازدهی تولید نوترون کاهش یافته و راکتور به سمت خاموشی می رود.

• نوترون ها باید در محیط کندکننده ها در فاصله های کوتاهی پس از چند برخود کند شوند زیرا در غیر اینصورت، نوترون توسط اورانیم 238 گیر افتاده و موجب تشدید ناخالصی های کند کننده می شود که این وضعیت اقتصادی نیست.

• گرچه کند کننده ها باید ارزان باشند ولی در عین حال خواص ساختاری آنها باید رضایت بخش هم باشد.

• کندکننده باید با سایر مواد ساختاری راکتور سازگار باشد و نباید خواص خورندگی، سایندگی و یا تحت تاثیر پرتوهای رادیواکتیو قرار گیرد.

• کندکننده طی فرآیند دائمی بمباران های نوترونی نباید تحت تاثیرات و تغییرات نامطلوب فیزیکی یا شیمیایی قرار گیرد.

• یک کند کننده خوب باید به طور مؤثر نوترون های سریع حاصل از شکافت را به نوترون های حرارتی تبدیل کند.

3-خنک کننده ها:

خنک کننده برای انتقال حرارت از میله های سوخت به طور مستقیم مورد استفاده قرار می گیرد. این فقط در صورتی است که خنک کننده نقش کند کننده هم داشته باشد. در مواردی که ماده کند کننده دیگری مورد استفاده است در این صورت انتقال حرارت معمولا توسط خنک کننده مستقیماً از کندکننده و غیر مستقیم یا در بعضی موارد مستقیم از میله های سوخت انجام می پذیرد. اکثراً آب به عنوان سرد کننده مورد استفاده قرار می گیرد. به هر حال گاهی اوقات آب سنگین، فلزات مایع(سدیم و پتاسیم) یا حتی گازها(دی اکسیدکربن) هم ممکن است مورد استفاده واقع شوند. امروزه در اکثر راکتورهای تجاری آب به عنوان سردکننده مورد استفاده قرار می گیرد. در اینصورت آب علاوه بر نقش سرد کنندگی وظیفه کند کنندگی را نیز انجام می دهد.

خواص ایده آل برای یک خنک کننده:

• سطح مقطع جذب نوترونی کوچکی داشته باشد، در این صورت میزان تابش رادیواکتیویته در حین کارگردانی اپراتوری کاهش می یابد.

• فراوان و ارزان باشد.

• غیرخورنده یا خوردگی کمی داشته باشد، چون لوله ها و ساختارهای دیگر که با آن در تماس هستند باید سالم بمانند.

• ضریب انتقال حرارتی بالا داشته باشد. به این ترتیب حرارت به سهولت به سرد کننده انتقال یافته و جابجا خواهد شد.

• ویسکوزیته یا غلظت کم داشته باشد که سبب کاهش مصرف کمتر برق برای پمپ کردن آن می شود.

• دارای توانایی نگهداری درجه حرارت های بالا به صورت مایع، حتی اگر تحت فشار باشد.

خنک کننده هایی که در راکتورهای تحقیقاتی یا تجاری استفاده شده اند عبارتند از:

• آب سبک یا سنگین(اولی شامل دو اتم هیدروژن است و دومی شامل دو یا یک اتم دوتریم می باشد)

• فلز مایع (مثل سدیم، پتاسیم یا آلیاژی از ترکیب هر دو)

•  مواد آلی مایع (مثل اتانول، پروپان، پنتان، هوا یا گاز دی اکسید کربن)

با تشکر از بخش دانش و فناوری سایت تبیان

تاریخچه انرژی هسته ای

مقدمه

می‌دانیم که هسته از پروتون (با بار مثبت) و نوترون (بدون بار الکتریکی) تشکیل شده است. بنابراین بار الکتریکی آن مثبت است. اگر بتوانیم هسته را به طریقی به دو تکه تقسیم کنیم، تکه‌ها در اثر نیروی دافعه الکتریکی خیلی سریع از هم فاصله گرفته و انرژی جنبشی فوق العاده‌ای پیدا می‌کنند. در کنار این تکه‌ها ذرات دیگری مثل نوترون و اشعه‌های گاما و بتا نیز تولید می‌شود. انرژی جنبشی تکه‌ها و انرژی ذرات و پرتوهای بوجود آمده ، در اثر برهمکنش ذرات با مواد اطراف ، سرانجام به انرژی گرمایی تبدیل می‌شود. مثلا در واکنش هسته‌ای که در طی آن 235U به دو تکه تبدیل می‌شود، انرژی کلی معادل با 200MeV را آزاد می‌کند. این مقدار انرژی می‌تواند حدود 20 میلیارد کیلوگالری گرما را در ازای هر کیلوگرم سوخت تولید کند. این مقدار گرما 2800000 بار برگتر از حدود 7000 کیلوگالری گرمایی است که از سوختن هر کیلوگرم زغال سنگ حاصل می‌شود.

