تبلیغات
The Medical Radiation Engineering - مطالب Acceleratorsشتابدهنده ها
 
The Medical Radiation Engineering
Nuclear for peace...
درباره وبلاگ



مدیر وبلاگ : مهدی
مطالب اخیر
آرشیو وبلاگ
نویسندگان
چهارشنبه 26 اردیبهشت 1386 :: نویسنده : Amir

بتاترون    Betatron

اصول کار بتاترون براین مبناست که الکترون ها در یک میدان مغناطیسی متغیر در یک مدار دایره ای شتاب پیدا می کنند.
تیوب شتاب دهنده به صورت یک فندق تو خالی می باشد که بین دوقطب یک مگنت متناوب واقع است. در لحظه شروع جریان متغیر یک پالس الکترونی به داخل محفظه خلاء، به وسیله تزریق کننده الکترونی تزریق می شود.
با افزایش میدان مغناطیسی، الکترون ها شتاب پیدا نموده و اطراف محفظه حرکت نموده و سرعت آنها افزایش می یابد. تا موقع انتهای اولین ربع موج میدان مغناطیسی متغیر، الکترون ها چندین هزار چرخش در اطراف محفظه چرخیده و در این صورت ماکزیمم انرژی را به دست می آورد. در این لحظه یا زودتر الکترون ها به خارج پرتاب شده و در مسیر خود به یک هدف برخورد و تولید اشعه x     می نمایند و یا آنکه به یک صفحه نازک جهت پراکنده نمودن الکترونها برای درمان با الکترون برخورد می نمایند.
بتاترون ها اولین مرتبه در سال 1950 میلادی در رادیوتراپی بکار رفت. متعاقب آن شتابدهنده های خطی ساخته شدند. بتاترون ها قادر به تولید الکترون ویا اشعه    x  با انرژی های کمتر از Mev  6 و Mev 40 میباشند.
البته این سیستم ها قادر به ایجاد جریان الکترونی کمی می باشند. مقدار دز حاصله از بتاترون در مقایسه با شتابدهنده خطی و حتی کبالت های جدید، کم می باشد. درهر حالت مقداردزالکترون به حد کافی زیاد می باشد. علت اختلاف دز الکترونی و اشعه  x  آن است که معمولاً‌ مقدار دز الکترونی برای ایجاد مقدار مشابهی اشعهجهت تامین مقدار دز لازم برای درمان، بسیار زیادتر (حدود سه مرتبه ) می باشد.
 
