عنوان :
مقاله فیزیک مدرن
تعداد صفحات :۳۰
نوع فایل : ورد و قابل ویرایش
چکیده
نارساییهای فیزیک کلاسیک، تقریبا همزمان با پیشرفتهای سریع آن ظاهر شد و چون دانشمندان با تئوریهای موجود نتوانستند این اشکالات را برطرف کنند به جستجوی کشف علت برآمدند و سرانجام با ابداع تئوریهای جدید ، فیزیک مدرن را پی افکندند اساس فیزیک مدرن بر تئوری نسبیت و تئوری کوانتمی قرار دارد .
با تغییراتی که در محدوده عمل هر یک از بخش های فیزیک کلاسیک صورت گرفت و نیز با توجه به پایه های تئوری و کاربردهای جدید ، فیزیک به بخش های جدیدی تقسیم شد .
این بخش ها عبارتند از :
فیزیک ذرات بنیادی ۲- فیزیک هسته ای ۳- فیزیک اتمی و مولکولی ۴- فیزیک پلاسما و شاره ها
۵- فیزیک حالت جامد ۶- فیزیک ستاره ها و سیاره ها ۷- صوت ۸- اپتیک (نور ) موضوع این تحقیق درباره فیزیک هسته ای است مطالعه هسته اتم نشان می دهد که ذرات سنگین درون هسته (پروتونها و نوترونها) مشابه الکترونها بر روی مدار مشخصی قرار دارند . مطالعه در مشخصات هسته اتم ، عده ذرات تشکیل دهنده هسته انرژی پیوند میان این ذرات ، انرژی هسته ای ، راکتورهای اتمی ، بمب های اتمی و هیدروژنی ، رادیواکتیویته طبیعی و مصنوعی موضوع فیزیک هسته ای است .
در هر واکنش شیمیایی ، باز آرایش اتم ها در مولکولها به شکل گیری مولکولهای جدید می انجامد به همین ترتیب ،در واکنش هسته ای ، باز آرایش پروتونها و نوترونها در هسته ها به تشکیل هسته های جدید منجر می شود تشکیل هسته های جدید به این گونه یکی از تغییر حالتهای عناصر به شمار می آید مثلا در واکنش ® بریلیم به کربن تبدیل می شود به این ترتیب فیزیکدانان هسته ای رویای کیمیاگران را برای تبدیل عناصر به عالم واقع تعبیر کردند تقریبا تمام ایزوتوپهای ناپایدار از طریق تبدیل های هسته ای در فرآیند های مصنوعی تولید شده اند . تعداد زیادی از این ایزوتوپها کاربردهای مهم صنعتی و پزشکی دارند به علاوه ، تمام عناصر سنگین تر از پلوتونیم ، به کمک تبدیل های مصنوعی تولید شده اند ، این عناصر به طور طبیعی وجود ندارند .
واژه های کلیدی: فیزیک هسته ای، ایزوتوپها، واپاشی، شکافت، همجوشی هسته ای
فهرست مطالب
فیزیک چیست
مقدمه
ساختار هسته ای
ایزوتوپها
اندازه و شکل هسته
نیروی « قوی »
تشدید مغناطیسی هسته NMR
تبدیل های هسته ای
واپاشی پرتوزا
واپاشی آلفا
واکنش های هسته ای انرژی
پایین ؛ هسته مرکب
شکافت
واکنش های زنجیره ای
همجوشی هسته ای
خلاصه
منابع و مأخذ
منابع و مأخذ :
فیزیک نوین ؛ نویسنده هانس سی . اهانیان
فیزیک و نام آوران آن ؛ نویسنده اسفندیار معتمدی
فیزیک چیست :
هدف علم هرگز اثبات و « حقایق تغییر ناپذیر » و تثبیت « عقاید قطعی و ابدی » نیست . علم
می کوشد گام به گام به واقعیت نزدیکتر شود و به تدریج درهای بسته گنجینه اسرار طبیعت را به روی آدمی بگشاید و پرده های ابهام را یکی پس از دیگری پاره کند ، تا بلکه به قله معرفت « ممکن » تقرب بیشتری حاصل نماید . بدون آنکه در هیچیک از مراحل تکامل خود مدعی بر « صحت کامل و نهایی» باشد . برتراندراسل
عالی ترین هدف دانشمند فیزیک ، کشف آن قوانین کلی و اساسی است که به صورت منطقی ، می توان با آنها تصویری از جهان ساخت . آلبرت انیشتین
مقدمه :
فیزیک مدرن چیست ؟
نارساییهای فیزیک کلاسیک، تقریبا همزمان با پیشرفتهای سریع آن ظاهر شد و چون دانشمندان با تئوریهای موجود نتوانستند این اشکالات را برطرف کنند به جستجوی کشف علت برآمدند و سرانجام با ابداع تئوریهای جدید ، فیزیک مدرن را پی افکندند اساس فیزیک مدرن بر تئوری نسبیت و تئوری کوانتمی قرار دارد .
