یک مورچه خوار در هر روز می تواند تا 30000مورچه را بخورد!این جانور با زبان چسبناک بسیار بزرگ خود می تواند هر بار500مورچه را بگیرد.مورچه خوار مورچه ها را نمی جود بلکه همه را می بلعد چون دندان ندارد
قورباغه درختی می تواند روی درخت ها بپرد. بعضی از ان ها حتی می توانند از درختی به درخت دیگر بپرند!این قورباغه های عجیب پاهای بزرگ و انگشت های پرده دار بلندی دارند.وقتی انگشت های خود را باز می کنند این پره ها مثل چتر نجات عمل میکند
مرغابي شمالي مي تواند با سرعت100کيلومتر در ساعت پرواز کند اما در ميان پرنده ها بازپرگرين رکورد دار سرعت است.اين حيوان مي تواند با سرعت200کيلومتر در ساعت پرواز کند و شکار خود را به دام بيندازد.در واقع او سريعترين جانور روي زمين است
نوزاد گوريل بهترين مادر دنيا را دارد چون با انکه جثه اي بزرگ و ظاهري زشت دارد با نوزادانش به مهرباني رفتار مي کند.او تا سه سالگي به بچه هايش شير مي دهد و مدت زيادي هم از ان ها نگهداري و مراقبت مي کند
به قسمتي از لايه نامريي هوا که اطراف زمين را فراگرفته است اسمان مي گويند.در واقع همان لايه شفاف است که اتمسفر يا جو ناميده مي شود تقريبا500 کيلومتر ضخامت دارد.اکسيژن يکي از گازهاي تشکيل دهنده هواست.اکسيژن يک گاز حيات بخش است.همه ما براي زنده ماندن به اکسيژن نياز داريم
10سال قبل از ثبت و اعلان استقلال آمريكا در سال 1766، جان دالتون در انگلستان متولد شد. خانواده او در يك كلبه كوچك گالي در روستايي زندگي ميكردند. در كودكي، جان به همراه برادرش در يك مزرعه كار ميكرد و در مغازه پدر در بافتن لباس او را ياري ميدادند. با وجود فراهم بودن اندكي از لوازم اوليه زندگي آنها خانواده فقيري بودند، بسياري از پسران فقير در آن زمان از داشتن تحصيلات محروم بودند، اما جان توانست با خوششانسي در مدرسهاي در همان نزديك زادگاهش مشغول تحصيل شود.
در سال 1766، تنها از هر 200 نفر، يك نفر قادر به خواندن بود. جان دانشآموزي خوب بود و به يادگيري علاقه زيادي نشان ميداد. آموزگاران نيز او را به يادگيري تشويق ميكردند. در 12 سالگي، او اولين مدرسه خود را در شهري نزديك محل اقامتش باز كرد اما به خاطر كمبود پول مجبور به بستن آنجا و كاركردن در مزرعه عمهاش شد.
3سال بعد، به همراه برادر بزرگتر و يكي از دوستانش مدرسهاي را در 0كندال) Kendall انگليس باز كرد. به تدرس انگليسي. لانتين، يوناني، فرانسوي و 21 موضوع علمي و رياضي پرداخت. جان به يادگيري طبيعت و هواي اطراف خود ميپرداخت. او پروانهها، حلزون، و … را جمعآوري ميكرد.جان دالتون پي برد كه دچار كورنگي ست و به يادگيري آن روي آورد. در 1793، جان به عنوان معلم خصوصي به منچستر رفت و در كالج جديد مشغول به تدريس شد. و در آنجا به مشاهده رفتار گازها پرداخت.
او به عناصر و اجزاء مختلف و چگونگي درست شدن آنها انديشيد. جان نظريهاي داشت كه بر طبق آن، هر عنصري از اتمهاي مجزا تشكيل شده و تمام عناصر با يكديگر متفاوت هستند زيرا اتمهاي سازنده هر كدام از آنها، با ديگري متفاوت است.
او فكر ميكرد كه هر عنصري وزن مخصوص ميدارد، زيرا از اتمهاي متفاوتي تشكيل شده.در سال 1808، جان دالتون كتابي با مضمون، “نظامي نوين در فلسه شيمي” منتشر كرد كه در آن وزن بسياري از اتمهاي شناخته شده را جمعآوري و ليست كرده بود. مقدار عددي وزنهايي كه او محاسبه كرده كاملاً دقيق نبودند، اما مبنايي بودند براي “جدول دورهاي پيشرفته”، اگرچه بسياري نظريه دالتون در مورد ساختار اتم را نپذيرفتند، اما وي بر تحقيقات خود براي دفاع از نظريهاش ادامه ميداد.
جان دالتون در سال 1844 درگذشت، او با افتخار در انگلستان به خاك سپرده شد. بيش از 000/400 نفر بدن بيجان او را هنگام قرار گرفتن در تابوت مشاهده كردند. به عنوان آخرين تجربه و آزمايش، او از كالبد شكافي استفاده كرد تا دليل كورنگي خود را پيدا كند. او ثابت كرد كه چشمان او دليل اين او نميباشند، بلكه اشكال از قوه درك و احساس بينايي او در قسمتي از مغز او بود كه از كار افتاده بود. حتي تا لحظات آخر زندگي. او به گسترش علم و دانش كمك كرد.
امروز، دانشمندان در هر جا، نظريه دالتون درباره ساختار اتم را مورد قبول ميدانند. يك پسر ساده روستايي روش جديدي براي انديشيدن و نگاه كردن به عالم هستي و چگونگي كاركرد آن را به مردم و اهل دانش نشان داد.
جان دالتون یک شیمیدان و فیزیکدان بریتانیایی بود. معروفیت او بیشتر بخاطر هواداری اش از نظریه اتمی است.
جان دالتون ۱۰ سال پیش از ثبت و اعلان استقلال آمریکا در سال ۱۷۶۶، در انگلستان زاده شد. خانواده او در یک کلبه کوچک گالی در روستایی زندگی میکردند. در کودکی، جان به همراه برادرش در یک مزرعه کار میکرد و در مغازه پدر در بافتن لباس او را یاری میدادند. با وجود فراهم بودن اندکی از لوازم اولیه زندگی آنها خانواده فقیری بودند، بسیاری از پسران فقیر در آن زمان از داشتن تحصیلات محروم بودند، اما جان توانست با خوششانسی در مدرسهای در همان نزدیک زادگاهش مشغول تحصیل شود. got یادگیری علاقه زیادی نشان میداد. آموزگاران نیز او را به یادگیری تشویق میکردند. در ۱۲ سالگی، او اولین مدرسه خود را در شهری نزدیک محل اقامتش باز کرد اما به خاطر کمبود پول مجبور به بستن آنجا و کارکردن در مزرعه عمهاش شد.
