صفحه 2 از 10: « پیشین 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 پسین »

مقالات شیمی

anna_nemati

کاربر

ارسالها: 4603

#11 Posted: 28 Feb 2013 23:33

ليزر - بخش اول

در فيلم‌ها و كتاب‌‌هاي علمي - تخيلي، فناوري ليزر نقش محوري بازي مي‌كند. شكي نيست كه همين باعث مي‌شود كه اين نوع داستان‌ها همراه با پيش‌بيني كاربرد ليزر مثلا در نبردهاي فضايي يا صيقل دادن فضاپيماها باشد. ولي ليزر ها نقش محوري در زندگي روزمره‌ي دارند. حقيقت اين است كه ليزرها كاربردهاي وسيع و جالبي در توليدهاي صنعتي و فناوري دارند. آن‌ها را مي‌توانيد در همه‌جا ببينيد. از سي‌دي‌خوان‌ها گرفته تا مته‌هاي دندان‌پزشكي يا ماشين‌هاي اصلاح پرسرعت موهاي بدن يا دستگاه‌هاي اندازه‌گيري، وسايل كاشت مو، عمل چشم و بسياري ديگر.

در همه‌ي اين‌ها از ليزر استفاده مي‌شود.

ولي ليزر چيست؟
چه عاملي باعث مي‌شود نور ليزر با نور معمولي تفاوت داشته باشد؟ مخصوصا نور ليزر چه تفاوتي با نوفه‌ي جرقه‌هاي نوري دارد؟ ليزرها چگونه طبقه‌بندي مي‌شوند؟

بياييم درباره‌ي انواع مختلف ليزر، طول‌موج‌هاي متفاوت و استفاده‌هاي آن مطالبي بررسي‌هايي داشته باشيم. ولي ابتدا ار مباني فناوري ليزر شروع مي‌كنيم:

اساس يك اتمفقط حدود 100 نوع اتم در كُل عالم وجود دارد. هرچيزي كه مي‌بينيم از اين 100 نوع اتم در بي‌نهايت تركيب در عالم ساخته شده است. چگونه اين اتم‌ها چيده شده و به‌هم پيوند خورده و يك فنجان آب، يك تكه فل، يا گاز نوشابه و ... را مي‌سازند!
اتم‌ها حركت ثابت دارند. آن‌ها به‌‌طور پيوسته در حال ارتعاش، حركت و چرخش هستند. اتم‌ها مي‌توانند در حالت‌هاي مختلف برانگيخته شوند. به‌عبارت ديگر آن‌ها انرژي‌هاي متفاوتي دارند.

اگر انرژي زيادي به يك اتم اعمال كنيم، الكترون از اصطلاحا تراز «حالت پايه‌ي» انرژي كنده شده و به تراز بالاتري خواهد رفت. تراز برانگيختگي بستگي به مقدار انرژي دارد كه به‌واسطه‌ي گرما، نور يا الكتريسيته اعمال مي‌كنيم.
در اين‌جا تعبيري از شكل اتم داريم:
اين اتم ساده شامل يك هسته (پرتون‌ها و نوترون‌ها) و ابر الكتروني است. براي درك بهتر مي‌توان فرض كرد الكترون‌ها در ابر الكتروني دور هسته در مدارهاي مختلفي در گردش هستند.

انرژي جذبديدگاه‌هاي نوين فيزيك كوانتم از اين تعبير ساده‌انگارانه‌ي «مدارهاي گسسته» براي الكترون‌ها ديگر استفاده نمي‌كنند ممكن است براي توضيح راحت‌تر اين مدارها از ترازهاي مختلف انرژي در اتم استفاده كنيم (شكل 1).

به‌عبارت ديگر اگر مقداري گرما به اتم بدهيم بايد انتظار داشته باشيم كه تعدادي الكترون در مدارهايي با انرژي پايين‌تر به مدارهايي با انرژي بالاتر گذر خواهند كرد. بدين‌ترتيب از هسته دور خواهند شد.

اين مدلي كه ارائه داديم شمايه‌اي واقعا ساده‌انگارانه است از آن‌چه واقعا وجود دارد. ولي كاملا نشان‌دهنده‌ي ايده‌ي اصلي است كه چگونه اتم‌ها در ليزر تغيير حالت مي‌دهند.

وقتي يك الكترون به مداري با انرژي بالاتر حركت مي‌كند به‌تدريج ‌مي‌خواهد كه به حالت پايه برگردد. وقتي اين‌ اتفاق مي‌افتد انرژي به‌صورت فوتون آزاد مي‌شود (فوتون: بسته‌ي موج كه در فيزيك اصطلاحا مي‌گوييم حامل انرژي است). شما اتم‌هايي را مي‌بينيد كه كاهش انرژي به‌صورت فوتون دايما در حال انتقال است.
براي مثال وقتي الماني در توستر نان داغ مي‌شود به‌تدريج قرمز خواهد شد. رنگ قرمز نشانه‌اي از برانگيختگي اتم‌ها توسط گرماست كه در آن فوتون‌هاي قرمز آزاد مي‌شوند.

وقتي تصويري را در تلويزيون مي‌بينيد آن‌چه مشاهده‌ مي‌كنيد اتم‌هاي فسفر هستند كه توسط الكترون‌هاي سرعت بالا برانگيخته شده و رنگ‌هاي مختلفي در طيف مرئي نور گسيل مي‌كنند.

هر چيزي كه نور توليد مي‌كند (از جمله نورهاي فلوئورسانت، چراغ‌هاي گازي، لامپ‌هاي ملتهب) در كنش با الكترون‌هايي است كه مدار خود را تغيير داده و فوتون آزاد مي‌كنند.

ليزر - اتصال اتميليزر ابزاري است براي كنترل مسير فوتون‌هايي كه از اتم آزاد مي‌شوند. ليزر مخفف عنوان فوق است: «تقويت نور به‌وسيله‌ي تابش گسيل حاصل از برانگيختگي» كه به‌طور خيلي خلاصه‌، چگونگي كاركرد ليزر را توصيف مي‌كند.
اگرچه ليزر انواع مختلفي دارد ولي همگي يك مشخصه‌ي اساسي و مشترك دارند. در يك ليزر محيط ليزري طوري پمپ مي‌شود كه اتم‌ها به حالت برانگيخته مي‌روند.

نوعا فلاش‌هاي بسيار شديد نور يا پمپ دشارژ الكتريكي محيط ليزري را فراهم كرده مجموعه‌ي بزرگي از اتم‌هاي برانگيخته را خلق مي‌نمايد (اتم‌ها با الكترون‌هاي انرژي‌هاي بالاتر). ضروري است كه تعداد زيادي اتم در حالت برانگيخته به‌وجود مي‌آيد كه ليزر را فراهم آورده و كار مي‌كند.
عموما اتم‌ها در يك تراز برانگيخته مي‌شوند به‌طوري كه دو يا سه تراز بالاتر از حالت پايه است. اين درجه‌ي واروني جمعيت را افزايش مي‌دهد. جمعيت واروني، تعداد اتم‌هايي است كه در حالت پايه نسبت به تعداد در حالت پايه است.
وقتي محيط ليزري پمپ مي‌شود اتم‌هاي زيادي با الكترون‌هايي در حالت برانگيخته دارد. الكترون‌هاي برانگيخته انرژي‌‌هايي بالاتر از الكترون‌هاي عادي در اتم دارند.

وقتي الكترون‌ انرژي مي‌گيرد تا به اين حالت برانگيختگي برسد همين مقدار انرژي را آزاد خواهد كرد تا به حالت قبلي بازگردد.

همان‌طور كه در شكل 3 مي‌بينيد الكترون به‌سادگي به حالت عادي برگشته و مقداري انرژي آزاد مي‌كند. اين انرژي برانگيخته به‌صورت فوتون (بسته‌هاي نور) ظاهر مي‌شود . فوتون برانگيخته، طول موج (رنگ) خاصي دارد كه بستگي به حالت انرژي الكترون به‌هنگام آزادسازي فوتون دارد. دو اتم مشخص با الكترون‌هايي در حالت‌هاي كاملا معين فوتون‌هايي آزاد مي‌كنند كه طول‌موج‌‌هاي مشخصي دارند.

anna_nemati

کاربر

ارسالها: 4603

#12 Posted: 28 Feb 2013 23:34

ليزر -بخش دوم
توليد ليزر
نور ليزر نور ليزر از نور معمولي بسيار متفاوت است. نور ليزر ويژگي هاي ذيل را دارد:
نور آزاد شده تك فام (تك رنگ) است. يعني شامل فقط يك طول موج خاص (در نتيجه نور خاص) است. طول موج نور بوسيله‌ي آزاد شدن انرژي به هنگام جابه جايي الكترون از يك مدار به مدار پايين تر (نزديك‌تر به هسته) اندازه گيري مي‌شود.