ساخته شدن و وجود شتابدهنده های با انرژی متوسط ومقدار دز زیاد، اندازه فیلد بزرگ و الکترون درمانی تا Mev 20 موجب آن شده که این سیستم ها به طور مناسب تر و وسیعتر به کار گرفته شوند. علاوه بر آن کم بودن مقدار دز و کوچکی اندازه فیلد بتاترون بعنوان مهمترین عیوب بتاترون ها می باشند. بنابراین به نظر می رسد که این سیستم ها دیگر مشتاق زیادی نداشته باشد.
در دستگاه های شتاب دهنده خطی باید برای سرعت بالاتر طول لوله هدایت کننده را زیاد کرد و در نتیجه حجم دستگاه زیاد می شود وفضای بیشتری نیاز دارد. البته حسن چنین دستگاه هایی تولید پرتوهایی با انرژی زیاد است. شتاب دهنده های خطی بعضی تک انرژی اند، بعضی دو انرژی اند. سیستم های جدیدتر سه نوع انرژی تولید میکنند که توسط اپراتور از قبل باید انتخاب شود. در نوع خطی طرز قرار گرفتن تیغه ها برای مقدار انرژی تغییر می کند ولی در نوع بتاترون مقدار دوزها مؤثر است.
بنابراین اساس کار در بتاترون به طور خلاصه این است که الکترون در یک میدان مغناطیسی متغیر به دوران در آید و سرعت گیرد و از میدان خارج کرد. الکترون با دور زدن انرژی اش بیشتر می شود. وقتی به حد مورد نظر رسید الکترود منحرف کننده ( هدایت کننده ) آن را تحت تاثیر قرار می دهد و در اثر انحرافی، مسیرش تغییر می کند و طوری طراحی شده است که از قسمت پنجره خارج می شود و به هدف برخورد می کند.
r  = mev / Bqe                                     
شعاع حرکت الکترون  
V = Bqe r / me = KB.r                         
سرعت الکترون 
شتاب دهنده های پرشکی، شتابدهنده های فشرده ای هستندکه برای تولید رادیونوکلئیدهای با عمر کوتاه به ویژه آنهایی که در برش نگاری گسیل پوزیترون استفاده می شود، به کار می روند. در این شتابدهنده پروتونها دوترونها و ذرات a   با انرژی کم تا متوسط در دسترس می باشند. این یکاها به صورت تجاری در دسترس اند و می توانند در فضای نسبتاً‌ کوچک نصب شوند.
نمونه ای از یک رادیونوکلئید معمول تولید شده در شتاب دهنده   In می باشد که با بمباران Cd با پروتونهای  12 mev در یک شتاب دهنده تولید می شود. واکنش هسته ای به شرح زیر می باشد:                   C d        (p,n)      In
که در آن Cd توکلئید هدف ، پروتون   p ذره بمباران کننده ، نوترون  n ذره گسیل شده و In رادیونوکلئید تولید شده میباشد. در این مورد، دومین ذره ممکن است تابش نشود، چرا که ممکن است انرژی کافی پس از گسیل اولین نوترون باقی بماند. انرژی برانگیختگی که برای گسیل ذره هسته ای دیگر کافی نیست به وسیله تابش پرتوهای گاما آزاد می شود.
همانگونه که می توان فهمید، رادیونوکلئیدهایی که با اعداد اتمی متفاوت با اعداد اتمی ایزوتوپهای هدف تولید می شوند، در برگیرنده هیچ ایزوتوپ پایدار ( سرد یا ناقل ) قابل شناسایی با روش های تحلیلی نمی باشند و چنین محصولاتی بدون ناقل canier – free نامیده می شوند اما در عمل تهیه چین محصولاتی بدون وجود چنین ایزوتوپ پایداری نا ممکن است. واژه دیگر در مورد این محصولات بدون افزودن ناقل    no canier added است که یعنی هیچ ایزوتوپ پایداری از روی قصد به  محصول اضافه نشده است. ماده هدف تابش باید خالص و ترجیحاً یک تک ایزوتوپ یا دست کم از نظر ایزوتوپی غنی شده باشد تا از تولید رادیونوکلئیدهای ناخواسته جلوگیری شود. از آنجا که ممکن است ایزوتوپهای گوناگون عناصر مختلف در هدف تولید شود، ضروری است ایزوتوپهای هرعنصررا جدا نمود. این کار را با روشهای شیمیایی از جمله استخراج با حلال ته نشینی تبادل یونی و تقطیر انجام می دهند.

 





نوع مطلب : Acceleratorsشتابدهنده ها، 
برچسب ها :
لینک های مرتبط :
دوشنبه 1 اسفند 1384 :: نویسنده : Amir

شتاب دهنده

امروز سوخت و انرژی در دنیا به چند دسته کلی تقسیم می شوند. سوخت های فسیلی و سوخت های غیرفسیلی و انرژی های تجدید پذیر و غیرقابل تجدید.



سوخت های فسیلی


سوخت های فسیلی عبارتند از: نفت، گاز و زغال سنگ که با اکسیژن هوا ترکیب می شوند و ایجاد انرژی به شکل حرارت می کنند. این سوخت ها در مقایسه با سوخت های دیگر انرژی کمتر تولید می کنند. مثلاً یک کیلوگرم زغال سنگ حدود ۸ کیلووات ساعت انرژی تولید می کند و یک کیلوگرم نفت حدود ۱۲ کیلووات ساعت انرژی تولید می کنند. این سوخت ها آلوده کننده محیط زیست نیز هستند.

به علاوه جزء ذخایر غیرقابل تجدید بوده و دارای مشکلات زیادی در حمل و نقل ایمنی نیز هستند. مانند گازگرفتگی (خفگی) یا تولید گاز سمی منوکسید کربن. دسته دیگر از سوخت ها شامل سوخت های هسته ای هستند مانند اورانیوم یا پلوتونیوم یا ایزوتوپ های هیدروژن مانند دوتریوم یا تریتیوم یا فلز سبک لیتیوم. این سوخت ها در مقایسه با سوخت های دسته اول دارای امتیازات مثبت و منفی هستند. اول اینکه در این سوخت ها بعضی ایزوتوپ ها توانایی تولید انرژی به وسیله تکنولوژی فعلی بشر را دارد مانند ایزوتوپ های کمیاب اورانیوم ۲۳۵ یا پلوتونیوم ۲۳۹ یا اورانیوم ۲۳۳ که به این ایزوتوپ ها شکاف پذیر می گویند. امتیازات اینها عبارتند از تولید مقادیر زیاد انرژی به وسیله حجم کم ماده سوختنی. مثلاً از یک کیلوگرم اورانیوم ۲۳۵ یا پلوتونیوم ۲۳۹ می توان مقدار ۲۳میلیون کیلووات ساعت گرما ایجاد کرد، اما مشکلاتی نیز دارند از آن جمله این که: غنی سازی و تولید این ایزوتوپ ها مشکلات و هزینه زیادی دارند. دوم اینکه، این سوخت های هسته ای سنگین پس از تولید انرژی مقادیر زیادی ایزوتوپ های پرتوزا از خود به جای می گذارند که به زباله های هسته ای موسوم است.