فیزیک مدرن شامل چه بخشهایی است ؟
با تغییراتی که در محدوده عمل هر یک از بخش های فیزیک کلاسیک صورت گرفت و نیز با توجه به پایه های تئوری و کاربردهای جدید ، فیزیک به بخش های جدیدی تقسیم شد .
این بخش ها عبارتند از :
۱- فیزیک ذرات بنیادی ۲- فیزیک هسته ای ۳- فیزیک اتمی و مولکولی ۴- فیزیک پلاسما و شاره ها
۵- فیزیک حالت جامد ۶- فیزیک ستاره ها و سیاره ها ۷- صوت ۸- اپتیک (نور ) موضوع این تحقیق درباره فیزیک هسته ای است مطالعه هسته اتم نشان می دهد که ذرات سنگین درون هسته (پروتونها و نوترونها) مشابه الکترونها بر روی مدار مشخصی قرار دارند . مطالعه در مشخصات هسته اتم ، عده ذرات تشکیل دهنده هسته انرژی پیوند میان این ذرات ، انرژی هسته ای ، راکتورهای اتمی ، بمب های اتمی و هیدروژنی ، رادیواکتیویته طبیعی و مصنوعی موضوع فیزیک هسته ای است .
ساختار هسته ای :
از آزمایش رادرفورد درباره بمباران اتم ها توسط ذرات آلفا و آزمایشهای مشابه دیگر در مورد پراکندگی پی بردیم که هسته اتم بسیار کوچک در حدود یک ده هزارم خود اتم است ولی تقریبا تمامی جرم اتم در همین هسته با همه کوچکی متمرکز است معنی این گزاره آنست که چگالی ماده هسته ای بسیار زیاد تقریبا Kg/m 31017*2 است بنابر تحقیقات موزلی هر هسته با عدد اتمی Z شامل Z بار مثبت است ، یعنی ، چگالی بار میانگین در ماده هسته ای نیز بسیار بزرگ است – تقریبا ۱۰۲۵ کولن برمترمکعب .
می دانیم که هسته از پروتون و نوترون هایی تشکیل یافته است اگر نیروی ربایشی دیگری برای نگهداشتن پروتونها در کنار هم وجود نداشت ، نیروی رانشی کولنی بین آنها هسته را از هم می پاشاند این نیروی اضافه را نیروی هسته ای یا نیروی « قوی » می گویند برای دو پروتون مجاور هم در داخل یک هسته ، این نیرو ۱۰۰ بار قویتر از نیروی رانشی کولنی است این نیروی قوی درست به همان صورت که نیروی کولنی بر دینامیک ا لکترونهای اتم حاکم است بر دینامیک پروتونها و نوترونهای هسته‌حاکم است . به علت قدرت بیشتر نیروی قوی انرژی برانگیختگی حالتهای هسته ای خیلی از انرژیهای برانگیختگی حالتهای اتمی بیشترند . اختلاف انرژی بین حالتهای اتمی به یک تا چند ev می رسد ، در حالی که اختلاف انرژی بین حالتهای هسته ای به یک تا چند Mev سر می زند . گذر بین حالتهای اتمی به گسیل نور مرئی یا پرتوهای X منجر می شود در حالیکه گذر بین حالتهای هسته ای به گسیل پرتوهایg
می انجامد .