نور آزاد شده همدوس (متمركز) است. هر فوتون همراه با ديگر فوتون‌ها حركت مستقيم و در حين حركت مكان معيني نسبت به ديگر فوتون‌ها دارد. اين بدان معناست كه همه‌‌ي فوتون‌ها جبهه‌ي موج هماهنگي نسبت به هم دارند.

نور كاملا مستقيم است. نور ليزر نوفه‌اي بسيار قوي و متمركز دارد. اين در حالي است كه يك فلاش نور معمولي، در همه‌ي جهات پخش مي‌شود. بسيار ضعيف‌تر و پراكنده‌تر از ليزر است.

براي به‌وجود آوردن اين سه ويژگي چيزي به‌نام «گسيل برانگيختگي» بايد اتفاق بيافتد. اين در نور معمولي اتفاق نمي‌افتد. همه‌ي اتم‌ها فوتون‌هاي خودشان را به‌صورت كاتوره‌اي (نامنظم)، آزاد مي‌كنند. در گسيل برانگيخته فوتون گسيلي آرايش منظمي دارد.
فوتوني كه هر اتم آزاد مي‌كند، طول موج معيني دارد كه به اختلاف انرژي بين حالت برانگيخته و پايه بستگي دارد. اگر اين فوتون (گذار از يك انرژي و فاز) به اتم‌ ديگري كه الكتروني در حالت مشابه، برخورد كند، گسيل برانگيختگي اتفاق مي‌افتد. اولين فوتون مي‌تواند آزاد شده يا گسيل القايي داشته باشد؛ به‌طوري‌كه فوتون بعدي (از اتم دوم) با فركانس و جهت يكساني نسبت به اولي ارتعاش خواهد كرد.
مسأله‌ي اساسي ديگر در توليد ليزر زوج آينه‌هايي هستند كه هر كدام در يم انتهاي محيط ليزري قرار گرفته اند. فوتون‌ها با طول‌موج‌ و فاز معين در برخورد با آينه‌ها منعكس شده و حركت رفت و برگشتي را در همان محيط انجام مي‌دهند. در چنين فرايندي الكترون‌هاي ديگر را نيز آزاد مي‌كنند. انرژي آزاد مي‌شود و مي‌تواند باعث گسيل فوتون‌هاي بيش‌تري با همان فاز و طول موج شود. در اين‌جاست كه پديده‌‌ي آبشاري اتفاق مي‌افتد و فوتون‌هاي بيش‌تر و بيش‌تري با همان فاز و طول‌موج يكسان منتشر مي‌شود. آينه در يكي از دو انتهاي آينه‌اي «نيمه‌نقره‌اي» باعث انعكاس نور شده و باعث انتشار مقداري نور مي‌شود. اين نور، نور ليزر است.
شكل‌هايي كه خواهيد ديد نحوه‌ي توليد ليزر ياقوتي را نشان مي‌دهند.

ليزرهاي ياقوتي
ليزر ياقوتي شامل لوله‌ي فلاش (مانند فلاش دوربين‌هاي عكاسي)، ميله‌‌ي ياقوتي و دو آينه است‌ (يكي از آنها نيمه نقره‌اي است). ميله‌ي نقره‌اي محيط ليزري است كه لوله‌ي فلاش به آن نور مي‌تاباند.

anna_nemati

کاربر

ارسالها: 4603

#13 Posted: 28 Feb 2013 23:35

شیمی و لیزر

امروزه لیزر کاربردهای بیشماری در جنبه‌های مختلف علوم دارد و زمینه تحقیقاتی گسترده‌ای برای تمام علوم و از جمله شیمی فراهم آورده است. تکفامی و شدت زیاد ، لیزر را برای استفاده در شیمی و بویژه شاخه طیف سنجی مناسب ساخته است. در زمینه شیمی ، از لیزر هم برای تشخیص و هم برای ایجاد تغییرات شیمیایی برگشت ناپذیر استفاده شده است.
لیزر و ایجاد شاخه‌های جدید در شیمی

کشف و استفاده از لیزر ، باعث ایجاد تغییرات مهمی در رشته‌های علمی از جمله شیمی شده است. ایجاد شاخه‌های جدید در شیمی مانند طیف‌نمایی غیر خطی و فتوشیمی لیزری از آن جمله است.
کاربردهای لیزر در شیمی

جداسازی ایزوتوپها

به علت بهای زیاد فوتونهای لیزری ، این روش وقتی استفاده می‌شود که ارزش محصولات نهایی بالا باشد. به عنوان مثال ، جداسازی اورانیوم 235 از اورانیوم طبیعی (حاوی 99.2% اورانیوم 238 و 7% اورانیوم 235) با لیزر گزنون و کریپتون.
تکنیکهای جهش دما

تغییر دادن تعادل یک واکنش به وسیله افزایش ناگهانی درجه حرارت برای مطالعه واکنشهایی که سرعتشان بین 10-2 تا 10-6 ثانیه است. مانند تشکیل پیوند هیدروژنی و استخلاف لیگاند. لیزر ید برای انجام این کار مناسب است.

طیف سنجی

توان زیاد پرتو لیزری ، کاربرد آن را در اندازه گیری جذب نمونه‌های چگال ، امکان‌پذیر می‌سازد. حساسیت روش ، بسیار بالاست و لیزر ، همزمان کار چندین لامپ هالوکاتد را انجام می‌دهد. یکی از کاربردهای طیف سنجی با لیزر ،‌ اندازه گیری غلظت با لیزر|اندازه گیری غلظت خاکهای نادر در محلولهای آبی یا مخلوط آنها می‌باشد.
تجزیه مقادیر ناچیز و تک اتم

حساسیت فوق العاده یونیزاسیون با لیزر برای دستیابی به حد تشخیص بی‌نهایت کم از شگفت‌انگیزترین نتایجی است که دانشمندان را برای تشخیص یک اتم یا یک مولکول ، بیش از پیش امیدوار کرده است.
طیف سنجی مولکولی

از مطالعات لیزر در طیف سنجی لیزر در طیف سنجی مولکولی ، می‌توان لومنیسانس و فتویونیزاسیون را نام برد که نتایج درخشانی در تفکیک کامل طیفی و گزینش پذیری در جذب چند فوتونی برای اندازه گیری مقادیر کم اجسام ، حاصل شده است.
طیف سنجی جرمی

در چندین سال اخیر ، علاقه زیادی به ترکیب لیزر و طیف سنجی جرمی (ms) معطوف شده است. این ترکیب در بر گیرنده دو روش است: روشهای چند فوتونی و شیوه‌های دفع سطحی.

سایر کاربردهای لیزر در شیمی

استفاده از لیزر در شیمی ، گسترده‌تر از آن است که در این بحث مطرح شود. از دیگر کاربردهای لیزر را ، می‌توان طیف سنجی پیکوثانیه به کمک لیزرهای پالسی ، استفاده در آشکارسازهای کروماتوگرافی ، همراستا کردن اجزاء داخلی و ابزار دقیق آزمایشگاهی و انواع فراورشهای شیمیایی نام برد.
لیزر و آینده علم شیمی

لیزر با وجود استفاده وسیع و روز افزون در رشته‌های مختلف علوم و از جمله شیمی ، هنوز هم نویدهای زیادی برای آینده دارد. با توجه به ساخت لیزرهای جدید با کاربری وسیع و تکامل روشهای قدیمی ، در آینده می‌توان شاهد تحولات عظیم در شیمی تجزیه و استفاده گسترده از لیزر در فراوشها و سنتزهای شیمیایی بود.