این زباله ها برای محیط زیست و سلامت افراد خطرناک هستند و باید برای صدها سال در انبار های محکم نگهداری شوند تا رادیواکتیو آن از بین برود. دسته دیگر از سوخت های هسته ای شامل عناصر سبک مانند دوتریوم یا تریتیوم یا لیتیوم هستند که قرار است در راکتور های گداخت یا همجوش هسته ای تولید انرژی کنند. البته تاکنون از اینها در بمب های هیدروژنی بهره برداری نظامی و تسلیحاتی می شد، اما برای تولید انرژی برای مصارف صلح آمیز تکنولوژی راکتور های گداخت باید تکمیل شود، این سوخت ها معایب و مزایای فراوانی دارند. اول تولید نوترون و تشعشعات نوترونی می کنند که باید در راکتور های همجوشی هسته ای به نحوی جذب و کنترل شوند دوم اینکه تریتیوم نباید از راکتور نشت کند زیرا یک ایزوتوپ رادیواکتیو است.مزایای این سوخت ها عبارت از این که فراوان در دسترس هستند و دوم اینکه تولید انرژی زیادتری نسبت به اورانیوم یا پلوتونیوم می کنند. مثلاً انرژی حاصل از گداخت هیدروژن به هلیوم مساوی است با ۱۷۷میلیون کیلووات ساعت در صورتی که انرژی حاصل از اورانیوم برابر است با ۰۰۰/۰۰۰/۲۳ کیلووات ساعت. بنابراین یک کیلوگرم هیدروژن حدود ۸ برابر یک کیلوگرم اورانیوم تولید انرژی می کند.



انواع دیگر انرژی

انواع دیگر انرژی عبارتند از: انرژی خورشیدی، انرژی باد، انرژی زمین گرمایی و انرژی بیوگاز که مشکل بزرگ این انرژی تجدیدپذیر اینکه بازده انرژی اینها پایین است و دوم اینکه دائمی نیستند و سوم اینکه تکنولوژی بشر برای استفاده مقیاس زیاد از اینها تکمیل نیافته است. ما در این مقاله سعی می کنیم جدیدترین طرح تولید انرژی که شاید یکی از منابع انرژی قرن ۲۱ باشد را معرفی کنیم. این طرح تولید انرژی عبارت از شتاب دهنده ذرات اتمی برای تولید انرژی زیاد، عملکرد این سیستم و دستگاه براساس استفاده از میدان های الکتریکی و مغناطیسی برای شتاب دادن و کنترل ذرات باردار الکتریکی تا مرز سرعت نور است. این سیستم ها قادر هستند سرعت الکترون ها و پروتون ها را تا مرز سرعت نور شتاب دهند. وقتی ذرات تا این حد شتاب یافتند سطح انرژی آنها چند میلیون برابر می شود و دارای انرژی عظیم و فراوانی می شود. یک مثال نشان دهنده این مطلب است، به عنوان مثال شتاب دهنده پروتون در آزمایشگاه فرمی آمریکا قادر است ذرات پروتون را تا یک تریلیون الکترون ولت (Tev) شتاب دهد.


اگر ما به وسیله این شتاب دهنده پروتون های یک گرم هیدورژن معمولی که در آب زیاد است را تزریق کنیم و شتاب دهیم انرژی پروتون ها برابر خواهد بود با انرژی ۲۶ میلیارد کیلووات ساعت انرژی، که مساوی است با انرژی تولید شده به وسیله شکافت حدود ۱۲۰۰ کیلوگرم اورانیوم یا ۱۵ میلیون بشکه نفت. همه این انرژی عظیم و غیرقابل باور فقط به وسیله شتاب دادن پروتون های یک گرم هیدروژن تا سطح انرژی یک تریلیون الکترون ولت است. پس با این محاسبات دانستیم که شتاب دهنده ها دارای چه قدرت عظیمی هستند.



انواع شتاب دهنده

شتاب دهنده ها به چند دسته کلی تقسیم بندی می شوند:

  1. شتاب دهنده های خطی

  2. شتاب دهنده های مداری

  3. شتاب دهنده سیلکووترون


  1. می توان در ابعاد و اندازه های مختلف ساخت.