علم انرژی هسته ای، شکل گرفته از مطالعات در علوم شیمی و فیزیک در سده های اخیر می باشد. در 1879 با انجام یونیزاسیون یک گاز از طریق تخلیه الکتریکی به وسیله کراکس شروع شده و در 1897 توسط تامسون الکترون به عنوان ذره باردار مسئول الکتریسیته معرفی شد.

"رونتگن" در 1895 پرتو ایکس نافذ حاصل از یک لوله تخلیه را کشف کرد و "بکرل" در 1896 پرتوهایی مشابه (که امروزه لاندا می نامیم) را یا منشا کاملا متفاوت کشف کرد که منجر به کشف اورانیوم و پدیده ی پرتوزایی شد.

در 1905 "انیشتن"  نتیجه گیری کرد که جرم هر جسمی با سرعت آن افزایش پیدا می کند و فرمول مشهور خود E=mc2 راکه بیانگر هم  ارزی جرم و انرژی است بیان نمود(کوری ها در 1898 عنصرپرتوزای رادیوم را جداسازی نمودند) در زمان انیشتین بررسی تجربی مقدور نبود و انیشتین نتوانست مفاهیم معادله خود را پیش بینی کند.

در اوایل قرن بیستم یک سری آزمایش با ذرات مختلف حاصل از مواد پرتوزا به فهم نسبتا شفاف ساختار اتم و هسته منجر شد. از کار "رادرفورد" و "بور" نتیجه گیری شد  که اتم خنثی از نظر الکتریکی از بار منفی به شکل الکترون های احاطه کننده یک هسته مرکزی مثبت که قسمت اعظم ماده اتم را شامل می شود، تشکیل شده است. اگرچه هسته از ذرات مقید به یکدیگر از طریق نیروهای قوی هسته ای تشکیل شده است، تبدیلات هسته ای می توانند القا شوند یعنی بمباران نیتروژن با هلیم منجر به تولید اکسیژن وهیدروژن می شود.

در 1930 "بوته" و" بکر" بریلیم را با ذرات آلفای حاصل از پولونیم بمباران کردند و آنچه را که فکر کردند پرتوهای گاماست کشف کردند اما "چادویک" در 1932 نشان داد که باید نوترون ها باشند. در حال حاضر واکنش های مشابهی در راکتورهای هسته ای به عنوان چشمه نوترون به کار می رود. پرتوزایی مصنوعی اولین بار توسط "کوری" و" ژولیو" گزارش شد ذرات تزریق شده به داخل هسته های بور، منیزیوم و آلومینیوم ایزوتوپ های پرتوزای جدید عناصر متعددی را به وجود آورد. توسعه ماشین ها برای شتاب دادن ذرات باردار تا سرعت های بالا فرصت های جدیدی را برای مطالعه واکنش های هسته ای فراهم ساخت . سیکلوترون، طراحی و ساخته شده در 1932 به وسیله "لارنس" اولین سری از دستگاه های با توانمندی بالا بود.

کشف شکافت

طی سال های 1930" انریکوفرمی "و همکاران وی در ایتالیا، تعدادی آزمایش با نوترون تازه کشف شده انجام دادند آن ها استدلال کردند که نبود بار نوترون آن را در نفوذ به هسته موثر می سازد. از جمله کشفیات فرمی، تمایل زیاد بسیاری از عناصر به کند کردن نوترون و تنوع رادیوایزوتوپ هایی بود که می توانست از گیراندازی نوترون تولید شود.