۳ سال بعد، به همراه برادر بزرگتر و یکی از دوستانش مدرسهای را در 0کندال) Kendall انگلیس باز کرد. به تدرس انگلیسی. لانتین، یونانی، فرانسوی و 21 موضوع علمی و ریاضی پرداخت. جان به یادگیری طبیعت و هوای اطراف خود میپرداخت. او پروانهها، حلزون، و … را جمعآوری میکرد.جان دالتون پی برد که دچار کوررنگی ست و به یادگیری آن روی آورد. در ۱۷۹۳، جان به عنوان معلم خصوصی به منچستر رفت و در کالج جدید مشغول به تدریس شد. و در آنجا به مشاهده رفتار گازها پرداخت.
او به عناصر و اجزاء مختلف و چگونگی درست شدن آنها اندیشید. جان نظریهای داشت که بر طبق آن، هر عنصری از اتمهای مجزا تشکیل شده و تمام عناصر با یکدیگر متفاوت هستند زیرا اتمهای سازنده هر کدام از آنها، با دیگری متفاوت است.
او فکر میکرد که هر عنصری وزن مخصوص میدارد، زیرا از اتمهای متفاوتی تشکیل شده.در سال ۱۸۰۸، جان دالتون کتابی با مضمون، «نظامی نوین در فلسه شیمی» منتشر کرد که در آن وزن بسیاری از اتمهای شناخته شده را جمعآوری و لیست کرده بود. مقدار عددی وزنهایی که او محاسبه کرده کاملاً دقیق نبودند، اما مبنایی بودند برای «جدول دورهای پیشرفته»، اگرچه بسیاری نظریه دالتون در مورد ساختار اتم را نپذیرفتند، اما وی بر تحقیقات خود برای دفاع از نظریهاش ادامه میداد.
جان دالتون در سال ۱۸۴۴ درگذشت، او با افتخار در انگلستان به خاک سپرده شد. بیش از ۴۰۰۰۰۰ نفر بدن بیجان او را هنگام قرار گرفتن در تابوت مشاهده کردند. به عنوان آخرین تجربه و آزمایش، او از کالبد شکافی استفاده کرد تا دلیل کوررنگی خود را پیدا کند. او ثابت کرد که چشمان او دلیل این او نمیباشند، بلکه اشکال از قوه درک و احساس بینایی او در قسمتی از مغز او بود که از کار افتاده بود. حتی تا لحظات آخر زندگی. او به گسترش علم و دانش کمک کرد.
امروز، دانشمندان در هر جا، نظریه دالتون درباره ساختار اتم را مورد قبول میدانند. یک پسر ساده روستایی روش جدیدی برای اندیشیدن و نگاه کردن به عالم هستی و چگونگی کارکرد آن را به مردم و اهل دانش نشان داد.
درون هر اتم میتوان سه ذره ریز پیدا کرد: پروتون، نوترون و الکترون.
پروتونها در کنار هم قرار میگیرند و هسته اتم را تشکیل میدهند، در حالی که الکترونها به دور هسته میچرخند. پروتون بار الکتریکی مثبت و الکترون بار الکتریکی منفی دارد و از آنجا که بارهای مخالف ، یکدیگر را جذب میکنند، پروتون و الکترون هم یکدیگر را جذب میکنند و همین نیرو، سبب پایدار ماندن الکترونها در حرکت به دور هسته میگردد. در اغلب حالتها تعداد پروتونها و الکترونهای درون اتم یکسان است، بنابراین اتم درحالت عادی و طبیعی خنثی است.
نوترون، بار خنثی دارد و وظیفه اش در هسته، کنار هم نگاه داشتن پروتونهای هم بار است.می دانیم که ذرات با بار یکسان یکدیگر را دفع میکنند .در نتیجه وظیفه نوترونها این است که با فراهم آوردن شرایط بهتر، پروتونها را کنار هم نگاه دارند. ( این کار توسط نیروی هسته ای قوی صورت میگیرد )
تعداد پروتونهای هسته نوع اتم را مشخص میکند. برای مثال اگر 13 پروتون و 14 نوترون، یک هسته را تشکیل دهند و 13 الکترون هم به دور آن بچرخند، یک اتم آلومینیوم خواهید داشت و اگر یک میلیون میلیارد میلیارد اتم آلومینیوم را در کنار هم قرار دهید، آنگاه نزدیک به پنجاه گرم آلومینیوم خواهید داشت! همه آلومینیوم هایی که در طبیعت یافت میشوند، AL27 یا آلومینیوم 27 نامیده میشوند. عدد 27 نشان دهنده جرم اتمی است که مجموع تعداد پروتونها و نوترونهای هسته را نشان میدهد.
اگر یک اتم آلومینیوم را درون یک بطری قرار دهید و میلیونها سال بعد برگردید، باز هم همان اتم آلومینیوم را خواهید یافت. بنابراین آلومینیوم 27 یک اتم پایدار نامیده میشود.
بسیاری از اتمها در شکل های مختلفی وجود دارند. مثلاً مس دو شکل دارد: مس 63 که 70 درصد کل مس موجود در طبیعت است و مس 65 که 30 درصد بقیه را تشکیل میدهد. شکل های مختلف اتم، ایزوتوپ نامیده میشوند. هر دو اتم مس 63 و مس 65 دارای 29 پروتون هستند، ولی مس 63 دارای 34 نوترون و مس 65 دارای 36 نوترون است. هر دو ایزوتوپ خصوصیات یکسانی دارند و هر دو هم پایدارند.
اتمهای ناپایدار
تا اوایل قرن بیستم، تصور میشد تمامی اتمها پایدار هستند، اما با کشف خاصیت پرتوزایی اورانیوم توسط بکرل مشخص شد برخی عناصر خاص دارای ایزوتوپ های رادیواکتیو هستند و برخی دیگر، تمام ایزوتوپ هایشان رادیواکتیو است. رادیو اکتیو بدان معنی است که هسته اتم از خود تشعشع ساطع میکند.