  2. هزینه ساخت و نگهداری آن کم بوده است.

  3. هیچ گونه زباله یا آلودگی محیطی تولید نمی کند. محصول نهایی آن آب خالص یا بخار آب است.

  4. با استفاده از این دستگاه عملاً عمر منابع انرژی نامحدود می شود و منبع عظیمی از انرژی در دسترس خواهد بود.



در حوزه ذرات

  1. الکترون ولت: واحد انرژی است و برابر انرژی یک الکترون یا پروتون وقتی از اختلاف پتانسیل یک ولت عبور کند برابر است با ۱۹-۱۰*۶/۱ ژول

  2. یک گرم هیدروژن ۱۰۲۳ * ۰۲/۶ اتم بوده که به آن یک اتم گرم یا یک مول هیدروژن گویند.

اگر این مقدار هیدروژن از شتاب دهنده یک (Gev) عبور کند معادل انرژی آن برابر خواهد بود:

ژول
۱۰۱۳*۶/۹=۱۰۹*۱*۱۰۲۳*۰۲/۶* ۱۹-۱۰*۶/۱

یک کیلووات ساعت برابر است با
۰۰۰/۶۰۰/۳ ژول. بنابراین انرژی آن برابر است با ۲۶ کیلووات ساعت.

۱۰۱۳ *۶/۹ ژول تقسیم بر ۰۰۰/۶۰۰/۳ مساوی ۱۰۵*۲6

 

شتاب دهنده خطی
در آزمایشگاه های کوانتمی از ذرات باردار پرتوزایی یا ذرات بنیادی مانند آلفا، بتا، پوزیترون، موئون ها و... برای بررسی خواصشان استفاده می شود. همچنین از ذرات آلفا، پروتون و دوتریم که دارای بار مثبت هستند، برای شکافت هسته ای استفاده می شوند. اما هنگامی که این ذرات را به سوی هسته می فرستیم، بر اثر نیروی دافعه الکتروستاتیکی بین هسته و ذرات نامبرده، این ذرات دفع می شوند و در نتیجه شکافتی صورت نمی گیرد. برای ایجاد شکافت هسته از طریق بمباران کردن ذرات نامبرده، بایستی سرعت و انرژی این ذرات را افزایش دهیم. برای این کار از دستگاه شتابدهنده خطی یا سیکلوترون خطی استفاده می کنیم.
این دستگاه از مجموعه از چند استوانه فلزی با اندازه های متفاوت تشکیل شده است به طوری که اگر از اولین استوانه کوچک شروع کنیم با پیشروی،طول این استوانه ها افزایش می یابد. این استوانه ها به جریان الکتریکی متناوب متصل اند. نوع بار الکتریکی استوانه ها به طور یک در میان یکسان تغییر می کند.
هنگامی که یک ذره مثبت به اولین استوانه می رسد، استوانه بار منفی می گیرد و در نتیجه بار مثبت به سمت صفحه استوانه تمایل پیدا می کند، اما همین که ذره به صفحه نزدیک شد، نوع بار صفحه از منفی به مثبت تبدیل می شود ( چون جریان متناوب است )، پس ذره دفع می شود، و از طرف استوانه بعدی بار منفی دارد، و در نتیجه ذره به سمت استوانه بعدی جذب می شود، اما همین که به صفحه استوانه بعدی رسید، نوع بار استوانه تغییر می کند و با این تغییر، ذره به استوانه بعدش منتقل می شود. این فرایند در طی عبور ذره باردار از استوانه تکرار می شود تا اینکه سرعت آن به حد مورد نیاز برسد.

 

شتاب دهنده معمولی



شتاب دهنده‌های با انرژی میانی: ‏


شتاب‌دهنده‌های همانند خطی و سیکلوترونهابه ویژه برای مطالعات ‏واکنش های هسته‌ای مفیدند که به طور عمده ذرات را تا انرژیهای ‏متوسطی شتابدار می سازند. ‏


مکانیزم کار شتاب‌دهنده‌ معمولی:‏


  • ذره فرودی به هسته برخورد می کند سپس در یک جهت متفاوت از ‏مسیر اول آن را ترک می‌کند. در صورتی که در حالت و ترکیب هسته ‏تغییری حاصل نشود. این فرآیند را کشان می‌نامند.‏

 

  • در اثر برهم کنش ، هسته به یک حالت بر انگیخته گذر می‌کند. که ‏متعاقبا با گسیل اشعه گاما به یک حالت پایدارتر «حالت پایه) بر می گردد. ‏ذره فرودی منحرف شده و انرژی جنبشی از دست می دهد. این نوع ‏فرایند را ناکشسان می باشد.‏

 

  • هسته فرودی را گیر می اندازد و سپس یک ذره دیگر (یک فوتون) گسیل ‏می کند. این فرآیندها از اجزای قابل توجه واکنش‌های هسته‌ای هستند.