متاسفانه ، نیروی قوی را نمی توان با هیچ فرمول ساده ای مانند فرمول (مربوط به قانون کولن یا قانون گرانش نیوتن) توصیف کرد ، رفتار آن به صورت تابعی از فاصله فقط به طور ناقص شناخته شده است در نتیجه ، فیزیکدانان هسته ای نمی توانند حالتهای ایستای مربوط به هسته را از اصول اولیه ، به همان روشی که فیزیکدانان اتمی حالتهای اتم را محاسبه می کنند بدست آورند . در عوض فیزیکدانان هسته ای اغلب به مدلهای نظری برای هسته ،مانند مدل قطره مایع یا مدل پوسته ای تکیه می کنند . این مدلها کاریکاتورهای دنیای حقیقی به شمار می آیند . این مدل ها تصاویری نظری طرحواره ای اند که بخشی از واقعیت را در بر می گیرند و برخی جنبه های ساختار هسته ای را توضیح می دهند ، اما توضیح جامع از همه جنبه های حقیقت از آنها برنمی آید.
ایزوتوپها
هر گاه جرم اتم های یک نمونه شیمیایی خالص از عنصری را توسط طیف سنج جرمی اندازه گیری کنیم ، پی می بریم که چنین نمونه شیمیایی خالص آمیزه ای از اتم ها با جرم های متفاوت است .اتم هایی را که از نظر شیمیایی یکسانند ولی جرم های متفاوت دارند ایزوتوپ می نامند . مثلا ، نئون دارای دوازده ایزوتوپ با علامتگذاریهایی به این شرح است : Ne16 و Ne17 و Ne18 و Ne19 و Ne20 و Ne21 و Ne22 و Ne23 و Ne24 و Ne25 و Ne26 و Ne27 ، که جرمشان در گستره ۰۳/۱۶ تا۰۱/۲۷ یکای جرم اتمی قرار دارد شاخص بالا در سمت چپ ، عدد جرمی نامیده می شود این عدد برابر جرم بر حسب یکای اتمی است ، که به نزدیکترین عدد صحیح گرد شده است (به عبارت دقیقتر ، این شاخص بالا برابر مجموع تعداد پروتونها و نوترونهای موجود در هسته است ) نمونه های طبیعی نئون شامل آمیزه ای از ایزوتوپهای (۹۲/۹۰% ) Ne20 ، (۲۵۷/۰% )Ne ۲۱ ،(۸۲/۸% ) Ne 22 است .سایر ایزوتوپهای نئون در طبیعت وجود ندارند ، این ایزوتوپها بسیار ناپایدارند و فقط می توان آنها را بطور مصنوعی و از طریق تبدیل عناصر ، یا «کیمیاگری» هسته ای در راکتورهسته ای یا شتاب دهنده ، تولید کرد . صفت ممیزه مشترک ایزوتوپهای Ne 20 و Ne 22 این است که از میان تمامی عناصر شیمیایی ، نخستین ایزوتوپهای کشف شده به شمار می آیند . این ایزوتوپها را ج . ج . تامسون در سال ۱۹۱۲ یا طیف سنج جرمی شناسایی کرد و اندک زمانی پس از آن ، آستون طی آزمایشهای پردردسر بخش آنها را از هم جدا کرد . دانشمندی بنام چادویک با اندازه گیری انرژی
هسته های خارج شده ، به محاسبه جرم نوترون توفیق یافت . این کشف به پیدایش تصویر جدید هسته انجامید . هسته تشکیل شده است ازZ پروتون وA-Z نوترون . نوترونها ذراتی ناپایدارند . یک نوترون آزاد بطور خودبخودی در مدت تقریبا ۱۵ دقیقه وا می پاشد ، به یک پروتون تبدیل می شود و یک الکترون و یک پادنوترینو می آفریند n® p+e+
این واکنش را واپاشی b می نامند زیرا شامل بیرون انداختن یک الکترون ، یا ذره –b است .
اندازه و شکل هسته
اولین اندازه گیریهای مربوط به ابعاد هسته حاصل کار رادرفورد است ، که پی برد پراکندگی یک ذره توسط یک هسته نسبت به برآورد قانون کولن به ازای مقادیر خیلی کوچک پارامتر برخورد ، اختلاف چشمگیری نشان می دهد . تعبیر رادرفورد به درستی به این ترتیب بود که این انحراف ها ناشی از تماس بین ذره آلفا و هسته است و شعاع تقریبی ۱۵-۱۰*۳ را برای هسته آلومینیوم به دست آورد از زمان رادرفورد تاکنون آزمایشهای پراکندگی جامع فراوانی انجام شده است که طی آنها ثابت شده است که شعاع هسته با متناسب است
که در اینجا r0 =1/2 * 10-15 m است .