همچنین استفاده از لیزر برای سنتز و مطالعه اجزا ، خوشه‌های فلزی و کربن در آینده مورد توجه خاص خواهد بود. چشم انداز آینده ، استفاده از لیزر در تولید و سنتز مواد حیاتی مهم با کمترین هزینه خواهد بود.

anna_nemati

کاربر

ارسالها: 4603

#14 Posted: 28 Feb 2013 23:35

ال.ای.دی، بهینه‌ترین ابزار روشنایی منزل

نمایشگاه بین‌المللی نور،‌ محل نمایش سالانه محصولات صنعت روشنایی است که در مرکز جاویتز نیویورک برگزار می‌شود. بازدید از نمایشگاه امسال، ‌این فکر را به ذهن می‌آورد که لامپ‌های ساخته شده از دیودهای منتشرکننده نور ‌یا همان ال.ای.دی‌ها،‌ خانه‌ها و دفاتر کاری ما را پر کرده‌اند. نمایشگاه امسال پر از لامپ‌های ال.ای.دی و سایر تجهیزات مرتبط بود.
به گزارش نیویورک‌تایمز، به نظر می‌رسد تنها کاری که حالا باید دنیا انجام دهد،‌ این است که خودش را به این صنعت برساند. اغلب مردم فکر می‌کنند که ال.ای.دی‌ها چراغ‌های چشمک‌زنی هستند که درون دستگاه‌های الکترونیکی به کار می‌روند. با این‌که افراد کمی تاکنون اقدام به استفاده از ال.‌ای.‌دی‌ها در خانه و محل کار خود می‌کنند، استفاده از این چراغ‌های کم‌مصرف به طور افزاینده‌ای در حال افزایش است.
چارلز اف.جرابک،‌ مدیرعامل یکی از بخش‌های زیمنس با عنوان اوسرام سیلوانیا در مورد استفاده از این لامپ‌ها می‌گوید: «در ایالات متحده،‌ ۷۸درصد مردم کاملا بی‌خبرند که ممکن است در سال ۲۰۱۲ / ۱۳۹۱ لامپ‌های سنتی به طور کامل از دور خارج شوند.» بر اساس قانون،‌ ، لامپ‌های موجود در آغاز سال ۱۳۹۱ باید ۳۰ درصد کارآمدتر از لامپ‌های حبابی موجود باشند.
با وجود این‌که محصول جدید لامپ‌های فلورسانت فشرده می‌تواند این هدف را برآورده سازد،‌ اما این صنعت برای بسیاری از کاربردها به لامپ‌های ال.ای.دی روی آورده است. ‌ال.ای.دی‌ها به نسبت لامپ‌های حبابی فعلی و لامپ‌های فلورسانت فشرده، عمر بیشتری دارند و در نهایت مصرف انرژی آن‌ها نیز کم‌تر از لامپ‌های فلورسانت خواهد بود. علاوه بر این‌ها،‌ لامپ‌های ال.ای.دی را می‌توان در شکل‌ها و اندازه‌های گوناگون ساخت و این مسئله به خوبی در نمایشگاه امسال به نمایش گذاشته شده بود. برخلاف لامپ‌های فلورسانت، در ساخت ال.ای.دی‌ها از جیوه استفاده نمی‌شود. لامپ‌های ال.ای.دی در هوای سرد هم به خوبی جواب می‌دهند و در مقایسه با لامپ فلورسانت،‌ نور دلپذیرتری دارند.
تولیدکنندگان، ال.ای.دی را برای مصرف در تجهیزات روشنایی انبارهای بزرگ،‌ گاراژها و خیابان‌ها،‌ نوارهای نوری انعطاف‌پذیر و نیز به عنوان جایگزینی برای لامپ‌های تزیینی هالوژنی که در دفاتر کاری و آشپزخانه‌ها استفاده می‌شوند، معرفی کرده‌اند.
نوارهای ال‌ای.دی‌ انعطاف‌پذیری که شرکت اوسرام سیلوانیا تولید کرده، ‌برای نوردهی جاهایی مورد استفاده قرار می‌گیرد که هیچ منبع نوری دیگری برای آن متناسب نیست. قرار است که اواخر سال جاری، این شرکت لامپ‌های ال.ای.دی کوچک و چندشاخه‌ای را به بازار عرضه کند که به جای ۱۵ واتی که لامپ‌های حبابی معمولی فعلی استفاده می‌کنند، تنها با ۶ وات روشن می‌شوند. این لامپ‌ها ۲۵هزار ساعت عمر می‌کنند، در حالی‌که عمر یک لامپ حبابی تنها ۱۵۰۰ ساعت است. به علاوه قرار است که پاییز امسال،‌ شرکت‌های اوسرام، لایتینگ‌ساینس و فیلیپس، لامپ‌های ال.ای.دی جدیدی را به بازار عرضه کنند که کاملا شبیه لامپ‌های قدیمی ۴۰ واتی هستند و حتی به همان اندازه نور می‌دهند، اما تنها ۸ وات برق مصرف می‌کنند و از آن مهم‌تر این‌که ۲۵هزار ساعت هم عمر می‌کنند.
بیشتر تلاش این صنعت، ‌متمرکز بر تولید ال.ای.دی‌هایی است که به اندازه یک لامپ حبابی ۶۰ یا ۷۵ واتی نور بدهند. کری (Cree) که یکی از پیشتازان تولید ال.ای.دی است و ‌در نمایشگاه امسال، نسخه جدیدی از ال.ای.دی سقفی را به نمایش گذاشته که با مصرف تنها ۶.۵ وات ، ‌می‌تواند به اندازه یک لامپ حبابی ۶۵ واتی نور تولید کند. نمونه قدیمی این محصول که در سال گذشته عرضه شده بود، ۱۱ وات مصرف می‌کرد.
با وجود تنوع محصولاتی که از ال.ای.دی‌ها استفاده می‌کنند، باز هم طی سال‌های آتی،‌ مردم لامپ‌های فلورسانت فشرده را ترجیح خواهند داد. دلیل این امر هم قیمت بالای لامپ‌های ال.ای.دی است. برای مثال برای لامپی که معادل یک لامپ ۴۰ واتی نور می‌دهد،‌ باید ۲۰ دلار بپردازید؛ تازه این مشکل هم وجود دارد که تولید نور شفاف با آن‌ها دشوار است. مایکل بی.پتراس،‌ مدیر جی.ای.لایتینگ (از بخش‌های جنرال الکتریک) در مقایسه این دو لامپ می‌گوید: « بازار لامپ‌های فلورسانت فشرده (C.F.L.) همچنان رشد بالایی دارد. با این حال، شرکت ما نیمی از بودجه تحقیق و توسعه‌اش (آر اند دی) را به فناوری‌های مرتبط با ال.ای.دی اختصاص داده است.
ظهور لامپ‌های با عمر طولانی به این معناست که شرکت‌های تولیدی دیگر نباید روی درآمد لامپ‌های جایگزین حساب کنند‍‍! در طول‌ سال‌های گذشته،‌ شرکت فیلیپس با درآمد حاصل از راه‌اندازی شرکت‌های متعددی که تجهیزات نوری به منازل و محل‌های کار می‌فروختند، ‌توانست خود را از نو بسازد. این شرکت انتظار دارد که امسال فروش ال.ای.د‌ی‌هایش تنها در ایالات متحده آمریکا به ۲۰۰ میلیون دلار برسد. به گفته کاج دن.داس،‌ مدیر گروه روشنایی شرکت فیلیپس در ایالات متحده،‌ فروش این شرکت در سال ۲۰۰۸/ ۱۳۸۷ حدود ۱۲۰ میلیون دلار بوده است.
اما صنعت روشنایی ال.ای.دی امیدوار است که بتواند لامپ‌های بیشتری را با قیمتی بالاتر بفروشد. جرابک از اوسرام سیلوانیا می‌گوید: «‌ قرار است به جای لامپ‌های ۱ دلار و ۲۵ سنتی (۱۲۰۰ تومانی)،‌ سیستم‌های ۱۰ تا ۲۰ دلاری بفروشیم.» وی می‌افزاید که خانه‌های بزرگ امروزی بسیار بیشتر از خانه‌های ۲۰ سال پیش به لامپ و روشنایی نیاز دارند. به اعتقاد وی، با ارتقای چشم‌گیر انرژی ال.ای.دی،‌ مردم نسخه‌های قدیمی روشنایی را با ال.ای.دی‌های این شرکت جایگزین خواهند کرد. آقای جرابک سقوط اخیر بازار لامپ‌های فلورسانت فشرده کم‌قیمت را خاطرنشان می‌کند و دلیل این امر را نور غیرطبیعی و اعتبار ضعیف آن‌ها می‌داند که نارضایتی بسیاری را در بین مشتریان به دنبال داشت. وی می‌گوید:« اگر اجازه دهیم که همین اتفاق برای ال.ای.دی هم بیافتد،‌ بی‌عدالتی و عقب‌نشینی بزرگی خواهد بود.»
بهنوش خرم‌روز