هیدورژن مثال خوبی از عنصری است که ایزوتوپ های متعددی دارد و فقط یکی از آنها رادیو اکتیو است. هیدروژن طبیعی ( همان هیدروژنی که ما میشناسیم) در هسته خود دارای یک پروتون است و هیچ نوترونی ندارد. ( البته چون فقط یک پروتون درهسته وجود دارد نیازی به نوترون نیست ) ایزوتوپ دیگر هیدروژن، هیدروژن 2 یا دو تریوم است که یک پروتون و یک نوترون در هسته خود جای داده است. دوتریوم، فقط 015/0 درصد کل هیدروژن را تشکیل میدهد و در طبیعت بسیار کمیاب است، با این حال مانند هیدورژن طبیعی رفتار میکند. البته از یک جهت با آن تفاوت دارد و آن، سمی بودن دوتریوم در غلظت های بالاست. دوتریوم هم ایزوتوپ پایداری است، ولی ایزوتوپ بعدی که تریتیوم خوانده میشود، ناپایدار است. تریتیوم که هیدروژن 3 نیز خوانده میشود، در هسته خود یک پروتون و دو نوترون دارد و طی یک واپاشی رادیواکتیو به هلیوم 3 تبدیل میشود. این بدان معنی است که اگر ظرفی پر از تریتیوم داشته باشید و آن را بگذارید و یک میلیون سال بعد برگردید، ظرف شما پر از هلیوم 3 است. هلیوم 3 از 2 پروتون و یک نوترون ساخته شده وعنصری پایدار است ).
در برخی عناصر مشخص، به طور طبیعی همه ایزوتوپها رادیواکتیو هستند. اورانیوم بهترین مثال برای چنین عناصری است که علاوه بر رادیواکتیویته زیاد سنگین ترین عنصر رادیواکتیو هم هست که به طور طبیعی یافت میشود. علاوه بر آن، هشت عنصر رادیواکتیو طبیعی هم وجود دارند که عبارتند از پولوتونیوم، استاتین، رادون، فرانسیم، رادیوم، اکتینیوم، توریم و پروتاکتسینانیوم. عناصر سنگین تر از اورانیوم که به دست بشر در آزمایشگاه ساخته شده اند، همگی رادیواکتیو هستند.
واپاشی رادیو اکتیو
وحشت نکنید بر خلاف اسمش این فرایند بسیار ساده است! اتم یک ایزوتوپ رادیواکتیو طی یک واکنش خودبخودی به یک عنصر دیگر تبدیل میشود. این واپاشی معمولاً از سه راه زیر انجام میشود:
1- واپاشی آلفا
2- واپاشی بتا
3- شکافت خودبه خودی
توضیح تفاوت این سه راه کمی مشکل است. در این فرآیندها چهار نوع تابش رادیواکتیو مختلف تولید میشود:
1- پرتو آلفا
2- پرتو بتا
3- پرتو گاما
4- پرتوهای نوترون
تابش های طبیعی خطرناک
درست است که واپاشی رادیواکتیو، یک فرآیند طبیعی است و عناصر رادیواکتیو هم بخشی از طبیعت هستند، ولی این تابش های رادیواکتیو برای موجودات زنده زیان بار هستند. ذرات پر انرژی آلفا، بتا، نوترونها، پرتوهای گاما و پرتوهای کیهانی، همگی به تابش های یون ساز معروفند، بدین معنی که بر همکنش آنها با اتمها منجر به جداسازی الکترونها از لایه ظرفیتشان میشود. از دست دادن الکترونها، مشکلات زیادی از جمله مرگ سلولها و جهش های ژنتیکی را برای موجودات زنده به دنبال دارد. جالب است بدانید جهش ژنتیکی عامل بروز سرطان است.
درات آلفا، اندازه بزرگتری دارند و از این رو توانایی نفوذ زیادی در مواد ندارند، مثلاً حتی نمی توانند از یک ورق کاغذ عبور کنند. از این رو تا زمانی که در خارج بدن هستند تأثیری روی افراد ندارند. ولی اگر مواد غذایی آلوده به مواد تابنده ذرات آلفا بخورید، این ذرات میتوانند آسیب مختصری درون بدن ایجاد کنند.
ذرات بتا توانایی نفوذ بیشتری دارند که البته آن هم خیلی زیاد نیست، ولی در صورت خورده شدن خطر بسیار بیشتری دارند. ذرات بتا را میتوان با یک ورقه فویل آلومینویم یا پلکسی گلاس متوقف کرد.
پرتوهای گاما همانند اشعه X فقط با لایه های ضخیم سربی متوقف میشوند. نوترونها هم به دلیلی بی یار بودن، قدرت نفوذ بسیار بالایی دارند و فقط با لایه های بسیار ضخیم بتن یا مایعاتی چون آب و نفت متوقف میشوند. پرتوهای گاما و پرتوهای نوترون به دلیل همین قدرت نفوذ بالا میتوانند اثرات بسیار وخیمی بر سلول های موجودات زنده بگذارند، تأثیراتی که گاه تا چند نسل ادامه خواهد داشت.
پس چه کار میشود کرد؟
با توجه به همه چیزهایی که گفتیم ، کنترل و استفاده درست از انرژی هسته ای بیشترین اهمیت را دارد. باید بدانیم چه کارهایی از این انرژی بر میآید و چه کارهایی فقط در تصورات ماست تا با آگاهی بیشتر از آن استفاده کنیم. خوب اول خوبیهایش را بگوییم یا بدهایش را ؟
خوبیهایش
کاربردهای دیگر فیزیک هسته ای
1- برای کشف مطلبی اگر احتیاج به تجزیه و تحلیل موادی باشد که هیچ گونه امکان کنترلی روی آن نیست چه کاری میتوان انجام داد؟ مثلاً اگر بخواهیم مقداری خاک کفش مشخص مظنونی یا موی سر یک انسان و یا نفت خام یک کشتی را که مقداری از کالای خود را بطور غیر قانونی در جای دیگر فروخته است تجزیه و تحلیل نمایید، چه کاری میتوانیم بکنیم؟ البته میتوان از روش شیمیایی استفاده کرد؛ اما روش سریع و مطمئن تری هم وجود دارد. نمونه ای از ماده ای را که نیاز به تجزیه دارد برداشته و آن را با ایزوتوپ رادیواکتیو مخلوط میکنیم، نمونه رادیواکتیو شده را در یک راکتور تحقیقاتی به وسیله نوترون بمباران میکنیم. با جذب نوترون نمونه پایدار شده و اتم های جسم مورد آزمایش نیز رادیواکتیو میشوند و تابش میکنند. مقدار تابش برای هر عنصر متفاوت است. بنابراین اگر ده عنصر مختلف در نمونه داشته باشیم، ده نوع تابش مختلف نیز خواهیم داشت. از روی این تابشها میتوان نوع و میزان عناصر تشکیل دهنده نمونه را مشخص کرد. از این روش میتوان برای ردیابی آلودگی هوا و هم چنین آلودگی دریا توسط نفت کشها استفاده کرد. با آزمایش 40 نوع نفت مختلف که در نقاط مختلف جهان استخراج میشوند دانشمندان به این نتیجه رسیدند که در تمام مواد نفتی هفت نوع عنصر مشترک وجود دارد. اما مقدار آنها در نفتی که در یک نقطه استخراج میشود با نفت نقطه دیگر دنیا متفاوت است.