"برایت" و "وینکر" توضیح نظری فرآیندهای نوترون کند را در سال 1936 ارائه نمودند. فرمی اندازه گیری های توزیع هر دو نوترون سریع و کند را انجام داد و رفتار آن ها را از لحاظ پراکندگی کشسان ،اثرات پیوند شیمیایی و حرکت گرمایی در مولکول های هدف توضیح داد.

تا این فاصله زمانی هنوز فرآیند شکافت شناسایی نگردید. تا اینکه در سال 1939 تا 1940 توسط فعالیت هان، اشتر اسمن و سپس فریش و... در انتها فرمی پدیده شکافت کشف شد.

کشف شکافت همراه با امکان انجام یک واکنش زنجیره ای با شدت انفجاری در برهه ای از زمان از اهمیت خاصی برخوردار بود زیرا جنگ جهانی دوم در 1939 شروع شده بود.

اولین واکنش ذنجیره ای خود تقویت شونده

در سال 1939 "بور" به آمریکا آمد و در کشفیات "انیشتن" و "هان" شریک شد. وی همچنین "فرمی" را در کنفرانسی در واشنگتن ملاقات کرد. آنها برای اولین با وجود واکنش ذنجیره ای خود تقویت شونده را مطرح کردند. در این فرآیند اتم¬ها را برای تولید مقدار زیادی انرژی شکافت می¬دهند. دیگر دانشمندان در سرار دنیا در حال باور این مسئله بودند که می توان از شکافت هسته برای تولید انرژی استفاده کرد. این زمانی ممکن بود که مقدار زیادی اورانیم بتوانند با یکدیگر تحت شرایط مناسب ترکیب شوند و واکنش ذنجیره ای خود تقویت شونده ای را بوجود آورند که جرم بحرانی نامیده می شود.

فرمی و همکارش در سال 1941 طرح اولین طرح راکتور زنجیره ای اورانیم را ارائه دادند. مدل آن ها شامل مقداری اورانیم بود که در محفظه ای از گرافیت جمع شده بود تا مدلی از مواد شکافت پذیر را بسازد. در اوایل سال 1942 دانشمندان به دعوت فرمی در شیکاگو برای ارئه نظریات خود گرد آمدند و در همان سال آمادگی ساخت اولین راکتور هسته ای را پیدا کردند و در استادیوم شهر شیکاگو طرح خود را که علاوه بر گرافیت و اورانیم دارای کادمیوم( عنصری که نوترون ها را می شکافد) به نمایش گذاشتند.

پیشرفت انرژی هسته ای برای مقاصد صلح آمیز

اولین راکتور هسته ای تنها یک شروع بود. اولین تحقیقات در این رشته که تحت پروژه سری به نام "منهتن" صورت گرفت، برای ساخت بمب اتمی برای جنگ جهانی دوم بود. هرچند دانشمندانی هم بودند که روی راکتورهای شکافنده مواد دارای قابلیت شکافت در واکنش زنجیره ای کار می کردند، و این به تولید مواد شکافت پذیر بیشتری منجر شد. بعد از ایالات متحده سرمایه گذاری بیشتری را در جهت پیشبرد این علم برای منافع غیر نظامی انجام داد و در اوایل سال 1951 راکتور زاینده ای ساخت که می توانست الکتریسیته تولید کند.

بزرگترین پیشرفت در دهه 50 توانایی تولید تجاری برق بود که توسط راکتور آب سبک بود که در آن از آب معمولی برای خنک شدن هسته راکتور استفاده می شد. این موفقیت باعث شد که برنامه های هسته ای برای مقاصد تکنولوژیکی دیگر برنامه ریزی شود.

در پایان سال 1991 حدود 31 کشور توانایی تولید تجاری انرژی از راکتورهای هسته ای  را یافتند که این نشانه پیشرفت جهانی در عرصه فناوری هسته ای بود.

در عرصه مدیریت پسماند، مهندسین در پی گسترش راهکارهای دفن و بازیافت می باشند و برنامه آنان اینست که هرچه می توانند اثرات محیطی و انسانی این فناوری را کاهش دهند.