جامعترین آزمایشهای پراکندگی در سالهای ۱۹۵۰ توسط هوفستاتر و دستیارانش انجام شد در این آزمایشها نه تنها شعاع هسته را تعیین کردند بلکه چگالی باردر داخل هسته را نیز مورد برسی قرار دادند الکترون برای کاوش چگالی بار داخل هسته بسیار مناسب است زیرا میدان نیروی هسته ای را لمس نمی کند الکترون تنها نیروی الکتریکی وارد از سوی پروتون را لمس و به آسانی به داخل هسته نفوذ می کند شکل ۱ چگالی بار را برای بعضی هسته های معمولی بصورت تابعی از فاصله شعاعی نشان می دهد
پراکندگی نوترون و پروتون هم به ساختار داخلی خودشان مربوط است و هم به ساختار هسته بستگی پیدا می کند . فرض کردیم که هسته ها کروی هستند این مطلب در مورد اغلب هسته ها صادق است ولی بعضی هسته ها بیضی وارند که اختلاف بین قطر بزرکتر و قطر کوچکتر آن به حدود ۲۰% می رسد مثلا در شکل (۲) ایزوتوپ Lu 176 نشان داده شده است
نیروی « قوی»
از آنجا که پروتونها در داخل هسته در فاصله کمی از همدیگر قرار دارند ، نیروی رانشی کولنی بین آنها خیلی بزرگ است . برای آنکه هسته در حالت تعادل قرار گیرد این نیرو را باید یک نیروی ربایشی دیگر، نیروی هسته ای یا نیروی « قوی » خنثی کند این نیرو در قویترین حالت خود از نیروی کولنی خیلی قویتر است ، مثلا دو پروتون ، به فاصله به مرکز fm 2 نیروی رانشی کولنی N 6 در حالی که نیروی ربایشی قوی در حدود N 103*2 است ولی نیروی قوی فقط در گستره محدودی قوی است در فواصلی بیشتر ازfm 3 نیروی قوی سریعا به صفر می رسد یکی از جنبه های مهم نیروی قوی ، استقلال آن از بار است : نیروی موثر بین دو نوکلئون از این که آنها دو پروتون ، دو نوترون و یا یک پروتون یا یک نوترون باشند مستقل است جنبه دیگر آن وابستگی به اسپین است نیروی بین دو نوکلئون با اسپین موازی نسبت به نیروی بین دو نوکلئون با اسپین پاد موازی ، قویتر است
نیروی قوی نیروی چند جسمی است یعنی نیروی بین دو نوکلئون در یک هسته به موقعیت تمام نوکلئونهای مجاوردیگر بستگی دارد ساده ترین سیستمی که می توانیم در آن کنش نیروی قوی را مطالعه کنیم دوترون ، هسته اتم دوتریم ( H 2 یا D 2 )[1] است که از یک پروتون و یک نوترون مقید به یکدیگر تشکیل شده است
تشدید مغناطیسی هسته NMR
[۱] دوتریم را اولین بار هاراُلداُری ( Harold Uery ) ، ۱۸۹۳ – شیمیدان آمریکایی ، استاد دانشگاههای کلمبیا و شیکاگو ، جدا کرد . وی بخاطر این کار به در یافت جایزه نوبل ۱۹۳۴ نائل آمد .
جهت دریافت و خرید متن کامل مقاله و تحقیق و پایان نامه مربوطه بر روی گزینه خرید انتهای هر تحقیق و پروژه کلیک نمائید و پس از وارد نمودن مشخصات خود به درگاه بانک متصل شده که از طریق کلیه کارت های عضو شتاب قادر به پرداخت می باشید و بلافاصله بعد از پرداخت آنلاین به صورت خودکار لینک دنلود مقاله و پایان نامه مربوطه فعال گردیده که قادر به دنلود فایل کامل آن می باشد .