anna_nemati

کاربر

ارسالها: 4603

#15 Posted: 28 Feb 2013 23:45

خواص نور لیزر و کاربردهای آن

از نخستین روزهای بررسی تکنولوژی لیزر ، پی برده شد که نور لیزر خواص مشخصه ای دارد که آن را از نورهای ایجاد شده از سایر منابع متمایز می کند. در این بخش ، به چگونگی ظهور این خواص از ماهیت فرایند لیزر می پردازیم و به اختصار مثالهایی را از چگونگی استفاده از آنها برای کاربردهای ویژه لیزر ، در نظر می گیریم. واضح است که چنین مباحثی باید بسیار گزینشی باشد و مثالهای ارایه شده در اینجا بیشتر برای نشان دادن تنوع و گوناگونی کاربردهای لیزر انتخاب شده اند تا هر دلیل دیگری.
از آنجا که نشر القایی ،‌فوتونهایی را با راستای انتشار دقیقاً یکسان تولید می کند، استفاده از پیکربندی آینه انتهایی به تقویت گزینشی باریکه محوری که تنها قطری در حدود m m ? دارد منجر می شود. بدین ترتیب لیزر ، باریکه ای نازک و اساساً موازی از نور را که معمولاً دارای توزیع گاوسی از شدت است ، از آینه خروجی به بیرون نشر می کند.
زاویه واگرایی باریکه مقداری در حدودm radian ? است که در فاصله یک کیلومتری ، تنها قسمتی به عرض یک متر را روشن می کند، لیزرهای اکسی پلکس واگرایی باریکه کمتر از ??? میکرورادیان دارند. هرچند که میزان واگرایی باریکه در وهله نخست توسط حد پراش روزنه خروجی تعیین می شود ،‌ولی با ابزار اپتیکی مناسب می توان همین واگرایی اندک را به مقدار زیادی تصحیح کرد. به عنوان مثالی از اینکه باریکه لیزر تا چه حد قابل موازی سازی است، به این مطلب توجه کنید که می توان بازتابش نور لیزر را از روی بازتابنده هایی که فضانوردان طی ماموریت فضایی آپولو در سطح کره ماه کار گذاشتند، در زمین مشاهده کرد.
همراستا سازی نوری یکی از کاربردهای بسیار برجسته موازی سازی و پهنای باریکه نازک لیزرها در صنعت سازه و نظارت بر آلودگی اتمسفر مورد استفاده قرارمی گیرد . در مورد اخیر، با بهره گیری از پهنای باریکه نازک لیزر است که امکان نظارت بر گازهای خروجی از دودکش کارخانه ها ، با تجزیه و تحلیل نور پراکنده ، از روی سطح زمین امکان پذیر می شود.
● شدت:
شدت زیاد، خاصیتی است که بیش از سایر موارد همراه نور لیزر است و در حقیقت لیزرها بالاترین شدتهای شناخته شده روی زمین را ایجاد می کنند. از آنجا که لیزر باریکه ای موازی از نور را نه در تمام جهتها ، بلکه در راستای مشخصی نشر میکند، مناسبترین معیار شدت، تابیدگی است . از آنجا که انرژی در واحد زمان برابر توان است، داریم:
سطح / توان I = تابیدگی
با این حال در استفاده از این معادله باید تاکید کرد که منظور از «توان» ، توان خروجی لیزر است و نه توان ورودی آن.برای بررسی درست تابیدگی یک نوع لیزر، می توان به این نکته توجه کرد که شدت میانگین آفتاب روی سطح زمین به اندازه یک کیلووات بر متر مربع یعنی m W ?? است.
ابتدا یک لیزر قدرتمند آرگون را که توانی در حدود W ?? در طول موج nm ??? نشر می کند، در نظر می گیریم. با فرض سطح مقطعی برابر mm ? برای باریکه ،‌این مقدار باعث ایجاد تابیدگی mW ?? = ( m ?? )/ (W ??) می شود . در واقع با متمرکز کردن باریکه تا رسیدن به حد پراش ناشی از ابزار اپتیکی متمرکز کننده ، می توان تابیدگی را افزایش داد. از این جنبه نیز نور لیزر به طور مشخصی خواص غیر عادی را نشان می دهد، به گونه ای که با متمرکز کردن آن می توان به شدتهایی دست یافت که از شدت خود منبع فراتر می رود.معمولاً امکان چنین چیزی برای منابع معمولی نور وجود ندارد. به عنوان یک اصل کلی ، حداقل شعاع باریکه متمرکز شده قابل قیاس با طول موج است، بنابراین در مثال فوق ، سطح مقطع m ?? غیر واقعی نیست و باعث ایجاد شدت متمرکز شده ای برابرmW?? می شود.
با این حال، در لیزرها که ابتدا انرژی را در اثر وارونگی جمعیت ذخیره می کنند و سپس آن را از طریق نشر یک تپ نور رها می کنند، یافتن بیشترین شدتهای خروجی نامنتظره نیست. اگر چه باید به یاد داشت که شدت پیک تنها برای زمان بسیار کوتاهی قابل حصول است.
برای مثال یک لیزر یاقوت سوییچ شده مناسب که تپهای ns ?? (s ?? = ns? ) در طول موج nm ??? نشر می کند ، می تواند در هر تپ ، خروجی پیکی برابر GW ? با باریکه پهنی به سطح مقطع mm ??? ایجاد کند. بدین ترتیب تابیدگی میانگین هر تپ تقریباً برابر W m ?? × ? است که با تمرکز مناسب می توان دست کم آن را به اندازه ?? برابر افزایش داد. باید توجه کرد که در تمام این محاسبات تقریبی ، به طور ضمنی تصور شده است که درطول دوام هر تپ، مقدار شدت ثابت است. حال آنکه در حقیقت ، در ابتدا یک صعود و در انتها یک واپاشی مشخص وجود دارد، به بیان دیگر یک نیمرخ زمانی هموار در آنجا هست. از آنجا که شدت پیک حاصل از یک لیزر تپی به طور وارون با مدت تپ متناسب است، روشهای گوناگونی برای کاستن ازطول تپ وجود دارد تا شدت آن افزایش یابد.
اکنون به چند کاربرد لیزر بر اساس شدتهای زیاد، نگاهی کوتاه می اندازیم. یک مثال بسیار واضح در صنعت، همان برش و جوشکاری با لیزر است. در چنین مقاصدی به ویژه لیزرهای پرتوان کربن دیوکسید Nd:YAG و که تابش زیر قرمز دارند، مناسب اند. چنین لیزرهایی تقریباً هر نوع ماده ای را می توانند ببرند، هر چند در برخی موارد مانند چوب یا کاغذ برای جلوگیری از سوختگی باید فواره ای از گاز بی اثر به کار برده شود، از سوی دیگر، فواره اکسیژن باعث تسهیل برش فولاد می شود. برای مثال یک لیزر متمرکز در گستره mW ?? می تواند mm ? فولاد را در تقریباً s ?، یا mm ? چرم را درs ??، ببرد. کاربردهایی از این نوع را می توان در صنایع زیادی از هوافضا تا نساجی ، پیدا کرد و تنها در آمریکا، چند هزار سیستم لیزر برای این هدف به کار می روند.
یکی از نوید بخش ترین کاربردهای پزشکی در جراحی چشم است که تا کنون برای این منظور چندین روش بالینی به خوبی ارایه شده است. مثلاً، پارگی شبکیه را که باعث کوری موضعی می شود، می توان با« جوشکاری نقطه ای » توسط تپهای پرشدت نور حاصل از لیزر آرگون، با بافت نگه دارنده آن ( یعنی کورویید ) متصل کرد. مزایای بسیار زیادی برای استفاده از لیزر در چنین جراحیهایی وجود دارد ، روش لیزری تخریبی نیست و نیازی به بیهوشی نداردو با توجه به مدت کوتاه تپها ، نیازی به بی حرکت کردن طولانی چشم وطی درمان احساس نمی شود.
● همدوسی:
همدوسی خاصیتی است که به بهترین وجه نور لیزر را از سایر انواع نور متمایز می کند و بازهم این خاصیت ، نتنجه ماهیت فرایند نشر القایی است. اغلب، نور حاصل از منابع معمول گرمایی که توسط نشر خودبه خودی کار می کنند، به نور آشفته موسوم است، معمولاً در این موارد، هیچ همبستگی بین فاز فوتونهای گوناگون وجود ندارد و در اثر تداخلهای اساساً تصادفی بین آنها، افت و خیز محسوسی در شدت پدید می آید. در مقابل در لیزر، فوتونهایی که توسط محیط برانگیخته لیزر نشر می شوند، با سایر فوتونهای موجود در حفره، همفازند. مقیاس زمانی که طی آن همبستگی فاز برقرار می ماند، به عنوان زمان همدوسی شناخته می شود و از رابطه زیر به دست می آید:
tc= ۱/u
که در آن u پهنای خط نشر است. طول همدوسی مستقیماً با این عامل ارتباط دارد.
tc = ctc
بنابراین ، دو نقطه در طول باریکه لیزر به فاصله ای کمتر از طول همدوسی، باید فاز مرتبطی داشته باشند. طول همدوسی یک مد خروجی حاصل از یک لیزر گازی ممکن است m ??? باشد، ولی این مقدار برای یک لیزر نیم رسانا ، تقریباً mm ? است. اندازه گیری طول یا زمان همدوسی یک لیزر با طیف بینی افت و خیز شدت ، انجام می شود و وسیله مناسبی برای تعیین پهنای خط نشر فراهم می کند.
همان طور که در دو نمودار شکل ?. ?? نشان داده شده است، تابش آشفته و همدوس آمار فوتونی کاملاً متفاوتی دارند. این نمودار نشان دهنده توزیع احتمال یافتن N فوتون در حجمی است که در یک متوسط زمانی، تعداد میانگین M را در خود دارد. نور آشفته در توزیع بوز ـ اینشتین صدق می کند:
آشفتهM/(M+۱)=PN
حال آنکه نور همدوس معمولاً در توزیع پواسون صدق می کند:
همدوس Me / N = PN
هر چند اگر این دو نور، تابیدگی میانگین یکسانی داشته باشند (با I V/hc u M = به M ارتباط پیدا می کند )، بیشتر فرایندهای شامل برهم کنش نور و ماده نمی توانند تمایزی بین آنها قایل شوند، ولی در فرایندهای چند فوتونی چنین نخواهد بود.
بر خلاف انتظار، کاربردهای اندکی برای همدوسی لیزر وجود دارد، مهمترین کاربرد آن به اصطلاح، تمام نگاری است، که روشی برای تهیه تصاویر سه بعدی به شمار میرود. این فرایند شامل تهیه یک نوع تصویر ویژه ، به نام تمام نگاشت روی صفحه ای حاوی امولسیون مناسب عکاسی است بر خلاف بیشتر انواع متداول تصاویر عکاسی تمام نگاشت حاوی اطلاعاتی نه تنها پیرامون شدت بلکه در مورد فاز نور بازتابیده از موضوع نیز هست واضح است که با منبع نور آشفته نمی توان به چنین تصویری دست یافت. نورپردازی عکس، تصویر سه بعدی واقعی را بازسازی می کند. در حال حاضر یکی از مشکلات اصلی آن است که تنها امکان تهیه تمام نگاشتهای تکفام وحود دارد، زیرا اگر برای تهیه تصویر اصلی از گستره ای از طول موجها استفاده شود، اطلاعات مربوط به فاز از بین می رود، هر چند اکنون به راحتی می توان تمام نگاشت را در نور سفید به وضوح مشاهده کرد، ولی رنگهای این تصاویر تنها در اثر تداخل به وجود می آیند و رنگهای اصلی جسم نیستند.
● تکفامی:
آخرین مشخصه بارز نور لیزر و خاصیتی که بیشترین ارتباط را با کاربردهای شیمیایی دارد. تکفامی اساسی آن است. این خاصیت از آن حقیقت منشا می گیرد که تمام فوتونها در اثر گذار بین دو تراز انرژی اتمی یا مولکولی مشابه، نشر می شوند و بنابراین تقریباً‌ فرکانسهای دقیقاً یکسانی دارند. با وجود این، همواره گستره کوچکی از توزیع فرکانسها وجود داردکه ممکن است چندین فرکانس یا طول موج گسسته را در بر گیرد و باعث برقراری شرط موج ایستا شود.
نتیجه آن است که تعداد کمی از فرکانسها با فواصل اندک از یکدیگر، ممکن است در عمل لیزر حضور داشته باشند، به طوری که برای رسیدن به تکفامی بهینه، باید وسیله اضافی دیگری را برای گزینش فرکانس در لیزر تعبیه کرد. معمولاً برای این کار از یک سنجه استفاده می شود که عنصری اپتیکی است که درون حفره لیزر قرار می گیرد و به گونه ای تنظیم می شود که تنها یک طول موج معین بتواند بین دو آینه انتهایی، به طور نامتناهی به جلو و عقب حرکت کند. در لیزرهایی با خروجی پیوسته، تهیه پهنای خط نشر به کوچکی cm ? ، کاری بسیار ساده است و در لیزرهای با فرکانس تثبیت شده، پهنای خط میتواند چهار تا پنج توان ده کوچکتر داشته باشد. عامل کیفیت Q که برابر با نسبت فرکانس نشر شده u به پهنای خط Du است، یکی از عاملهای مهمی است که لیزر را توصیف می کند.
Q = u/Du
بدین ترتیب، مقدار عامل Q به سادگی می تواند به بزرگی ?? باشد و این مقدار به وضوح از اهمیت زیادی در طیف بینی تفکیک بالا برخوردار است. اغلب متخصصان طیف بینی ترجیح می دهند که پهنای خط را بر حسب واحدهای طول موج یا عدد موج بیان کنند، که مورد آخر نشان دهنده تعداد طول موجهای تابش در واحد طول معمولاً‌ در سانتی متر، است (u=?/l) . روابط سودمند بین بزرگی پرامترهای مربوط به پهنای خط به قرار زیر است:
Dl=l/Q
Du=Dl/l
جداسازی ایزوتوپ زمینه مهم دیگری برای کاربرد فن تکفامی زیاد منبع لیزر است. از آنجا که مولکولهایی که از نظر محتوای ایزوتوپی با هم متفاوت اند، معمولا فرکانسهای جذب اندک متفاوتی دارند، با استفاده از لیزری با پهنای خط بسیار باریک، به طور گزینشی می توان مخلوطی از مواد را برانگیخت و سپس با وسایل دیگری جدا کرد. تمایل زیاد به استفاده از این کاربرد در صنایع هسته ای نامنتظره نیست.