تحقیقات در زمینه های دیگر در دهه 90 نیز ادامه یافت و درک شد که انرژی هسته ای علاوه بر تولید انرژی نقش مهمی را زمینه های دیگر همچون پزشکی، کشاورزی، صنعت و علم بازی می¬کند برای مثال پزشکان از رادیوایزوتوپ ها برای درک دلایل بروز بیماریها استفاده کرده و از انرژی هسته ای برای بالابردن تاثیرات طب سنتی استفاده کردند. همچنین باستان شناسان انرژی هسته ای را برای تعیین زمان دقیق یافته های خود بکار بردند، علاوه بر آن پرتو افکنی به غذاها ماندگاری آنها را افزایش داده و تاثیرات فریز کردن را روی از بین رفتن ویتامین مواد غذایی کم می کند.

انرژی هسته ای در ایران

استفاده از انرژی هسته‌ای در دوران سلطنت محمدرضا شاه پهلوی مطرح شد و با ایجاد سازمان انرژی اتمی ایران آغاز پروژه راکتور اتمی بوشهر و مشارکت مالی ایران در طرح‌های فناوری سوخت اتمی فرانسه آغاز شد.

در سال 1974(1353)، سازمان انرژی اتمی ایران (A.F.O.I) تأسیس شد و دکتر اعتماد، به ریاست آن منصوب شد.

با پیروزی انقلاب ایران در سال 1357 این مقوله متوقف شد. جنگ ایران و عراق منجر به تغییر موضع کشورهای غربی که مخالف این انقلاب بودند شد و مساعدت آنها را برای تکمیل این پروژه غیر ممکن کرد. شرکت آلمانی کا.و.او که پیمانکار این پروژه بود هنگامی که تنها 15%به تکمیل آن باقی مانده بود، از ادامه کار سرباز زد.

در بحبوحه جنگ ایران و عراق و کمبود شدید منابع نیرو در کشور، ایران با روی آوردن به اسپانیا و ژاپن کوشش در تکمیل پروژه بوشهر کرد که موفقیت آمیز نبود. سپس قراردادی با روسیه برای به انجام رساندن کار نیروگاه بوشهر امضا شد که کار آن هنوز ادامه دارد و چند بار زمان پایان پروژه به تعویق افتاده است. لازم به ذکر است که ایران در سال 1958، به عضویت آژانس بین‌ المللی انرژی اتمی (I.A.E.A) درآمد.

ایران در سال 1968، پیمان عدم تکثیر سلاح‌های هسته‌ای (N.P.T) را پذیرفت و در سال 1970، آن را در مجلس شورای ملی به تصویب رساند.

اگر چه ایران از دیدگاه قوانین آژانس بین المللی انرژی اتمی و همچنین از نقطه نظر پیمان‌نامه منع گسترش سلاح‌های هسته‌ای حق تحقیق و استفاده صلح‌آمیز از فن‌آوری هسته‌ای را دارد، کشورهای غربی به رهبری آمریکا تلاش پیگیری را آغاز کرده‏اند که ایران را برای همیشه از هرگونه استفاه از فناوری انرژی هسته‏ای منع کنند. در با وجود همه این تلاش ها در آوریل 2006،ایران اعلام کرد که موفق به غنی‌سازی اورانیوم به میزان 3.5 درصد شده است.

با تشکر از بخش دانش و فناوری سایت تبیان

لپ‌تاپ‌ها چطور کار می‌کنند؟

محبوب شدن لپ‌تاپ‌ها در بین افراد عجیب به نظر می‌رسد. این حقیقت که لپ‌تاپ‌ها با خواص زیادی که دارند از جهاتی نیز از رایانه‌های رومیزی کم می‌آورند باعث می‌شود که همه افرادی که هر روز با رایانه سر و کار دارند در مورد بهتر بودن آنها نسبت به رایانه‌های رومیزی شک کنند.

درست است که لپ‌تاپ‌ها قابل حمل هستند، باطری کمتری احتیاج دارند و سر و صدای کمتری نسبت به انواع رایانه‌های رومیزی تولید می‌کنند اما از سوی دیگر گفته می‌شود که لپ‌تاپ‌ها معمولا گرافیک و بلندگوهای بسیار ضعیفی دارند.

این تفاوت‌ها ممکن است به ظاهرا جزئی بیایند اما برای مصرف کننده‌ای که هر روز ساعت ها با آن سروکار دارد بسیار مشخص‌ است.