 

  • در کلیه آزمایشگاهها احتمال رخداد هر یک از فرآیندها مقدار معینی ‏هستند. که با شمارش تعداد آشکار شده در جهات مختلف و مقایسه آن ‏با تعداد ذرات فرودی این احتمال‌ها اندازه‌گیری می‌شود



    نوع مطلب : Acceleratorsشتابدهنده ها، 
    برچسب ها :
    لینک های مرتبط :

یکشنبه 23 بهمن 1384 :: نویسنده : مهدی

بزرگترین شتابدهنده دنیا

 در این پروژه جهانی 2000 مهندس و فیزیكدان از سراسر دنیا مشاركت دارند كه ایران نیز از جمله كشورهای فعال است .

اشاره: واژه سرن-CERN را اولین بار شاید حدود دو سال پیش از زبان معاون پژوهش وزارت علوم، تحقیقات و فناوری شنیدم. «سرن»، مركز تحقیقات هسته ای اروپا، و پروژه «سرن» طرح ساخت بزرگترین شتاب دهنده دنیا توسط این مركز است.

در پروژه سرن، حدود 2000 مهندس و فیزیكدان از بیش از 30 كشور جهان، منجمله جمهوری اسلامی ایران پیرامون انجام یك فعالیت آزمایشگاهی مشترك گردهم آمده اند، كه اگر در پرتو این همكاری مشترك، دانشمندان به كشفی جدید نائل شوند، برنامه همه كشورهای مشاركت كننده پروژه ثبت خواهد شد.بسیاری از صاحبنظران و متخصصان امر تجربه مشاركت در این پروژه عظیم جهانی را برای كشورمان، یك افتخار بزرگ علمی دانسته و به نتایج آن امیدوارند.

نظر به اهمیت این طرح گزارشی از كم و كیف اجرایی و نقش ایران در آن تهیه كرده ایم كه در پی می آید:

 

نكاتی چند در باب CERN

سرن یا مركز تحقیقات هسته ای اروپا، یك مؤسسه علمی و پژوهشی بین المللی در ژنو است كه نزدیك به 60 سال از تأسیس آن می گذرد. بیشتر اعضای سرن را كشورهای اروپایی تشكیل می دهند و بودجه این مؤسسه را نیز همین كشورها تأمین می كنند.

 

شتابدهنده «سرن»

شتابدهنده سرن یكی از بزرگترین شتاب دهنده های دنیاست كه هم اكنون به میزبانی كشور سوئیس در حال ساخت است و قرار است تا سال 2007 كار احداث آن با 27 كیلومتر محیط، به پایان رسد. در این پروژه كشورهای آمریكا، ژاپن و ممالكی چون هند، تركیه، ایران و پاكستان پیرامون انجام یك فعالیت آزمایشگاهی مشترك گردهم آمده اند.

هزینه ساختمانی كه این شتابدهنده در آن نصب می شود. به تنهایی حدود 500 میلیون فرانك سوئیس و كل هزینه های ساخت و سایر آزمایش های مربوطه، به رقمی حدود 10 میلیارد یورو بالغ می شود.

در حال حاضر آزمایشگاه های لازم برای مطالعات ذرات نیازمند شتاب دهنده های عظیمی است كه ساخت آنها چه از نظر زمانی و چه از لحاظ فنی از توان یك كشور خارج است.

دستگاهی كه در سرن ساخته می شود، ال.اچ.سی(Large Hadron Collider) با برخورددهنده بزرگ درون ها است و هدف آن شناخت اجرام ماده در حدفاصل 10 به توان منفی 23 سانتیمتر، آزمون نظریه استاندارد ذرات، كشف اجزای یافت نشده مدل استاندارد، آزمون نظریه های ابرتقان و نظریه های وحدت بزرگ است.

دو آشكارساز بسیار بزرگ سی.ام.اس(Compact Muon solonoid) و اتلس(ATLas) نیز در حال ساخته شدن هستند تا بر روی ال.اچ.سی نصب شوند. آشكارساز سی.ام.اس به منظور مطالعه در خواص ذرات در انرژی بالا طراحی شده است.