anna_nemati

کاربر

ارسالها: 4603

#16 Posted: 29 Aug 2013 14:36

آسفالت مقاوم در برابر مواد سوختی

پژوهشگران دانشكده مهندسی عمران و محیط زیست دانشگاه صنعتی امیركبیر نوعی آسفالت مقاوم در برابر مواد سوختی ساختند.

عضو هیات علمی دانشگاه صنعتی امیركبیر گفت : یكی از عوامل تخریب كننده آسفالت در پمپ بنزین ها، پایانه ها، فرودگاه ها، پالایشگاه ها، بنادر و اسكله ها ریخته شدن مواد سوختی مانند بنزین و گازوئیل بر روی آن است. این مواد موجب تخریب زود هنگام آسفالت می شود از این رو آسفالت نیاز به بازسازی مستمر دارد كه هزینه های سنگینی را به بار می آورد.

دكتر فریدون مقدس نژاد افزود: طرح ساخت آسفالت مقاوم در برابر مواد سوختی با همكاری پزوهشگران دانشگاه امیر كبیر ارایه شده است.

همچنین شعله كاظمی فرد پژوهشگر و مخترع این طرح، اظهارداشت: پژوهش در زمینه ساخت آسفالت های مقاوم در برابر مواد نفتی از سال 1999 میلادی آغاز شده است و هم اكنون چند شركت كه اغلب در كشورهای كانادا، امریكا و آلمان هستند، این نوع آسفالت ها را تولید می كنند.

وی افزود: فرمول و دانش فنی ساخت آسفالت مقاوم در اختیار این كشور ها قرار داشته است كه محققان دانشگاه امیركبیر با بررسی 50 نمونه آسفالتی و آزمایش پلیمرهای مختلف در اصلاح نمونه های مذكور به آسفالتی با شرایط مورد نظر دست یافتند.

به گفته این محقق، این نوع آسفالت مقاوم علاوه بر ثبت اختراع ملی، در سازمان پژوهش های علمی و صنعتی ایران نیز به تایید رسیده است.(ایرنا)