هنگامی که مواد نفتی در جایی مشاهده میشوند نمونه ای از آن به آزمایشگاه برده شده و در معرض تابش نوترونی قرار میگیرد و به این ترتیب عناصر مختلف آن و مقدار آنها مشخص میشود. و میتوان به طور دقیق اعلام کرد که کدام کشتی مسئول آلوده سازی بوده است.
یک روش ساده و سریع، برای تجزیه هوای آلوده نیز وجود دارد. ابتدا وسیله صافی هایی آلودگی هوا گرفته میشود. و سپس به وسیله همان روشی که در بالا توضیح داده شده نوع و مقدار عناصر زیان آور موجود درا آن مشخص میشود. با تهیه نقشه های برای آلودگی هوا مشابه نقشه های تغییرات جوی، میتوان پیش گویی هایی در مورد آلودگی هوا انجام داد و اقدامات لازم را در رابطه با پاکیزه نگه داشتن هوا انجام داد.
2- یکی دیگر از کاربردهای تابش های هسته ای تصویر برداری است. همانطور که میدانید برای تصویر برداری از اجسام تیره ( کدر ) مثل بدن انسان از اشعه ایکس استفاده میشود. حالا اگر از اشعه ای پرانرژی تر از اشعه X استفاده کنیم، قابلیت نفوذ در عمق بیشتری را دارد و به این ترتیب از اجسام ضخیم تر نیز میتوان عکس برداری کرد. اشعه گاما خیلی از اشعه X قوی تر است و میتواند در فلزات و اجسام تیره به قطر چند اینچ نفوذ کند و این امکان را برای مهندسین فراهم کند تا داخل ماشین آلات را ببینند.
3- ردیابی ایزوتوپ رادیواکتیو را تقریباً در تمام مراحل تأسیسات صنعتی پتروشیمی میتوان مشاهده نمود. هنگام کشف و استخراج نفت، دانشمندان میله های رادیواکتیو را داخل چاههای آزمایشی فرو برده، سپس میزان انتشار تشعشع رادیواکتیو را در طبقات مختلف اندازه میگیرند زمین شناسان میزان بازتاب اشعه رادیواکتیو را ثبت نموده و یک تصویر واضح و دقیق از طبقات زیرین جهت حفاری بیشتر برای رسیدن به نفت در آن منطقه یا متوقف کردن کار به دست میآورند، در تأسیسات تصفیه و پالایش از ردیابی های ایزوتوپ های رادیواکتیو جهت دنبال کردن مواد پتروشیمی و آماده سازی آنها در قسمتهای مختلف استفاده میشود. در مرحله نهایی محصولات مواد نفتی تصفیه شده جهت تعیین درجه خالص بودن آنها با استفاده از ایزوتوپهای رادیواکتیو آزمایش میشوند در هنگام انتقال مواد نفتی در فاصله های زیاد، چون شرکتهای مختلف نفتی از لوله های نفت مشترک استفاده میکنند ردیابی ایزوتوپی مختلف جهت علامت گذاری ابتدای انتقال هر محموله نفتی به کار برده میشوند.
بدیهایش
سلاح های هسته ای
امروز، تمایز دادن این دو نوع سلاح بسیار دشوار است؛ زیرا در سلاح های پیچیده ای که امروزه ساخته میشود هر دو نوع بمب با هم ترکیب شده اند. مثلاً ابتدا یک بمب شکافت کوچک منفجر میشود تا دما و فشار مورد نیاز واکنش هم جوشی و انفجار بمب هم جوشی فراهم شود. عناصر هم جوشی هم ممکن است در هسته یک بمب شکافت استفاده شوند، چون نوترونهایی که از آنها تولید میشود باز میآفریند شکافت را بالا میبرد.
وجه تمایز سلاح های شکافت و هم جوشی در این است که انرژی آنها از تغییرات هسته اتم به دست میآید. پس بهترین نام برای تمامی این سلاح های انفجاری، سلاح هسته ای یا Nuclear Weapon است. نوع دیگری از استفاده از سلاحهای اتمی هم وجود دارد که به آن بمب کثیف میگویند.
بمب های شکافت (Fission Bomb)
ساده ترین بمب های هسته ای بمب های شکافت خالص هستند که اساس سلاح های پیشرفته امروزی را تشکیل میدهند. اولین بار این بمب در آزمایش ترینتیی که نخستین دستاوردهای علمی پروژه، منهتن بود، منفجر شد.
یک بمب هسته ای شکافت، با تبدیل مداوم یک جرم زیر بحرانی یک ماده قابل شکافت به یک مجموعه فوق بحرانی و ایجاد یک واکنش زنجیره ای همراه با تولید مقداربسیار زیاد انرژی کار میکند. در عمل جرم به طور پیوسته و آرام و آرام به حالت بحرانی نمی رسد، بلکه از یک حالت زیر بحرانی به یک حالت بسیار فوق بحرانی تبدیل میشود. بدین ترتیب هر نوترون، نوترونهای جدید و زیادی تولید میکند و واکنش زنجیرهای با سرعت بسیار زیادی پیش میرود. مشکل اصلی در تولید یک بمب هسته ای شکافت بازده انفجاری خوب، این است که بتوان برای مدت کافی، اجزای بمب را کنار هم نگاه داشت تا بخش قابل توجهی از انرژی هسته ای قابل تولید آزاد شود.
