دانلود رایگان


محاسبه انرژی آزاد شده در واپاشی آلفا و شکافت هسته - دانلود رایگان



دانلود رایگان در این رساله مدل های هسته ای مطرح و نقاط قوت و ضعف این مدل ها در توجیه این خواص مورد توجه و بررسی قرار گرفته است . با استفاده از مدل کوارک- گلوئونی انرژی آ

دانلود رایگان
محاسبه انرژی آزاد شده در واپاشی آلفا و شکافت هسته ای با استفاده از مدل شبه کوارکی هسته...چکیده
در این رساله مدل های هسته ای مطرح و نقاط قوت و ضعف این مدل ها در توجیه این خواص مورد توجه و بررسی قرار گرفته است . با استفاده از مدل کوارک- گلوئونی انرژی آزادشده در واپاشی آلفا و شکافت هسته ای محاسبه شد و نتایج بدست آمده با داده های تجربی و مدل قطره مایع مقایسه شد.لازم به ذکر است که پیش از این بر اساس مدل کوارک- گلوئونی اعداد جادویی بدست آمده و عدد جادویی 184 هم پیش بینی شده است و همچنین فرمولی ساده و متقارن برای انرژی بستگی هسته که تابع هسته می باشد ، بدست آمده است. با توجه به نتایج بدست آمده ، این تحقیق را می توان پژوهشی در زمینه فیزیک ذرات بنیادی و فیزیک هسته ای توصیف کرد .
فهرست مطالب
فصل اول : مقدمه
فصل دوم: مدل های هسته ای
فصل سوم : پدیده شناسی هسته ای
فصل چهارم: مدل کوارکی
فصل پنجم : نتیجه گیری و پیشنهادات
فهرست منابع و ماخذ.......................................................................................................................55
فهرست شکل ها
عنوانصفحه
235.......................................................................................................34
فهرست جدول ها
عنوانصفحه
فصل اول
مقدمه
مقدمه
امروزه علم امواج و الکترونیک آنقدر پیشرفت کرده است که ما بتوانیم اتفاقات به وقوع پیوسته در بعضی از نقاط جهان را ثبت کنیم و چقدر خوب بود اگر اتفاقات پس از مهبانگ در گوشه ای از عالم هستی ثبت می شد. در این صورت بشر می توانست به هزاران سوالی که امروز فکرش را مشغول کرده است جواب بدهد.ماهیت شرایط ترمودینامیک یا فیزیک سوپ کوارک گلوئونی پس از مهبانگ، شرایط تشکیل ذرات بنیادی موجود در این سوپ، تعادل تابش با انرژی و ماده ،تعداد ذرات بنیادی، خواص ذرات عامل شکل گیری این سوپ و اجزای آن و تشکیل هسته ها گوشه ای از ابهاماتی است که ذهن فیزیکدانان ذرات بنیادی را به خود مشغول کرده است.این سوال ها و سوالاتی دیگر مانند اینکه آیا ما تمام ذرات بنیادی را شناخته ایم و یا ممکن است تعداد دیگری ذرات بنیادی وجود داشته باشد که هنوز نتوانسته ایم آنها را آشکارسازی نماییم و یا ذرات کاندیدای ماده تاریک ،ذهن فیزیکدانان را به خود مشغول کرده است.از طرفی فیزیکدانان خیلی مشتاق هستند تا یک نمونه آزمایشگاهی از مهبانگ بسازند تا شاید بتوانند به بعضی از سوالات مذکور جواب دهند.
1-2-تلاش های تجربی در زمینه شناخت پلاسمای کوارک-گلوئونی