لپ‌تاپ‌ها در حالت کلی نسبت به رایانه‌های رومیزی قیمت بیشتری دارند. اما در عین حال، کاهش قیمت آنها هم پس از ارائه شدن مدل های جدیدتر حیرت انگیز است. اولین بار در ماه می سال 2005 بود که رکورد فروش لپ‌تاپ‌ها در مقابل رایانه‌های رومیزی شکسته شد و سازندگان رایانه‌های رومیزی پذیرفتند که محبوبیت لپ‌تاپ‌ها بیش از پیش شده است.

حال اینکه چطور ممکن است تمامی آن سخت افزارهایی که در رایانه‌های بزرگ رومیزی وجود دارد همگی در یک لپ‌تاپ کوچک جا بگیرد توضیحات مفصلی می‌طلبد. در حالت کلی لپ‌تاپ‌ها و رایانه‌های رومیزی سخت افزار و نرم افزارهای بسیار مشابهی دارند. اما تفاوت اصلی در آن است که چطور این سخت افزارها در محیطی کوچک کنار هم قرار می‌گیرند.

اجزای لپ‌تاپ:

رایانه رومیزی تشکیل شده‌اند از : مادربورد,کارت ویدئو, هارد درایو و چندین قطعه دیگر که همگی در جعبه بزرگی که اصطلاحا "کیس" گفته می‌شود جا می‌گیرند. صفحه نمایش و صفحه کلید هم که با استفاده از سیم یا بدون سیم به "کیس‌ها" متصل می‌شوند و چه بخواهید و چه نخواهید فضای زیادی از میز در نهایت به خاطر انبوه سیم های متصل شده به این دستگاه رومیزی گرفته می‌شود.

لپ‌تاپ‌ها بسیار کوچکتر و سبکتر از رایانه‌های رومیزی هستند و اولین چیزی که در آنها به چشم می‌خورد صفحه تایپ آنهاست که حتی آن هم از انواع رومیزی بسیار کوچکتر است. به خاطر کوچک بودن اندازه لپ‌تاپ‌ها وسایل سخت افزاری این نوع رایانه باید سه خاصیت داشته باشد.

1- در محل کوچکی جا شود.

2- باتری را به شکل کنسروی مصرف کند

3- گرمای زیادی تولید نکند

معمولا بسته به بهتر بودن نوع این سخت افزارها و اینکه تا چه حد سه خاصیت بالا را دارند , قیمت لپ‌تاپ‌ها تفاوت می‌کند. گران و یا ارزان بودن لپ تاپ‌ها دقیقا بستگی به همین سه خاصیت دارد.

پردازشگر:

"سی‌پی‌یو"(cpu) رایانه شما با سیستم عامل همکاری می‌کند تا رایانه شما به بهترین شکل کار کند و در واقع آن را کنترل می‌کند و به شکل مغز رایانه شماست.

معمولا این سی پی یوها حرارت زیادی تولید می‌کنند و به خاطر همین موضوع است که در رایانه‌های رو میزی فضای زیادی به فن و خنک کننده‌ها اختصاص داده می‌شود. از آنجایی که در لپ‌تاپ‌ها چنین امکانی وجود ندارد بنابراین سی‌پی‌یو در آنها:

1- در ولتاژ کمتر کار می‌کنند:

معمولا با پائین بودن ولتاژ در لپ‌تاپ‌ها پردازشگر آرامتر کار می‌کند تا گرمای کمتری تولید کند. بسیاری از لپ‌تاپ‌ها زمانی که به برق متصل باشند در ولتاژ بالا هم کار می‌کنند.

2- سوکت‌ها و سنجاقها و گیره‌های متصل به "مادر بورد" معمولا جای زیادی می‌گیرد. در انواع لپ‌تاپ‌ها این سوکتها به طور کامل برداشته شده است. به همین خاطر است که معمولا در لپ‌تاپ‌ها برداشتن cpu از مادر بورد امکان پذیر نیست.

3- حالت آرامش و خواب دارد:

 زمانی که لپ‌تاپ شما استفاده نمی‌شود و برای مدتی شما آن را روشن گذاشته واز آن دور شده‌اید رایانه و سیستم عامل به شکلی با هم کار می‌کنند که سرعت "سی پی یو" شما کاهش پیدا کند.