anna_nemati

کاربر

ارسالها: 4603

#17 Posted: 3 Sep 2013 02:19

اكسيداسيون هيدروكربن‌ها توسط كاتاليست‌هاي نانو بلوري طلا

پژوهشگران از دانشگاه‌هاي آمريكا و انگليس براي اولين بار از نانوبلور‌هاي طلا به عنوان كاتاليست در اكسيداسيون آلكن‌ها توسط مولكول اكسيژن استفاده كردند.
اكسيداسيون هيدروكربن‌ها سبب توليد تعداد زيادي از موادي مي‌شوند كه پايه محصولاتي چون پلاستيك‌ها، شوينده‌ها، رنگ‌ها، مواد آرايشي‌، مواد شيميايي كشاورزي و داروها مي‌باشند، اما در اين فرآيند ترجيحاً از كلر يا از پراكسيدهاي آلي به عنوان يك ماده اكسيدكننده استفاده مي‌شود، ‌همچنين اين فرآيند يا بسيار گران بوده و يا محصولات جانبي سمي بوجود مي‌آورد.
هم اكنون محققاني از دانشگاه Cardiff و مركز Johnson Matthey Catalysts در انگليس و دانشگاه Lehigh آمريكا،‌ از نانوبلور‌هاي طلا به عنوان كاتاليست در اكسيداسيون آلكن‌ها توسط مولكول اكسيژن استفاده كرده‌اند. اين واكنش نيازي به حلال نداشته و در دماي 80-60 درجه سانتي‌گراد و تحت فشار اتمسفري صورت مي‌گيرد.
Graham Hutchings از دانشگاه Cardiff گفت: «ما قادريم به صورت گزينش‌پذير بعضي از آلكن‌ها را تحت شرايط ملايم بدون افزودن حلال و با استفاه از اكسيژن، به اپوكسيدها اكسيد كنيم. قبل از اين يا از اكسيژن سمي به صورت استوكيومتري استفاده مي‌شد و يا مواد گراني مانند هيدرژن به عنوان كاهنده به كار گرفته مي‌شدند. ولي اين فرآيند در توليد اپوكسيدها،‌ كه از جمله مواد شيميايي واسطه و با ارزش مي‌باشند،‌ روشي عاري از هر گونه آلودگي مي‌باشد.»
كاتاليست طلا كه روي پايه كربن قرار مي‌گيرد، شامل نانوبلور‌هاي طلا با اندازه 50 -5 نانومتر و ميانگين قطر حدود 25 نانومتر مي‌باشد.
كاتاليست يك درصد طلا بر پايه كربن با اكسيداسيون سيكلوهگزن توسط اكسيژن‌هاي مولكولي،‌ قادر است محصولاتي مانند 2-سيكلوهگزان-1-اول و 2-سيكلوهگزان-1-اون را توليد كند. دانشمندان بر اين باورند كه اين واكنش با اكسيداسيون مستقيم پيوند دو گانه كربن- كربن انجام مي‌شود.
Hutchings گفت: «چالش اصلي اين واكنش فقط توليد دي‌اكسيدكربن نمي‌باشد بلكه مي‌بايست گزينش‌پذيري مناسب نيز به دست آيد.»
اين تيم تحقيقاتي همچنين استفاده از حلال‌هاي غيرقطبي را براي اكسيداسيون آلكن‌ها در تركيب با يك آغازگر مانند هيدرژن پراكسيد يا ترسيوبوتيل‌هيدروپراكسيد مورد بررسي قرار دادند.
گزينش‌پذيري حاصل از اين واكنش‌ها براي محصولات C6 برابر 80-60 درصد و بازده واكنش برابر 30-10 درصد مي‌باشد.
توزيع و پراكندگي محصولات C6 به حلال بستگي دارد؛ حلال 1و2و3و5- تترامتيل بنزن باعث بالاترين گزينش‌پذيري يعني50 درصد براي اكسيد سيكلوهگزن شد. همچنين استفاده كمتر از كاتاليست طلا مقدار بازده محصول اكسيد سيكلوهگزن را كاهش مي‌دهد.
بر طبق اين يافته‌ها تنظيم كاتاليست‌هاي با انتخاب صحيح شرايط واكنش، امكان‌پذير مي‌باشند. اين تيم تحقيقاتي همچنين كشف كردند كه با تغيير شرايط و كاتاليست مي‌توانند بدون استفاده از حلال به اكسيداسيون انتخابي سيس- سيكلواُكتن دست يابند.
اين محققان براي اكسيداسيون آلكن‌هاي استايرن و سيس‌- استيلبن از كاتاليست نانوبلوري طلا استفاده كردند. اين كاتاليست همچنين در اكسيداسيون آلكان‌ها بكار مي‌رود و سيكلوهگزان را به سيكلوهگزانون و سيكلوهگزانول تبديل مي‌كند.
با تغيير كاتاليست طلا توسط بيسموت، گزينش‌پذيري كاتاليست براي محصولات اكسيداسيون C6 افزايش مي‌يابد. آزمايشات اوليه نيز نشان داده‌اند كه قلع، آنتيموان و سرب مي‌توانند فعاليت كاتاليستي را افزايش دهند.
Hutchings گفت: «طلا ماده كاتاليستي استثنايي در مقياس نانو بوده كه پيش‌بيني مي‌كنيم اين كاتاليست‌هاي طلا نقش ارزنده‌اي را در صنايع شيميائي در آينده‌اي نزديك ايفا خواهند كرد.
ما هم‌اكنون به شدت در حال كار بر روي اكسيداسيون گزينش‌پذير گستره وسيعي از مواد اوليه مي‌باشيم و به ويژه توجه زيادي به اكسيداسيون گزينش‌پذير هيدرژن به پراكسيدهيدرژن كرده‌ايم.»
نتايج اين تحقيقات در Nature گزارش شده است.

anna_nemati

کاربر

ارسالها: 4603

#18 Posted: 3 Sep 2013 02:19

اساس کار ------ هسته ای
شما احتمالاً در كتابهاي تاريخ خوانده‌ايد كه ------ هسته‌اي در جنگ جهاني دوم توسط آمريكا عليه ژاپن بكار رفت و ممكن است فيلم‌هايي را ديده باشيد كه در آنها بمب‌هاي هسته‌اي منفجر مي‌شوند. درحاليكه در اخبار مي‌شنويد، برخي كشورها راجع به خلع سلاح اتمي با يكديگر گفتگو مي‌كنند، كشورهايي مثل هند و پاكستان سلاح‌هاي اتمي خود را توسعه مي‌دهند.
ما ديده‌ايم كه اين وسايل چه نيروي مخرب خارق‌العاده‌اي دارند، ولي آنها واقعاً چگونه كار مي‌كنند؟ در اين بخش خواهيد آموخت كه ------ هسته‌اي چگونه توليد مي‌شود و پس از يك انفجار هسته‌اي چه اتفاقي مي‌افتد؟
انرژي هسته‌اي به 2 روش توليد مي‌شود:
1- شكافت هسته‌اي: در اين روش هسته يك اتم توسط يك نوترون به دو بخش كوچكتر تقسيم مي‌شود. در اين روش غالباً از عنصر اورانيوم استفاده مي‌شود.
2- گداخت هسته‌اي: در اين روش كه در سطح خورشيد هم اجرا مي‌شود، معمولاً هيدروژن‌ها با برخورد به يكديگر تبديل به هليوم مي‌شوند و در اين تبديل، انرژي بسيار زيادي بصورت نور و گرما توليد مي‌شود.
طراحي بمب‌هاي هسته‌اي:
براي توليد ------ هسته‌اي، به يك سوخت شكافت‌پذير يا گداخت‌پذير، يك وسيله راه‌انداز و روشي كه اجازه دهد تا قبل از اينكه ------ خاموش شود، كل سوخت شكافته يا گداخته شود نياز است.
بمب‌هاي اوليه با روش شكافت هسته‌اي و بمب‌هاي قويتر بعدي با روش گداخت هسته‌اي توليد شدند. ما در اين بخش دو نمونه از ------ هاي ساخته شده را بررسي مي كنيم:
بمب‌ شكافت هسته‌اي :
1- بمب‌ هسته‌اي (پسر كوچك) كه روي شهر هيروشيما و در سال 1945 منفجر شد.
2- ------ هسته‌اي (مرد چاق) كه روي شهر ناكازاكي و در سال 1945 منفجر شد.
------ گداخت هسته‌اي : 1- ------ گداخت هسته‌اي كه در ايسلند بصورت آزمايشي در سال 1952 منفجر شد.
بمب‌هاي شكافت هسته‌اي:
بمب‌هاي شكافت هسته‌اي از يك عنصر شبيه اورانيوم 235 براي انفجار هسته‌اي استفاده مي‌كنند. اين عنصر از معدود عناصري است كه جهت ايجاد انرژي ------ هسته‌اي استفاده مي‌شود. اين عنصر خاصيت جالبي دارد: هرگاه يك نوترون آزاد با هسته اين عنصر برخورد كند ، هسته به سرعت نوترون را جذب مي‌كند و اتم به سرعت متلاشي مي‌شود. نوترون‌هاي آزاد شده از متلاشي شدن اتم ، هسته‌هاي ديگر را متلاشي مي‌كنند.
زمان برخورد و متلاشي شدن اين هسته‌ها بسيار كوتاه است (كمتر از ميلياردم ثانيه ! ) هنگامي كه يك هسته متلاشي مي‌شود، مقدار زيادي گرما و تشعشع گاما آزاد مي‌كند.
مقدار انرژي موجود در يك پوند اورانيوم معادل يك ميليون گالن بنزين است!
در طراحي بمب‌هاي شكافت هسته‌اي، اغلب از دو شيوه استفاده مي‌شود:
روش رها كردن گلوله:
در اين روش يك گلوله حاوي اورانيوم 235 بالاي يك گوي حاوي اورانيوم (حول دستگاه مولد نوترون) قرار دارد.
هنگامي كه اين ------ به زمين اصابت مي‌كند، رويدادهاي زير اتفاق مي‌افتد:
1- مواد منفجره پشت گلوله منفجر مي‌شوند و گلوله به پائين مي‌افتد.
2- گلوله به كره برخورد مي‌كند و واكنش شكافت هسته‌اي رخ مي‌دهد.
3- ------ منفجر مي‌شود.
در ------ هيروشيما از اين روش استفاده شده بود.
روش انفجار از داخل:
در اين روش كه انفجار در داخل گوي صورت مي‌گيرد، پلونيم 239 قابل انفجار توسط يك گوي حاوي اورانيوم 238 احاطه شده است.
هنگامي كه مواد منفجره داخلي آتش گرفت رويدادهاي زير اتفاق مي‌افتد:
1- مواد منفجره روشن مي‌شوند و يك موج ضربه‌اي ايجاد مي‌كنند.
2- موج ضربه‌اي، پلوتونيم را به داخل كره مي‌فرستد.
3- هسته مركزي منفجر مي‌شود و واكنش شكافت هسته‌اي رخ مي‌دهد.
4- ------ منفجر مي‌شود.
بمبي كه در ناكازاكي منفجر شد، از اين شيوه استفاده كرده بود.
بمب‌ گداخت هسته‌اي: بمب‌هاي شكافت هسته‌اي، چندان قوي نبودند!
بمب‌هاي گداخت هسته‌اي ، ------ هاي حرارتي هم ناميده مي‌شوند و در ضمن بازدهي و قدرت تخريب بيشتري هم دارند. دوتريوم و تريتيوم كه سوخت اين نوع ------ به شمار مي‌روند، هردو به شكل گاز هستند و بنابراين امكان ذخيره‌سازي آنها مشكل است. اين عناصر بايد در دماي بالا، تحت فشار زياد قرار گيرند تا عمل همجوشي هسته‌اي در آنها صورت بگيرد. در اين شيوه ايجاد يك انفجار شكافت هسته‌اي در داخل، حرارت و فشار زيادي توليد مي‌كند و انفجار گداخت هسته‌اي شكل مي‌گيرد.در طراحي بمبي كه در ايسلند بصورت آزمايشي منفجر شد، از اين شيوه استفاده شده بود.
اثر بمب‌هاي هسته‌اي:
انفجار يك ------ هسته‌اي روي يك شهر پرجمعيت خسارات وسيعي به بار مي آورد . درجه خسارت به فاصله از مركز انفجار ------ كه كانون انفجار ناميده مي‌شود بستگي دارد.
زيانهاي ناشي از انفجار ------ هسته‌اي عبارتند از :
- موج شديد گرما كه همه چيز را مي‌سوزاند.
- فشار موج ضربه‌اي كه ساختمان‌ها و تاسيسات را كاملاً تخريب مي‌كند.
- تشعشعات راديواكتيويته كه باعث سرطان مي‌شود.
- بارش راديواكتيو (ابري از ذرات راديواكتيو كه بصورت غبار و توده سنگ‌هاي متراكم به زمين برمي‌گردد)
دركانون زلزله، همه‌چيز تحت دماي 300 ميليون درجه سانتي‌گراد تبخير مي‌شود! در خارج از كانون زلزله، اغلب تلفات به خاطر سوزش ايجادشده توسط گرماست و بخاطر فشار حاصل از موج انفجار ساختمانها و تاسيسات خراب مي‌شوند. در بلندمدت، ابرهاي راديواكتيو توسط باد در مناطق دور ريزش مي‌كند و باعث آلوده شدن موجودات، آب و محيط زندگي مي‌‌شود.
دانشمندان با بررسي اثرات مواد راديواكتيو روي بازماندگان بمباران ناكازاكي و هيروشيما دريافتند كه اين مواد باعث: ايجاد تهوع، آب‌مرواريد چشم، ريزش مو و كم‌شدن توليد خون در بدن مي‌شود. در موارد حادتر، مواد راديواكتيو باعث ايجاد سرطان و نازايي هم مي‌شوند. سلاح‌هاي اتمي داراي نيروي مخرب باورنكردني هستند، به همين دليل دولتها سعي دارند تا بر دستيابي صحيح به اين تكنولوژي نظارت داشته باشند تا ديگر اتفاقي بدتر از انفجارهاي ناكازاكي و هيروشيما رخ ندهد.