یکی از دلایل پیشرفت و دست یابی به بعضی از تکنولوژی های جذاب و مفید در زندگی ،مطالعه و شناخت دقیق یک پدیده طبیعی و سپس نمونه سازی آن در راستای کاربرد نمونه در زندگی بشر می باشد.اما تعدادی از پدیده های طبیعی به دلیل شرایط سخت فضا-زمان قابل آزمایش و تجربه نیستند و یا ممکن است تجهیزات زیادی برای انجام آزمایش نیاز داشته باشند.در مواردی همزمان انجام آزمایش آنقدر کوچک است که ثبت نتایج امکان پذیر نمی باشد.بی شک شبیه سازی مهبانگ در آزمایشگاه کار ساده ای نیست،چون باید در یک بازه زمانی بسیار کوچک، انرژی، دما و چگالی فوق العاده زیادی در یک نقطه خلق شود که اولا تجربه بسیار دشواری است و ثانیا ثبت اطلاعات و نتایج آزمایش هم کار آسانی نخواهد بود.اما برای نخستین بار در سال 1984 دانشمندان آزمایشگاه برکلی و آزمایشگاه GSI در بوالاک آلمان اقدام به چنین آزمایشی کردند.آنها سعی کردند با متراکم کردن هسته تا دما و چگالی بالا پلاسمای کوارک گلوئونی را تولید کنند.هرچند که بعضی از پژوهشگران اعتقاد دارند که به این روش نمی توان به پلاسمای کوارک گلوئونی رسید.شاید از نظر آنها شرایط فیزیکی ایجاد شده در آزمایشگاه های بوالاک و برکلی از نظر چگالی، انرژی و دما در حد شرایط مهبانگ نمی باشد.اما با وجود این مخالفت ها گروهی از دانشمندان ناامید شده و سعی و تلاش خود را در این زمینه ادامه دادند.در سال 2000 گزارش رسیده از آزمایشگاه سرن CERN حاکی از آن بود که طبق اطلاعات بدست آمده از یک آزمایش در انرژی به مراتب بالاتر از انرژی آزمایشگاه برکلی، کوارک ها در پیکربندی جداگانه به نام پروتون و نوترون قرار ندارند بلکه درون هسته به طور آزادانه مانند محتویات یک سوپ قرار گرفته اند[1]. پژوهشگران سرن گزارش دادند که به کمک یک باریکه از هسته های سرب با انرژی بالا ، دمایی فوق العاده داغ و به مراتب داغتر از دمای مرکز خورشید ایجاد کرده اند و توانستند در مرکز این برخوردها ،گلوله های آتشین با انرژی بسیار زیاد تولید کنند.در این آزمایش یک حالت سوپ مانند از ماده ایجاد شد که همان پلاسمای کوارک گلوئونی می باشد.از طرفی قبلا در سال 1986 گزارشاتی در مورد ایجاد این سوپ یا پلاسمای کوارک گلوئونی داده شده بود، تا اینکه در سال 2003 محققین() در آزمایشگاه ملی بروکهون اعلام کردند که آن حالتی از ماده که در سرن ایجاد شد پلاسمای کوارک گلوئون نبوده بلکه یک مرحله قبل از تشکیل آن بوده است.در این آزمایشگاه به جای سرب از هسته طلا استفاده شد و انرژی آن 10 برابر انرژی آزمایش هسته ای با سرب در بود.سرانجام در سال 2005 در آمریکا نتایج آزمایشگاهی گروه های مختلف در اعلام شد که این نتایج وجود یک پلاسمای کوارک گلوئونی را تایید کرد[2] .لازم به ذکر است نتایج تجربی با پیش بینی تئوری های مطرح شده در این مورد کاملا هماهنگی لازم را داشته است .
آنها اعلام کردند که این ماده مانند یک سوپ مایع تشکیل شده از کوارک و گلوئون می باشد و نمی تواند حالت گازی شکل داشته باشد.بنابراین می توان گفت قبل از تشکیل هادرونها و ادامه آن تشکیل هسته ها ،حالت ماده ماقبل یک سوپ از کوارک و گلوئون های آزاد بوده که با سرد شدن دما ، شرایط تشکیل هادرونها و سپس هسته ها ایجاد شده است.هم اکنون در سرن و دیگر آزمایشگاه های جهان که شرایط انجام چنین آزمایشهایی را دارند تلاش در این زمینه ادامه دارد.امید بر این است که با پیشرفت علم و تکنولوژی پژوهشگران بتوانند شناخت بیشتری از حالت پیش زمینه تشکیل هادرونها و هسته ها بدست آورند.
1-3-تاریخچه فیزیک هسته ای
سرآغاز فیزیک هسته ای را می توان کشف مواد رادیواکتیو توسط بکرل در سال 1896 وبا ظهور نظریه رادرفورد مبنی بر وجود هسته در اتم در سال 1911 در نظر بگیریم.در هر صورت به روشنی معلوم است که دانش تجربی و نظری فیزیک هسته ای نقش برجسته ای در توسعه علم فیزیک در قرن بیستم ایفا کرده است.