ذرات پروتون و پادپروتون توسط آهنربایی بسیار قوی به صورت باریك های شتاب می گیرند و با هم برخورد می كنند. در این فرایند، علاوه بر ذراتی كه آنها را می شناسیم، ممكن است ذرات جدیدی تولید شود كه براساس نظریات موجود انتظارشان را داشته ایم. البته در مراحل بعدی می توانیم خواص این ذرات، جرم یا بار الكتریكی آنها را اندازه گیری كنیم.

انرژی به وجود آمده از این عمل می توان باعث تولید مواد جدید و ذرات بنیادی باشد كه یا ما آنها را می شناسیم و از وجودشان آگاه هستیم و یا می توانیم به دنبال ذرات جدیدی باشیم كه شاید وجود داشته باشند. چراكه نظریه های مختلف موجودات كه احتمال وجود ذرات بنیادی مختلف را نشان می دهند. این ذرات را می توان با تصادم این دو ذره پروتون به وجود آورد و تلاش كرد تا آنها را كشف، جرمشان را اندازه گیری و اگر دارای بار مغناطیسی باشند آنها را نیز اندازه گیری كرد.

روی این شتابگر چهارم آزمایش مختلف صورت می گیرد كه یكی از آنهاC.M.S است.

شتابگر L.H.C ، كه بزرگترین شتابگر دنیا محسوب می شود در مركز تحقیقات هسته ای اروپا، در حال ساخت است. هدف از ساخت این شتابگر عظیم، كشف یك ذره بنیادی به نام «هیگز» است كه فیزیكدانان ذرات بنیادی آن را پیشگویی كردند. تمامی ذرات بنیادی دیگر، از جمله كوارك ها، از این ذره به وجود آمده است.

برای كشف این ذره باید شرایطی نظیر ابتدای آفرینش عالم در آزمایشگاه به وجود آورد. درواقع در این شتابگر پروتونها به حدی شتاب می گیرند، كه انرژی كافی برای فراهم آوردن این شرایط را به دست آورند. سپس در محل آشكارسازی به نام سی.ام.اس، با یكدیگر برخورد می كنند و می شكنند تا ذره «هیگز» به وجود آید.

 

ایران در «سرن»

ایران در ژوئن 2001 رسما به عضویت این پروژه درآمد و از همان زمان در ساخت تجهیزات آشكار سازها مشاركت كرد. در چارچوب قرارداد همكاری، ایران مشاركت در آزمایش سی.ام.اس را پذیرفت.بر این اساس، ایران مسئولیت ساخت میز بسیار بزرگی را كه قرار است آشكارسازها بر آن نصب شوند را پذیرفت.

این میز باید بتواند قطعاتی به وزن حدود 200 تا 300 تن را تحمل كند كه اجزای آن با فاصله میلیمتری از یكدیگر باز و بسته می شوند.

این میز در حقیقت یك دستگاه مكانیكی با تولرانس بسیار بالا به شمار می رود كه هزینه ساخت آن نیز برعهده ایران است. دكتر محمد محمدی، متخصص فیزیك ذرات بنیادی و سرپرست گروه سازنده شتاب دهنده سرن در ژنو، كه از طرف دانشگاه فلوریدا این مأموریت را عهده دار شده است در این زمینه می گوید:«برای ایران، موضوع اصلی فعالیت های پژوهشی از این قبیل، دستیابی به منافع اقتصادی آنی نیست، بلكه منفعت اصلی، دستاوردهای علمی است كه از طریق مشاركت در یك پروژه علمی بین المللی، آن هم در بالاترین سطح پژوهش در حوزه فیزیك ذرات بنیادی نصیب كشورمان می شود.»

سرن چه از لحاظ فناوری و چه از نظر مطالعات نظری یكی از بالاترین سطوح علمی را داراست و هر كشوری افتخار می كند كه سهمی در اجرای این پروژه داشته باشد، خوشبختانه پس از موفقیت در طراحی این میز، ساخت دو سیلندر مكانیكی بزرگ نیز كه به صورت پوشش، آشكارساز را دربرمی گیرند، به ایران واگذار شد. ساخت این سیلندرها به طراحی بسیار ظریف و دقیقی نیاز دارد و به لحاظ فناوری در سطح بالایی قرار دارد.

هزینه ساخت این دو سیلندر، كه به همراه هزینه ساخت میز یك میلیون دلار برآورد می شود را نیز ایران می پردازد و دستگاه ها پس از تكمیل شدن تحویل سی.ام.اس خواهند شد.

در حال حاضر، هفت پژوهشگر و دو دانشجوی ایرانی در سرن مشغول به كار هستند و دانشجوی سومی نیز انتخاب شده است كه طی چند ماه آینده عازم مؤسسه سرن خواهد شد.