anna_nemati

کاربر

ارسالها: 4603

#19 Posted: 3 Sep 2013 02:20

انجماد آب گرم و سرد

اگر دو ظرف آب، يكي با آب °C 95 و ديگري با همان مقدار آب با دمايC ° 50 را در يك روز سرد در بيرون از اتاق بگذاريد، آب داغ سريع تر يخ مي زند. چرا؟
اين پديده به اثر Mpemba معروف است (Mpemba يك دانشجوي تانزانيايي كه اولين بار در سال 1969 اين پديده را كشف كرد.) اين اثر در هر دمايي اتفاق نمي افتد. اگر دماها ي شروع به قدر كافي بالا باشد اين پديده مشاهده مي شود.
اين موضوع تا حد زيادي بستگي به تبخير دارد، علاوه بر اين عامل هايي همچون دما، جنبش مولكول هاي آب، گازهاي محلول در آب و ... نيز مؤثرند.
در دماهاي بالا تبخير اهميت بيشتري دارد. اگر دو ظرف آب با جرم مساوي در دو دماي متفاوت قرار داده شوند، تبخير از آب گرم تر بيشتر است. و جرم آب گرم آنقدر كم مي شود كه زمان كمتري براي انجماد لازم داشته باشد. آب °C 100 هنگام سرد شدن 16 درصد جرمش را از دست مي دهد تا به دماي صفر درجه برسد و هنگام انجماد 12 درصد ديگر را از دست مي دهد كه در مجموع 26 درصد مي شود. در نتيجه سرد شدن توسط تبخير تأثير بيشتري دارد، ابتدا جرم كاهش مي يابد طوري كه سرماي كمتري نياز دارد. همچنين فرايند تبخير گرم ترين مولكول ها را از آب خارج مي كند و به مقدار قابل توجهي از انرژي جنبشي مولكول هاي باقي مانده مي كاهد.
هنگامي كه آب سرد شروع به انجماد مي كند، لايه ي نازك يخ روي سطح آب مانند يك عايق عمل كرده و لايه هاي زيرين آب را از يخ زدن سريع محافظت كرده و فرايند انجماد كندتر مي شود. اما در آب گرم، انتقال گرما سبب مي شود كه لايه ي يخ ذوب شده و آب سريع تر سرد شود. تبخير عاملي است كه اجازه مي دهد آب گرم زود منجمد شود. بخار حاصل از آب گرم بيشتر از آب سرد است پس تبخير نه تنها مقداري از جرم آب را كم مي كند و باعث مي شود مقدار كمي آب منجمد گردد، بلكه سبب مي شود دماي ظرف آب گرم به خاطر از دست دادن گرما كاهش يابد. همچنين آب گرم شديدتر از آب سرد گرما را از طريق سطح آب و ديواره هاي ظرف منتشر مي كند. تبخير يك فرايند سرد شدن است و آب گرم سريع تر تبخير
مي شود و سرعت اتلاف گرما در آن بيشتر است.
در سال 1977 مجله ي آمريكايي Scientific- خاطر نشان كرد كه گازهاي محلول در آب نيز سرعت سرد شدن آب را كم مي كنند. گرما گازهاي محلول در آب را خارج مي كند. آب نسبتاً خالص ( با گازها و ناخالصي هاي برطرف شده ) تا چند درجه زير صفر سرد شده و سپس يخ مي زند. اين پديده به نام سرماي زير نقطه ي انجماد (supercooling) شناخته شده است. آب همواره داراي مقداري گاز محلول مانند O2 و CO2 است. اين ناخالصي ها دماي انجماد را كاهش مي دهند. وقتي كه آب گرم مي شود گازها خارج مي شوند زيرا حلاليت گازها در آب گرم كم است، پس هنگامي كه آب گرم، سرد مي شود گاز محلول در آن كمتر از موقعي است كه آب سرد باشد. در نتيجه دماي انجماد بالاتر رفته و زودتر منجمد مي شود. البته جنس ظرف آب هم مؤثر است. سردشدن در يك ظرف چوبي بيشتر توسط تبخير مي باشد چون رسانايي گرمايي ضعيفي دارد. يك ظرف چوبي داراي آب °C 100 زمان كمتري نسبت به همان حجم آب در دماي اتاق لازم دارد. اما اگر ظرف فلزي باشد، از اطراف ظرف گرماي قابل ملاحظه اي منتقل شده و تبخير عامل تعيين كننده براي سرد شدن
نمي باشد.