تا پیش از زمان رها کردن بمب، ماده قابل شکافت را باید به صورت قطعات متعدد و جدا از هم که هر یک کمتر از جرم بحرانی هستند، نگاهداری کرد. در زمان انفجار، باید مواد قابل شکافت را به سرعت در کنار هم قرار داد. در ضمن فرآیند جمع شدن مواد، واکنش زنجیره ای آغاز میشود و سبب میشود اجزای بمب گرم شده، منبسط شوند. این انبساط مانع از فشرده شدن حداکثر مواد میشود ( به صرفه ترین حالت تولید انرژی در فشردگی کامل مواد قابل شکافت روی میدهند. ) اما فراهم کردن سیستمی که تمام این کارها را به خوبی انجام دهد اصلاً کار ساده ای نیست.
برای انفجار بمب باید چه کار کرد؟
الف - قطعات فرو بحرانی ماده هسته ای باید به هم متصل شوند تا یک جرم فرا بحرانی را تشکیل دهند. این جرم فرا بحرانی به هنگام آغاز واکنش، بیشتر از حد نیاز نوترون تولید میکند و ادامه یک واکنش زنجیره ای را تضمین میکند.
ب - تا آنجا که ممکن است، ماده بیشتری قبل از انفجار بمب شکافته شود تا از سوخته شدن بمب جلوگیری شود. سوخته شدن، زمانی است که بمب خوب عمل نکند و مواد قابل شکافت اندکی دچار شکافت هسته ای شوند.
برای تبدیل سوخت هسته ای از حالت فرو بحرانی به حالت فرا بحرانی، معمولاً از دو روش استفاده میشود. روش نخست، کنار هم قرار دادن جرمهای فرو بحرانی در کنار هم و تشکیل یک جرم فرو بحرانی است. روش دوم، فشرده کردن یک جرم فرو بحرانی و رساندن آن به جرم فرا بحرانی است.
نوترونها را یک مولد نوترون تولید میکند. این مولد، یک ساچمه کوچک از جنس پولونیوم و بریلیوم است که درون یک ورقه فلزی واقع شده است. ساچمه و پوشش فلزی اش درون هسته سوخت هسته ای بمب قرار میگیرد و بدین شکل عمل میکند:
1- هنگامی که دو جرم فرو بحرانی به هم متصل میشوند، پوشش فلزی ساچمه میشکند و پولونیوم بلافاصله ذرات آلفا ساطع میکند.
2- این ذرات آلفا بریلیوم 9 ( Br9 ) برخورد میکنند و در نتیجه بریلیوم 8 ( Br8 ) و چند نوترون آزاد میشود.
3- این نوترونهای آزاد به هسته های سوخت اتمی برخورد میکنند و شکافت هسته ای را آغاز میکنند.
در نهایت، واکنش شکافت درون یک پوشش فلزی چگال که بازتابنده نام دارد، گسترش مییابد. بازتابنده معمولاً از U-238 ساخته میشود. ادامه واکنش شکافت، سبب میشود بازتابنده گرم شود و انبساط پیدا کند. انبساط بازتابنده، فشاری را در جهت عکس به هسته واکنش وارد میکند و گسترش هسته را کندتر میکند. بازتابنده هم چنین نوترونهای پر انرژی را به درون هسته شکافت منعکس میکند و بازده فرآیند شکافت هسته ای را افزایش میدهد.
بمب شکافت به مکانیسم تفنگی
ساده ترین راه برای رساندن دو جرم فرو بحرانی به یکدیگر، این است که تفگی بسازیم و یکی از این جرمها را به سمت دیگری شلیک کنیم. جرم بحرانی U-235 به صورت یک کره به دور مولد نوترون ساخته میشود، ولی مقداری از آن به صورت یک گلوله کوچک جدا میشود. گلوله در انتهای یک لوله بلند قرار میگیرد و کره اورانیومی در انتهای دیگر لوله قرار میگیرد. مقدار دقیقی مانده منفجره هم پشت گلوله قرار میگیرد.
هنگامی که حسگر فشار سنج با رومتری با ارتفاع مناسب انفجار بمب منطبق شد، مراحل زیر به ترتیب اتفاق میافتد:
1- چاشنی ماده منفجره عمل میکند و انفجاری دقیق، گلوله را به انتهای لوله پرتاب میکند.
2- گلوله به کره اورانیومی و مولد نوترون برخورد میکند و طبق روندی که قبلاً اشاره شد، واکنش شکافت آغاز میشود.
3- واکنش های شکافت هسته ای گسترش مییابند.
4- بمب منفجر میشود.
پسر کوچولو ( Little Boy )، بمبی که روی شهر هیروشیما منفجر شد، از همین نوع بمب بود و با همین مکانیسم عمل کرد. قدرت انفجاری آن معادل 5/14 کیلوتن تی ان تی بود و بازدهش حدود 5/1 درصد. یعنی قبل از آنکه بمب منفجر شود و اجزای بمب در فضا پخش شوند، 5/1 درصد سوخت بمب دچار شکافت هسته ای شده بود و انرژی حاصل از آن، معادل انفجار 14500 تن یا 5/14 میلیون کیلوگرم تی ان تی بود.
بمب شکافت با مکانیسم انفجاری
در اوایل پروژه، منهتن ( برنامه فوق سری ایالات متحده در جنگ جهانی دوم برای تولید بمب هسته ای )، دانمشندان هسته ای فهمیدند فشرده کردن جرمهای فرو بحرانی توسط انفجارهای داخلی و متمرکز کردن آنها در یک کره کوچک، روش خوبی برای فرابحرانی کرن آن جرم است. البته مشکلات زیادی در این راه وجود داشت، مثلاً این که چگونه ضربه انفجار را کنترل کرد و به طور یکنواخت روی سطح یک کره پخش کرد.
مشکل بدین شکل حل شد: ابزار انفجاری، کره ای با جنس اورانیوم 235 به عنوان بازتابنده و یک هسته از جنس پلوتونیوم 239 بود که بین آنها را مواد منفجره بسیار قوی پر کرده بود. وقتی بمبها رها میشود و به لحظه انفجار میرسد، این اتفاقها به ترتیب روی میدهد:
1- مواد منفجره عمل میکنند و یک موج ضربه ای ایجاد میشود.
2- موج ضربه ای هست را فشرده میکند.
3- واکنش شکافت آغاز میشود.