از طرفی دانش فیزیک هسته ای تکنیک هایی را در اختیار بشر گذاشته است که در زمینه های علمی دیگر از جمله در فیزیک اتمی ، حالت جامد ، پزشکی ، صنایع دفاعی و... کاربرد وسیعی پیدا کرده است.
پژوهش های آزمایشگاهی فیزیک هسته ای را می توان برای درک مسائل گوناگونی مانند برهمکنش کوارک ها ، مراحل تکامل جهان پس از انفجار بزرگ و... به کار برد.اما باید یادآور شد که هنوز در فیزیک هسته ای یک مدل ممتاز و منحصر به فرد برای توجیه تمام خواص و پدیده های جالب هسته ای وجود ندارد.اکثرا مجبوریم پدیده های متنوع هسته ای را با مدل های متفاوت هسته ای توجیه کنیم.حتی برخی از اصولی ترین مسائل فیزیک هسته ای مانند ماهیت دقیق نیروهای هسته ای تا حدودی ناشناخته مانده است.تعدادی از محققین اعتقاد دارند با توجه به اینکه پس از مهبانگ و قبل از تشکیل هسته ها ، جهان از یک پلاسمای کوارکی با دمای بالا اشغال شده بود ، سپس با پایین آمدن دما ، هسته ها تشکیل شدند.
1-4-پیشینه تاریخی فیزیک هسته ای
کوشش برای درک ماهیت اساسی ماده را به دموکرتیوس از فیلسوفان یونان باستان نسبت می دهند.او که در قرن چهارم پبش از میلاد می زیست ، اعتقاد داشت که هر نوع ماده را می توان به اجزای کوچک و کوچکتر تقسیم کرد. تا آنکه به ذره ای برسیم که تجزیه آن امکان پذیر نباشد.دموکرتیوس این جزء کوچک ماده را که با چشم غیر قابل رویت بود ، ذره بنیادی سازنده ماده می دانست.این تفکر سالها به عنوان یک اندیشه فلسفی در افکار مردم می چرخید ، تا اینکه در ابتدای قرن نوزدهم ، دانشمندان علوم تجربی به تحقیق در این زمینه پرداختند.آن تفکر فلسفی به یک نظریه علمی برجسته تبدیل شد.دالتون- آووگادرو و فارادی از جمله شیمیدانان برجسته ای بودند که به پیشگامان این تفکر علمی معروف شدند و در نهایت با تعیین جدول تناوبی مندلیف این تفکر علمی را به یک فکر سازمان یافته تبدیل کردند.از طرفی خواص بنیادی تک تک اتمهای عناصر گوناگون را باید گروهی دیگر از فیزیکدانان دنبال می کردند که امروزه به شاخه فیزیک اتمی معروف شده اند.این مطالعات در سال 1896 توسط بکرل با کشف خاصیت رادیواکتیو در برخی اتمها و سپس در سال 1898 توسط پیر کوری و همسرش ماری کوری با شناسایی مواد رادیو اکتیو دیگری ادامه پیدا کرد.با استفاده از این خواص در ادامه نوبت به رادرفورد رسید که از خواص پرتوها استفاده کرده تا برعکس بتواند ساختار اتمها را مطالعه و بررسی کند.در طی همین پژوهش و تحقیق ها رادرفورد توانست در سال 1911 وجود هسته را در اتمها اعلام کند. تایید فرضیه وجود هسته از طریق آزمایش های گایگر و مارسدن شاخه جدیدی از فیزیک به نام فیزیک هسته ای را بنا نهاد.نهایتا در سال 1932 با کشف نوترون توسط چادویک ، فیزیک هسته ای جایگاه مستحکم و روشن خود را در جهان پیدا کرد.