anna_nemati

کاربر

ارسالها: 4603

#20 Posted: 3 Sep 2013 02:20

تعيين مقدار اكسيژن محلول (DO) مقدمه:
تمام موجودات زنده براي انجام متابوليسم و تهيه انرژي جهت رشد و توليد مثل نياز به اكسيژن به فرمهاي مختلف دارند. واكنشهاي هوازي داراي اهميت خاصي بوده زيرا به اكسيژن آزاد نياز دارند. تمام گازخاي موجود در هوا به مقدارهاي مختلف در آب محلولند. نيتروژن و اكسيژن بعلت حلاليت كم در آب مورد توجه مي‌باشند. زيرا با آب فعل و انفعال شيميائي انجام نداده و حلاليت آنها مستقيماً به فشار جزئي آنها بستگي دارد. حلاليت اكسيژن دردرجه حرارتهاي مختلف آب متفاوت است. مقدار حلاليت اكسيژن اتمفسر در آب نسبتاً خالص از 6/14 ميليگرم در ليتر در صفر درجه سانتيگراد تا 7 ميليگرم در ليتر در 35 درجه سانتيگراد تحت فشار 1 اتمسفر متفاوت است. اكسيژن به مقدار كم در آب محلول بوده و حلاليت آن با فشار اتمسفر و درجه حرارت متغير است. كمبود حلاليت اكسيژن در آب يكي از فاكتورهاي اصلي است كه ظرفيت تصفيه طبيعي آب را كاهش مي‌دهد. لذا تصفيه فاضلابها قبل از ورود به رودخانه‌ها ضروري مي‌گردد. اكسيژن محلول رودخانه‌ها نيز مي‌توان آلودگي آنها را كنترل نمود. اكسيژن فاكتور مهمي در ايجاد خورندگي آهن و فولاد بخصوص در سيستمهاي توزيع آب و بويلرها مي‌باشد. لذا تعيين مقدار اكسيژن محلول براي كنترل خورندگي آب به كار مي‌رود.
اساس روش اندازه‌گيري:
معمولي‌ترين روش تعيين اكسيژن محلول بر اساس آزاد كردن يد توسط اكسيژن محلول مي‌باشد. يد آزاد شده عموماً توسط يك محلول احياءكننده مانند تيوسولفات سديم اندازه‌گيري مي‌شود. چسب نشاسته خاتمه عمل را نشان مي‌دهد. نشاسته يد آزاد شده را جذب نموده و رنگ آبي ايجاد مي‌كند و هنگاميكه تمامي يد احياء گرديد محلول بيرنگ مي‌شود.
روش و نيكلر يا يد و متري روش استانداردي براي تعيين اكسيژن محلول مي‌باشد. اين روش بر اساس اكسيداسيون Mn2+ به ظرفيت بالاتر (Mn4+) در محيط قليائي توسط اكسيژن مي‌باشد. منگنز با ظرفيت چهار يون يد را در محيط اسيدي به يد آزاد اكسيده مي‌كند و مقدار يد آزاد شده كه برابر با اكسيژن محلول مي‌باشد توسط تيتزاسيون با تيوسولفات استاندارد اندازه‌‌گيري مي‌شود.
در اين روش وجود بعضي از مواد مانند نيتويتها و آهن سه ظرفيتي قابليت اكسيدكنندگي I- را به I2 دارند. و نتيجه آزمايش را زياد نشان مي‌دهد. و بر عكس مواد احياء كننده مانند S2-, So32-, Fe2+ يد را احياء كرده و به I- تبديل مي‌كنند و نتيجه آزمايش را كمتر از حد واقعي نشان مي‌دهد. بنابراين روش تصحيح نشده چنانكه اكسيژن در محيط وجود نداشته باشد با افزايش سولفات منگنز و معرف يدور قليائي (NaOH, KI) رسوب سفيد رنگ 2Mn(OH) تشكيل مي‌گردد.
Mn2+ + 2OH- Mn(OH)2
رسوب سفيد رنگ
اگر در محيط اكسيژن موجود باشد مقداري از Mn2+ به ظرفيت بالاتر اكسيده شده و رسوب قهوه‌اي رنگ Mno2 ظاهر مي‌گردد.
Mn(OH)2 + ½ O2 Mno2 + H2O
رسوب قهوه‌اي رنگ
اكسيداسيون Mn2+ به Mno2 به آهستگي انجام مي‌گيرد بدين منظور محلول تكان داده مي‌شود تا تمام اكسيژن محلول به صورت تركيب درآيد. حركت دادن محلول براي مدت حداقل 20 ثانيه لازم است در صورتيكه آب مورد آزمايش شور باشد. زمان تماس بايستي به مراتب طولاني‌تر باشد. پس از حركت دادن، نمونه را براي تركيب كامل اكسيژن در جائي ساكن گذاشته و پس از مدتي به آن اسيد سولفوريك اضافه مي‌كنند. در محيط اسيدي Mno2 يون I- را اكسيد كرده و يد آزاد مي‌كند. براي انجام واكنش بطور كامل بايستي درب بطري را بست و براي حداقل 10 ثانيه آن را حركت داد تا يد به طور يكسان در تمام محلول پخش گردد. يد حاصله را با تيوسولفات سديم استاندارد تيتر مي‌كنند.
Mno2 + 2 I- + 4H+ Mn2+ + I2 + 2H2O
I2 + 2 Na2S2o3 Na2S4O6 + 2 NaI
همانطور كه اشاره شد يون نيتريت يكي از مواد مزاحم در تعيين اكسيژن محلول مب‌باشد. يون نيتريت Mn2+ را اكسيده نمي‌كند ولي ‌I- را در محيط اسيدي به I2 اكسيد مي‌نمايد. لذا اگر نيتريت در محيط وجود داشته باشد تشخيص نقطه پاياني مشكل خواهد بود. زيرا به محض اينكه رنگ آبي معرف نشاسته و يد محو مي‌گردد نيتريتها مقداري از I- را به I2 اكسيد كرده و رنگ آبي دوباره ظاهر مي‌گردد. براي حذف دخالت نيتريتها از آز يد سديم (Nan3) استفاده مي‌شود.
NaN3 + 9H+ 3NH3 + Na+ + NH3 + NO2- + H+ N2 + N2O + H2O
HN3 + NO2- + H+ N2 + N2O + H2O
بدين طريق دخالت نيتريتها مي‌گردد.
معرفهاي لازم:
محلول سولفات منگنز: مقدار 480 گرمMnSO4.4H20 يا 400 گرم MnSO4. 2H2O و يا 364 گرم MnSO4.H2O را در آب مقطر حل كرده و حجم آن را به يك ليتر برسانيد.
معرف يدور و آز يد قليائي: مقدار 500 گرم از NaOH را با 150 گرم يدور پتاسيم در آب مقطر حل كرده و حجم آن را به يك ليتر برسانيد. به آن مقدار 10 گرم آز يد سديم كه در 40 سي سي آب مقطر حل شده اضافه كنيد.
- اسيد سولفوريك غليظ
- نشاسته: 2 گرم نشاسته و 2/0 گرم اسيد ساليسيليك را در 100 سي سي آب مقطر گرم حل كنيد.
- سديم تيوسولفات استاندارد M 025/0: 205/6 گرم از Na2S2O3. 5H2O را در آب مقطر جوشيده سرد شده حل كرده به آن 4/0 گرم سود افزوده و در بالن ژوژه يك ليتري به حجم برسانيد. اين محلول را در مقابل محلول استاندارد 025/0 نرمال بيكرمات پتاسيم و يا بي يدات پتاسيم استاندارد كنيد.
روش كار:
به نمونه مورد آزمايش كه در بطريهاي 250 سي‌سي يا 300 سي‌ سي جمع‌آوري شده مقدار 1 سي سي محلول سولفات منگنز و 1 سي سي معرف يدور و آزيد قليائي اضافه كنيد. سپس درب بطري را با دقت بسته چندين بار آن را تكان داده تا رسوب هيدروكسيد منگنز ظاهر گردد. بعد از ته‌نشين شدن رسوب مقدار 1 سي سي اسيد سولفوريك غليظ به آن افزوده و آن را مخلوط كنيد تا رسوب بطور كامل حل شود، 200 سي سي از محلول فوق را در يك ارلن ريخته و با تيوسولفات N 025/0 تا رنگ زرد كم رنگ تيتر كنيد. سپس چند قطره چسب نشاسته به آن افزوده و تيتراسيون را تا بي رنگ شدن محلول ادامه دهيد. حجم تيوسولفات مصرفي را يادداشت كنيد. با استفاده از معادله‌هاي واكنش مقدار اكسيژن محلول نمونه را بر حسب ميليگرم در ليتر محاسبه كنيد.

صفحه 2 از 10: « پیشین 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 پسین »

علم و دانش /

مقالات شیمی

برای دسترسی به این قسمت میبایست عضو انجمن شوید. درصورتیکه هم اکنون عضو انجمن هستید با استفاده از نام کاربری و کلمه عبور وارد انجمن شوید. در صورتیکه عضو نیستید با استفاده از این قسمت عضو شوید.

↑ بالا