4- بمب منفجر میشود.
مرد چاق ( Fat man)، بمبمی که برفراز شهر ناکازاکی منفجر شد، از این نوع بمب های انفجاری بود که قدرتش معادل انفجار 23 کیلوتن تی ان تی و بازدهش 17 درصد بود.
بمب های مکانیسم انفجاری جدید
بعدها بمب های انفجاری به طراحی های بهتری رسیدند که بازده آنها را به شدت افزایش میداد. نمونه ای از کار آنها به این قرار است:
1- ماده منفجره عمل میکند و موج ضربه ای پدید میآورد.
2- موج ضربه ای، قطعات پلوتونیوم را به درون یک کره کوچک هدایت میکند.
3- قطعات پلوتونیوم در مرکز آن کره کوچک به یک ساچمه بریلیوم - پولونیوم برخورد کرده، پوشش آن را میشکنند.
4- واکنش شکافت آغاز میشود و به سرعت گستش مییابد.
5- بمب منفجر میشود.
امروز تغییرات زیادی در مورد شکل بمب ایجاد شده است. در گذشته ابزارهای انفجاری کروی شکل بودند، ولی امروزه توصیه میشود شکل آنها به بیضی گون، همانند لیمو، نزدیک باشد.
مقایسه دو مکانیسم تفنگی و انفجاری
1- بازده روش انفجاری بیشتر است، زیرا در روش انفجاری نه تنها جرمهای فرو بحرانی با هم ترکیب میشوند، بلکه چگالی پلوتونیوم هم افزایش مییابد. افزایش چگالی پلوتونیوم، افزایش چگالی نوترونهای آزاد شده را نیز به همراه خواهد داشت.
2- مکانیسم تفنگی فقط با اورانیوم 235 قابل ساخت است، در حالی که مکانیسم انفجاری از هر دو این مواد استفاده میکند.
3- خطرات سلاح تفنگی بیشتر است. در سلاح انفجاری، مقدار پلوتونیوم کمتر از حد بحرانی است و هیچ اتفاقی تصادفی نمی تواند موجب آغاز واکنش شکافت شود. ولی مثلا فرض کنید بمب اشتباهی به آب بیفتد و آسیب ببیند. آب دریا به عنوان کند کننده عمل میکند و بمب تفنگی منفجر میشود.
4- در حالت عادی، کره پلوتونیومی درون سلاح های انفجاری نیست و فقط هنگام مسلح شدن به درون آن فرستاده میشود. بنابراین در صورت هر گونه آتش سوزی یا خطرات احتمالی، انفجار هسته ای روی نمی دهد. در برخی انواع دیگر، فضایی خالی که پلوتونیوم در آنجا فوق بحرانی میشود با کره ای سخت پر شده که در صورت بروز اتفاق، مانع از فشرده شدن پلوتونیوم میشود. به هنگام مسلح شدن بمب، این کره سخت خارج میشود.
سوخت يك نيروگاه هسته اي ، اورانيوم است. اورانيوم عنصري است كه در اكثر مناطق جهان از زيرزمين استخراج مي شود. اورانيوم بعداز مرحله كانه آرايي بصورت قرصهاي بسيار كوچكي در داخل ميله هاي بلند قرار گرفته و داخل رآكتور نيروگاه نصب مي شوند. كلمه «Fission» به معني شكافت است. در داخل رآكتور يك نيروگاه اتمي ، اتمهاي اورانيوم تحت يك واكنش زنجيره اي كنترل شده ، شكافته مي شوند. در يك واكنش زنجيره اي ، ذرات حاصل از شكافت اتم به ساير اتمهاي اورانيوم برخورد كرده و باعث شكافت آنها مي گردند. هريك از ذرات آزاد شده مجدداً باعث شكافت ساير اتمها در يك واكنش زنجيره اي مي شود. درنيروگاههاي هسته اي ، معمولاً از يك سري ميله هاي كنترل جهت تنظيم سرعت واكنش زنجيره اي استفاده مي گردد. عدم كنترل اين واكنشهامي تواند منجربه توليد بمب اتم شود. اما در بمب اتم ، تقريباً ذرات خالص اورانيوم 235 يا پلوتونيوم (باشكل و جرم معيني) بايد با نيروي زيادي در كنارهم قرار گيرند. چنين شرايطي در يك رآكتور هسته اي وجود ندارد.
واكنشهاي زنجيره اي همچنين باعث توليد يك سري مواد راديواكتيو مي شوند. اين مواد در صورت رهايي مي توانند به مردم آسيب برسانند. بنابراين آنها را به شكل جامد نگهداري مي كنند. اين مواد در گنبدهاي بتني بسيار قوي نگهداري مي شوند تا در صورت بروز حوادث مختلف ، خطري بوجود نيايد .
واكنشهاي زنجيره اي باعث توليد انرژي گرمايي مي شوند. اين انرژي گرمايي براي جوشاندن آب در قلب رآكتور مورد استفاده قرار مي گيرد. بنابراين ، به جاي سوزاندن سوخت ، در نيروگاههاي هسته اي ، اتمها از طريق واكنش زنجيره اي شكافته شده و انرژي گرمايي توليد مي كنند. اين آب از اطراف رآكتور به قسمت ديگري از نيروگاه فرستاده مي شود . در اين قسمت كه مبدل گرمايي ناميده مي شود، لوله هاي پر از آب حرارت داده شده و بخار توليد مي كنند. سپس بخار حاصله باعث گردش توربين و درنتيجه توليد برق ميشود.
رئيس شركت دولتي ايمني امور نظارت فني روسيه گفت كه نيرو گاه هسته اي توسط روسيه در بوشهر در حال ساخت است بدون هيچ ترديدي ايمن است و همه استانداردهاي بين المللي معاصر را برآورده مي كند .
ولاديمير كوزلوف رئيس شركت دولتي ايمني امور نظارت فني روسيه (Rostekhnadzor) در گفتگويي با خبرگزاري ايتارتاس گفت كه مسئله اصلي در باره ايمني نيروگاه بوشهر حفاظت آن در مقابل تاثيرات جوي است .
وي گفت : نيرو گاه اتمي بوشهر بايد به طور موثر در يك صدم درصد رطوبت و چهل و پنج درجه دماي هوا كار كند . مثل اينكه در يك حمام روسي دائمي قرار داشته باشد .