این دانشجویان در حال گذراندن دوره دكترا در رشته فیزیك ذرات بنیادی هستند و برای انجام پایان نامه های خود به سرن می روند.

دكتر حسام الدین ارفعی یكی از مسئولان پروژه سرن در كشورمان در گفت وگویی با همشهری درخصوص چگونگی پیشرفت آن می گوید: بخش اعظم امور فنی انجام شده و كار با موفقیت پیشرفته است و امیدواریم اسفندماه میز ساخته شده را تحویل دهیم. در این بخش با همكاری خوب مهندسان و شركت مجری مشكل خاصی ایجاد نشد.وی با اشاره به اهمیت بخش علمی مشاركت ایران در این پروژه می گوید: در حال حاضر برای مشاركت علمی در این پروژه كه به مراتب مهمتر از بخش فنی آن است، سه پژوهشگر ایرانی اعزام شده اند و همكاری علمی در این پروژه عظیم، در كنار دانشمندان برجسته دنیا، به منزله سهیم شدن كشور ما درعلم تراز اول جهان خواهد بود.

وی گفت: تاكنون برای انجام امور فنی این پروژه در ایران، حدود 400 میلیون تومان هزینه شده و پیش بینی می شود كل مخارج آن به 600 میلیون تومان بالغ گردد.

وی افزود: البته كمك ایران به این پروژه در مقابل كشوری مثل پاكستان كه تنها یك قلم 5 میلیون دلاری به جز سهم خودش (كه دو برابر ایران بوده) بوده است، رقم ناچیزی است.

 





نوع مطلب : Acceleratorsشتابدهنده ها، 
برچسب ها :
لینک های مرتبط :
چهارشنبه 27 مهر 1384 :: نویسنده : مهدی

شتاب دهنده ذرات

 

امروز سوخت و انرژی در دنیا به چند دسته كلی تقسیم می شوند. سوخت های فسیلی و سوخت های غیرفسیلی و انرژی های تجدید پذیر و غیرقابل تجدید.

سوخت های فسیلی عبارتند از: نفت، گاز و زغال سنگ كه با اكسیژن هوا تركیب می شوند و ایجاد انرژی به شكل حرارت می كنند. این سوخت ها در مقایسه با سوخت های دیگر انرژی كمتر تولید می كنند. مثلاً یك كیلوگرم زغال سنگ حدود 8 كیلووات ساعت انرژی تولید می كند و یك كیلوگرم نفت حدود 12 كیلووات ساعت انرژی تولید می كنند. این سوخت ها آلوده كننده محیط زیست نیز هستند.

به علاوه جزء ذخایر غیرقابل تجدید بوده و دارای مشكلات زیادی در حمل و نقل ایمنی نیز هستند. مانند گازگرفتگی (خفگی) یا تولید گاز سمی منوكسید كربن. دسته دیگر از سوخت ها شامل سوخت های هسته ای هستند مانند اورانیوم یا پلوتونیوم یا ایزوتوپ های هیدروژن مانند دوتریوم یا تریتیوم یا فلز سبك لیتیوم. این سوخت ها در مقایسه با سوخت های دسته اول دارای امتیازات مثبت و منفی هستند. اول اینكه در این سوخت ها بعضی ایزوتوپ ها توانایی تولید انرژی به وسیله تكنولوژی فعلی بشر را دارد مانند ایزوتوپ های كمیاب اورانیوم 235 یا پلوتونیوم 239 یا اورانیوم 233 كه به این ایزوتوپ ها شكاف پذیر می گویند. امتیازات اینها عبارتند از تولید مقادیر زیاد انرژی به وسیله حجم كم ماده سوختنی. مثلاً از یك كیلوگرم اورانیوم 235 یا پلوتونیوم 239 می توان مقدار 23میلیون كیلووات ساعت گرما ایجاد كرد، اما مشكلاتی نیز دارند از آن جمله این كه: غنی سازی و تولید این ایزوتوپ ها مشكلات و هزینه زیادی دارند. دوم اینكه، این سوخت های هسته ای سنگین پس از تولید انرژی مقادیر زیادی ایزوتوپ های پرتوزا از خود به جای می گذارند كه به زباله های هسته ای موسوم است.