فن و خنک کننده:

لپ‌تاپ‌ها معمولا فن‌های بسیار کوچکی دارند و لوله‌های بسیار باریکی در آنها تعبیه شده است که گرما را از سی پی یو بیرون می‌برد. این ابزار معمولا در لبه لپ تاپها ساخته می‌شوند تا مسیر خارج شدن گرما کوتاه شود.

حافظه:

حافظه لپ‌تاپ می‌تواند به خاطر آرام کار کردن پردازشگرها مورد مطالعه بیشتر قرار بگیرد. در برخی از لپ‌تاپ‌ها حافظه را در نزدیکی سی پی یو قرار می‌دهند تا دسترسی به اطلاعات سریعتر باشد. برخی هم در محل های بزرگتر جا می‌گیرند تا اطلاعات در سطح پردازشگر و "مادر بورد" سریعتر حرکت کند.

همچون رایانه‌های شخصی،لپ‌تاپ‌ها هم "هارد دیسک" داخلی دارند که سیستم عامل و فایلهای اطلاعاتی را نگهداری می‌کند. در لپ‌تاپ‌ها اندازه این هارد دیسک ها بسیار کوچکتر از حالت عادی است و چرخش آن آرامتر است که سبب ایجاد گرمای کمتر و اتلاف باتری می‌شود.

صدا و تصویر:

قسمت گرافیکی در واقع یک پردازشگر کوچک است که عملیات پخش تصویر را انجام می‌دهد. این قسمت نیز گرمای زیادی تولید می‌کند. در بیشتر لپ‌تاپ‌ها قسمت گرافیکی در مادر بورد واقع شده و یا آنکه به شکل خاص برای استفاده از لپ‌تاپ‌ها با سایزهای کوچک ساخته می‌شود.

آنچه به طور یقین ثابت شده این است که گرافیک در لپ‌تاپ‌ها از رایانه‌های شخصی ضعیف‌تر است اما استفاده کنندگان معمولا متوجه این موضوع نمی‌شوند.

صفحه نمایش در لپ‌تاپ‌ها معمولا 12 تا 17 اینچی هستند و انواع گوناگونی دارند که هر روزه با اختراع انواع جدید تفاوت می‌کنند.

انرژی:

لپ‌تاپ‌ها و رایانه‌های رومیزی هر دو با برق کار می‌کنند. هر دو باتری دارند تا بتوانند ساعت و تاریخ را به طور مرتب بروز کنند. بر خلاف انواع رومیزی، لپ‌تاپ‌ها می‌توانند با استفاده از باتری و بدون برق چندین ساعت روشن بماند که البته به نوع باتری بستگی دارد..

باتری‌های مختلفی برای انواع لپ‌تاپ‌ها استفاده می‌شود که بستگی به قیمت شان متنوع هستند. بسیاری از سازندگان باتری‌ها مدعی اند که باتری‌ها تا 5 ساعت مداوم کار می‌کنند. اما این موضوع دقیقا بستگی به آن دارد که از لپ‌تاپ چه استفاده‌ای می‌شود.

 تاریخچه لپ‌تاپ:

حدود سال 1970 "آلان کی" مردی که در شرکت زیراکس کار می‌کرد تصمیم گرفت رایانه‌ای بسازد که بدون احتیاج به انواع سیم کار کند. این نوع رایانه گرچه هرگز مشهور نشد اما اولین جرقه‌ای بود که باعث شد فکر ساخت لپ‌تاپ‌ها به انسان خطور کند.

سال 1979 اولین رایانه قابل حمل ساخته شد. این رایانه 340 کیلو بایت حافظه داشت و "ناسا" آن را که حدود 800 دلار قیمت داشت و سنگین بود را برای پروژه‌های فضایی به کار گرفت.

این لپ‌تاپ به عنوان اولین نوع رایانه قابل حمل معرفی شد تا اینکه در سال 1986 شرکت آی بی ام اولین لپ‌تاپ حرفه ای را وارد بازار ساخت که 256 کیلو بایت حافظه داشته و دو درایو دیسکت فلاپی با صفحه نمایش تخت داشت و مودم داخلی برای آن تعبیه شده بود.

این لپ‌تاپ حدود 5.4 کیلوگرم وزن داشت و به قیمت 3500 دلار به فروش می‌رسید توانست نام خود را به عنوان اولین لپ‌تاپ ثبت کند.

منبع: همشهری آنلاین و تبیان