اين كارشناس روسي گفت : اين نيروگاه همچنين تمامي اصول ايمني ديگر را برآورده مي كند و بويژه در مقابل زلزله مقاوم است ومي تواند سقوط يك هواپيما از ارتفاع چند هزار كيلو متري را تحمل كند و از تهديدات تروريستي نيز حفاظت مي شود .
وي با بيان اين مطلب كه واحد هاي انرژي اتمي اين نيرو گاه كه توسط روسيه ساخته شده است يكي از بهترين واحدهايي است كه در جهان ساخته شده گفت : در نيرو گاه بوشهر كه از هر ده كارشناس آن پنج تن آنها روسي هستند به طور دائم كيفيت اين نيرو گاه در برابر هرگونه نشت و سوراخ كنترل مي كنند و هر ساله دهها كارشناس روسي از ساختمان اين سايت بازديد مي كنند .
رئيس شركت (Rostekhnadzor) گفت ما برتوليد تمامي تجهيزات لازم نظارت كامل داريم و بخشهايي ازاين توليدات را به 130 شركت روسي كه در طرحهاي بوشهر سهيم هستند واگذار كرديم .
شايان ذكر است ولاديمير كوزلوف كه شركت وي قراردادهاي جداگانه اي با ايران براي كمك به امور بازرسي هسته اي اين نيرو گاه امضاء كرده است و اين قرارداد در سال 1996 به امضاء رسيده و از همان سال تا سال 2008 اعتبار دارد . طبق اين قرارداد كارشناسان روسي بازرسي از نقشه و نصب نيروگاه بوشهر ، آموزش پرسنل و تاييد اسناد كنترل كيفي لازم را انجام مي دهند.
Spontaneous human combustion یا اشتعال انسان به صورت خود به خود یک پدیده ای است که در آن بدن انسان به صورت خود به خود و بدون هیچ عامل و علت خارجی می سوزد. در مورد این پدیدهء عجیب بحث ها و مشاجره های متعددی است. در 300 سال گذشته،200 مورد در جهان دیده شده است، به هر حال تمام مورد های گزارش به صورت تمام و کمال مورد تحقیق و جستجو قرار نگرفته و یا در مورد آن شایعاتی است که صحت کاملی ندارد. در مورد های جدید این پدیده، عکس هایی از قربانی ها گرفته شده که نشان دهندهء سوختگی بسیار شدید است. نکتهء بسیار جالب در مورد این پدیده این است که آتشی که فرد در آن می سوزد بر اشیاء و یا افراد دور و بر اثز ندارد.برای مثال، در آخرین مورد یک پیر زن 68 ساله در این حادثه سوخت، ولی تمام اشیاء اطرافش کاملا سالم بوده است.از تمام بخش های بدن این پیر زن، فقط دست سمت چپ آن که نیم سوخته بود پیدا شد.
Spontaneous human combustion (SHC) is the burning of the human body without an external source of ignition. There is speculation and controversy regarding SHC. There are about 200 cited cases[1] worldwide over a period of around 300 years; however, most of the alleged cases are characterised by the lack of a thorough investigation, or are based on hearsay. In many of the more recent cases, where photographic evidence is available, it is alleged that there was an external source of heat present (often cigarettes), and nothing occurred ’spontaneously’.
ماكس كارل ارنست لودويگ پلانك در بيست و سوم آوريل سال 1858 در شهر كيل آلمان زاده شد. وي فرزند ششم ويلهلم پلانك استاد علوم قضايي دانشگاه شهر بود. افراد خانواده پلانك احترام زيادي براي آموزش و پرورش و فرهنگ و حفظ ارزشهاي سنتي خانواده قائل بودند. والدين همه آنها خصوصيات را به فرزند انتقال داده بودند. نامه هاي پلانك گوشه اي از زندگي خانوادگي اش را بازگو مي كنند كه در آنها سخن از گذرانيدن تابستان در تفرجگاه الدناي كنار درياي بالتيك و بازي كروكه روي چمن و از خواندن رمانهاي والتر اسكات در هنگام شب و از به روي صحنه آوردن نمايش و موسيقي با شركت افراد خانواده زياد به ميان مي آيد. پلانك دوره دبيرستان را درگيمنازوم مكسيميلان شهر مونيخ گذرانيد و در آنجا بود كه به علاقه خود پي برد. پلانك اعتبار و امتياز تفهيم معناي قوانين فيزيك را به خود براي اولين بار به هرمان مولر دبير رياضي خويش مي دهد. پلانك يك تيزهوش استثنايي نبود. دبيرانش در گيمنازيوم از لحاظ رتبه او را به شاگرد اولي نزديك ميدانستند اما او را در هيچ زماني شاگرد اول نشناختند. معلمان وي در او جز رفتار شخصي خوب و سختكوشي در كار نشانه اي كه حاكي از تابناكي هوش يا وجود استعداد خاصي باشد، نديدند. به هر حال مهارتهاي او در برخوردهاي اجتماعي بايد از گونه تراز اولي بوده باشد چرا كه محبوب معلمان و همكلاسان خود بود. پلانك در پايان دوره گيمنازيوم خود در سال 1784 هنوز تصميمي در زمينه انتخاب رشته براي آموزشهاي بعدي خود نگرفته بود. تا اينك سرانجام ابتدا دانشجوي دوره كارشناسي دانشگاه مونيخ و چندي بعد دانشجوي آن دوره دانشگاه برلين شد. وي به خواندن فيزيك عملي و رياضيات پرداخت و در پي انتقال به دانشگاه برلين در كلاسهاي فيزيكدانان مشهور آن روز هرمان فن هلمهولتز و گوستاو كيرشهوف شركت كرد. پلانك علاقه خويش به ترموديناميك را مديون اين دو استاد مي دانست. پلانك نظريه مكانيكي گرماي كلاوزيوس را به تفصيل مطالعه كرد و بعدها خاطر نشان ساخت كه اين مطالعه خصوصي چيزي بود كه سرانجام وي را به فيزيك كشاند. پلانك كه تحت تأثير كار و روشني روش استدلال كلاوزيوس قرار گرفته بود رشته اصلي درس خود را ترموديناميك انتخاب و بررسي در قانون دوم آن را موضوع تز دكتراي سال 1879 خويش در دانشگاه مونيخ كرد.