در ادامه فرضیه وجود ذرات بنیادی مانند کوارک ها (1950-1940) باعث ظهور نظریه ذرات بنیادی شد که می توان آنها را سنگ بنای ذرات هسته ای در نظر گرفت.به هر حال امروز پس از گذشت یک قرن هنوز تحقیق و پژوهش در زمینه فیزیک هسته ای آنقدر از نظر کاربردی شیرین و جذاب می باشد که ذهن تعداد زیادی از پژوهشگران دنیای علم و صنعت را به خود مشغول کرده است.بر اساس نظریه مهبانگ ثانیه های پس از انفجار اولیه ، هادرون سازی پروتون و نوترون شروع شد و با کاهش دما از درجه کلوین به درجه کلوین که در حدود 3 دقیقه پس از انفجار اولیه رخ داد، فرآیند هسته سازی () شروع و هسته های سبک تا لیتیوم و برلیوم () تشکیل شدند. می توان گفت این اولین فرآیند هسته سازی در جهان بوده است.در مرحله بعدی هسته ها سنگین تر مانند کربن ، اکسیژن و ... با استفاده از هم جوشی هسته ای در ستاره ها به وقوع می پیوندند.
ایده های اولیه در مورد هسته سازی به عناصر شیمیایی تولید شده در آغاز جهان برمی گردد ، اما در این زمینه هیچ نظریه موفقی ثبت نشده است.ادینگتون اولین کسی بود که در سال 1920 پیشنهاد کرد که انرژی ستارگان را فرآیند همجوشی هیدروژن و تولید هلیم تامین می کند ، اما به دلایل ناکافی بودن مکانیسم های هسته ای به طور عام پذیرفته نشد.در ادامه هانس بتا قبل از جنگ جهانی دوم برای اولین بار مکانیسم های هسته ای از هم جوشی هسته ای هیدروژن به هلیوم را فرمول بندی کرد[3,4].
اما هیچکدام از این کارها توجیهی برای انرژی ستارگان و منشا هسته های سنگین تر از هلیوم ارائه نکردند.بحث های مقدماتی فرد هویل در مورد فرآیند هسته سازی هسته های سنگین تر در ستارگان بعد از جنگ جهانی دوم مطرح شد[5]. این بحث ها به تولید عناصر سنگین تر در ستارگان در طول تحول هسته ای مربوط می شود.
پژوهش هویل چگونگی توزیع فراوانی عناصر را با افزایش سن کهکشانها نشان می دهد.در سال 1957 مقاله ای مشهور توسط ای-ام بربیج ،جی.آر.بربیج، فولر و هویل که در آن پروسه های جدیدی برای تبدیل هسته های سنگین به دیگر هسته ها را در ستارگان مطرح می کرد، منتشر شد.این فرآیندها می توانست توسط دانشمندان اختر فیزیک و نجوم سندیت پیدا کند.اخیرا هم با استفاده از فرآیندهای گوناگون مانند کشش سطحی هسته ای و تئوری چگالی هسته ای در یک محیط پلاسمای نوکلئونی ، برای توجیه و محاسبه شرایط تشکیل هسته ها در عالم نخستین و ستارگان پژوهش هایی انجام شده است. [6-10]
به هر حال ضمن ارج نهادن به تلاش و تحقیقات دانشمندان فیزیک هسته ای و ذرات در طول یک قرن گذشته و روشن شدن تعداد زیادی از نقاط تاریک خواص هسته ها ، به نظر می رسد هنوز هم نقاط تاریک زیادی وجود دارد که باید با تلاش و تحقیقات پژوهشگران امروز و نسل فردای این شاخه از فیزیک روشن شوند.
در فصل دوم ، مدل های هسته ای موجود مثل مدل قطره مایع ، مدل لایه ای و ... را بررسی می کنیم که هر مدل تنها قادر به توضیح بخشی از دانش تجربی ما راجع به هسته می باشد .
در فصل سوم ، به بررسی پدیده شکافت هسته ای و واپاشی آلفا در مدل های موجود می پردازیم.
در فصل چهارم ، مدل شبه کوارکی و موفقیت هایی که این مدل تاکنون بدست آورده است را تبیین کرده و به محاسبه و مقایسه ی انرژی آزاد شده در شکافت هسته ای و واپاشی آلفا در مدل شبه کوارک و مدل های پیشین می پردازیم .
در فصل پنجم به نتیجه گیری پرداخته و پیشنهادهایی را برای کار در این زمینه مطرح می کنیم .



دریافت فایل
جهت کپی مطلب از ctrl+A استفاده نمایید نماید




انرژی آزاد شده


واپاشی آلفا


شکافت هسته ای


دانلودپایان نامه


word


مقاله


پاورپوینت


فایل فلش


کارآموزی


گزارش تخصصی


اقدام پژوهی


درس پژوهی


جزوه


خلاصه