تز دكتراي پلانك مروري بر دو اصل كلاسيك ترموديناميك بود. اصل اول، اصل بقاي انرژي و اصل دوم مفهوم آنتروپي (كميتي كه اندازه اش در تمام فرايندهاي فيزيكي حقيقي مدام در افزايش است). افكار پلانك درباره آنتروپي و آزمايشهاي پيشنهادي او در آن باره هيچكدام از راهنمايان دانشگاهي ممتاز او را تحت تأثير قرار نداد. استاد هلمهولتز او را اصلاً نخواند و كيرشهوف هم كه آن را خواند از ان خوشش نيامد. حتي كلاوزيوس كه منبع الهام او بود كمترين علاقه اي به موضوع نشان نداد. پلانك با آن واكنش استادان نسبت به پايان نامه دكتراي خود با وقار و آرامش برخورد كرد و با اشتياقي حتي بيش از پيش به كار برگشت. فارغ التحصيل شدن وي به سبب بيماري اش با دو سال تأخير همراه بود اما درجه دكترايي كه سرانجام در سال 1879 گرفت با رتبه ممتاز بود.
پلانك در سال 1880 با سمت دانشياري به هيأت علمي دانشگاه مونيخ پيوست و پنج سال پس از آن به مقام استادي دانشگاه كيل رسيد. استخدام به عنوان استاد غيررسمي در دانشگاه كيل پلانك را از استقلال علمي بيشتري برخوردار ساخت. گوستاو كيرشهوف استاد راهنماي قديمي پلانك در سال 1889 درگذشت و كرسي استادي او در دانشگاه برلين خالي ماند و پلانك به جاي كيرشهوف به عنوان استاديار و مدير مؤسسه فيزيك نظري منصوب شد. پلانك در يكي ازروزها كه به ياد نداشته است در چه كلاسي از دانشگاه برلين درس دارد جلوي اتاق دفتر بخش ايستاده و از كارمندي نشاني محل برگزاري درس آن روز پروفسور پلانك را جويا ميشود. كارمند در جواب مي گويد: آنجا مرو مرد جوان تو بسيار جوانتر از آن هستي كه بتواني درس پلانك، استاد فرهيخته ما را بفهمي. پلانك در پي استقرار در كرسي استادي خويش توجه خود را معطوف پديده تابش جسم سياه مشكل روز فيزيك كلاسيك كرد كه آن را نخستين بار كيرشهوف به ميان آورده بود. پلانك در سال 1900 به اين نتيجه رسيد كه براي توضيح پديده تابش جسم سياه بايد ايده كاملاً جديدي را پيش كشيد. وي اين فكر را در ميان نهاد كه انرژي نيز مانند ماده از آحاد يا بسته هاي كوچكي درست شده است. او آن آحاد را كوانتوم نام داد. كلمه اي مأخوذ از زبان لاتيني به معني «چقدر» و جمع آن كوآنتا بود، اين فكر كه با اصول و قوانين آن زمان وفق نمي كرد بالطبع مخالفاني بوجود آورد ولي اين مخالفتها بيش از پنج سال طول نكشيد زيرا تئوري اينشتين كه متكي به تئوري كوآنتا بيان شد ارزش واقعي و حقيقي تئوري بيان شده بوسيله پلانك را معلوم نمود. بعد از آنكه پلانك و اينشتين با يكديگر مكاتباتي آغاز كردند كه تا پايان عمر پلانك ادامه يافت و سبب همكاري هاي مهمي بين آنها در زمينه خواص نور نيز شد.
سهمي كه پلانك در پيشبرد علم ادا كرد او را «دانشمند دانشمندان» كرد. او مورد احترام همكاران خود در همه حوزه هاي علمي و از همه مليتهاي جهان بود. در سال 1918 كه جايزه نوبل در فيزيك اعطا مي شد، آلبرت اينشتين، نيلز بوهر، ارنست رادرفورد و ورنرهايزنبرگ – كه همه مي توانستند خود مستحق كسب آن افتخار باشند- مناسبت را با توافق بدون شرط خويش تاريخي تر كرده مستحق ترين شخص براي دريافت جايزه را پلانك دانستند. بدين ترتيب پلانك به اخذ جايزه نوبل نائل آمد و استاد دانشگاه برلين گرديد. همچنين شاهد تأسيس «انجمن ماكس پلانك براي پيشبرد علم» به جاي انجمن «قيصر ويلهلم» كه در سال 1911 پي افكنده شده بود- گرديد (خود او از 1930 تا 1937 رياست اين انجمن را برعهده داشت).
پلانك در روز چهارم اكتبر سال 1947 در نود و دو سالگي در پي يك حمله قلبي درگذشت. تاريخ او را به پاس دو كشف عمده اش به ياد خواهد داشت: كشف نظريه كوآنتومي و كشف آلبرت اينشتين در سال 1948 در ستايشنامه اي كه عنوان آن «در رثاء ماكس پلانك» بود چنين نوشت:
انسانهاي زيادي عمر خود را وقف علم مي كنند اما آنها همه به خاطر علم آن كار را نمي كنند عده اي براي آن به معبد علم مي آيند كه علم به آنها فرصت بروز استعدادهاي ويژه شان را مي دهد. براي اين گروه علم گونه اي ورزش است كه آنها از تمرين در آن به وجد مي آيند مانند آن ورزشكاري كه از تمرين دادن به ماهيچه هاي قوي خود شاد مي شود. گروه ديگري از انسانها به معبد علم براي عرضه توده مغز خود مي آيند به آن اميد كه از آن كار بازده مفيدي بياندوزند. اين عده تنها از آن رو سر از كار علمي در مي آورند كه شرايط گزينش حرفه انتخابي را به حسب اتفاق پيش روي آنها نهاده است. اگر شرايط حاكم بر آن گزينش به گونه ديگري بود، آنها ممكن بود سياستمدار يا مدير تجاري بشوند چنانچه پيش آيد كه خدا فرشته اي از فرشتگان خود را براي بيرون راندن گروههايي كه نام بردم از معبد به پايين بفرستد، بيم آن دارم كه معبد از بن خالي شود. با اين حال هنوز شمار اندكي از عابدان در آن باقي خواهند ماند برخي از زمان گذشته و برخي از عصر خود ما. پلانكِ ما جاي در گروه اخير دارد و از اين روست كه ما همه او را دوست داريم.
نمودار انرژي تابشي در واحد حجم محفظه، برحسب رابطه رايلي- جينز در فيزيك كلاسيك و