این زباله ها برای محیط زیست و سلامت افراد خطرناك هستند و باید برای صدها سال در انبار های محكم نگهداری شوند تا رادیواكتیو آن از بین برود. دسته دیگر از سوخت های هسته ای شامل عناصر سبك مانند دوتریوم یا تریتیوم یا لیتیوم هستند كه قرار است در راكتور های گداخت یا همجوش هسته ای تولید انرژی كنند. البته تاكنون از اینها در بمب های هیدروژنی بهره برداری نظامی و تسلیحاتی می شد، اما برای تولید انرژی برای مصارف صلح آمیز تكنولوژی راكتور های گداخت باید تكمیل شود، این سوخت ها معایب و مزایای فراوانی دارند. اول تولید نوترون و تشعشعات نوترونی می كنند كه باید در راكتور های همجوشی هسته ای به نحوی جذب و كنترل شوند دوم اینكه تریتیوم نباید از راكتور نشت كند زیرا یك ایزوتوپ رادیواكتیو است.مزایای این سوخت ها عبارت از این كه فراوان در دسترس هستند و دوم اینكه تولید انرژی زیادتری نسبت به اورانیوم یا پلوتونیوم می كنند. مثلاً انرژی حاصل از گداخت هیدروژن به هلیوم مساوی است با 177 میلیون كیلووات ساعت در صورتی كه انرژی حاصل از اورانیوم برابر است با 000/000/23 كیلووات ساعت. بنابراین یك كیلوگرم هیدروژن حدود 8 برابر یك كیلوگرم اورانیوم تولید انرژی می كند.

انواع دیگر انرژی عبارتند از: انرژی خورشیدی، انرژی باد، انرژی زمین گرمایی و انرژی بیوگاز كه مشكل بزرگ این انرژی تجدیدپذیر اینكه بازده انرژی اینها پایین است و دوم اینكه دائمی نیستند و سوم اینكه تكنولوژی بشر برای استفاده مقیاس زیاد از اینها تكمیل نیافته است. ما در این مقاله سعی می كنیم جدیدترین طرح تولید انرژی كه شاید یكی از منابع انرژی قرن 21 باشد را معرفی كنیم. این طرح تولید انرژی عبارت از شتاب دهنده ذرات اتمی برای تولید انرژی زیاد، عملكرد این سیستم و دستگاه براساس استفاده از میدان های الكتریكی و مغناطیسی برای شتاب دادن و كنترل ذرات باردار الكتریكی تا مرز سرعت نور است. این سیستم ها قادر هستند سرعت الكترون ها و پروتون ها را تا مرز سرعت نور شتاب دهند. وقتی ذرات تا این حد شتاب یافتند سطح انرژی آنها چند میلیون برابر می شود و دارای انرژی عظیم و فراوانی می شود. یك مثال نشان دهنده این مطلب است، به عنوان مثال شتاب دهنده پروتون در آزمایشگاه فرمی آمریكا قادر است ذرات پروتون را تا یك تریلیون الكترون ولت (Tev) شتاب دهد.

اگر ما به وسیله این شتاب دهنده پروتون های یك گرم هیدورژن معمولی كه در آب زیاد است را تزریق كنیم و شتاب دهیم انرژی پروتون ها برابر خواهد بود با انرژی 26 میلیارد كیلووات ساعت انرژی، كه مساوی است با انرژی تولید شده به وسیله شكافت حدود 1200 كیلوگرم اورانیوم یا 15 میلیون بشكه نفت. همه این انرژی عظیم و غیرقابل باور فقط به وسیله شتاب دادن پروتون های یك گرم هیدروژن تا سطح انرژی یك تریلیون الكترون ولت است. پس با این محاسبات دانستیم كه شتاب دهنده ها دارای چه قدرت عظیمی هستند.

شتاب دهنده ها به چند دسته كلی تقسیم بندی می شوند: 1- شتاب دهنده های خطی، 2 _ شتاب دهنده های مداری، 3 _ شتاب دهنده سیلكووترون. علاوه بر آن ساخت و نگهداری شتاب دهنده آسان و كم هزینه است. در ضمن می توان این سیستم های مولد را در ابعاد و مقیاس های مختلف ساخت به عنوان مثال یك شتاب دهنده خطی كه طول آن 100 متر و ولتاژ آن 10 میلیون ولت است كه قادر است انرژی معادل یك گیگا (Gev) الكترون ولت تولید كند. این انرژی معادل است با انرژی 26 میلیون كیلووات ساعت در هر ثانیه. اگر تنها موفق شویم 50 درصد انرژی این شتاب دهنده را استفاده كنیم این شتاب دهنده قادر است معادل 20 هزار نیروگاه اتمی در مقیاس نیروگاه اتمی هزار مگاواتی نیروگاه بوشهر تولید انرژی كند. یعنی قادر خواهد بود 20 میلیون مگاوات انرژی الكتریكی تولید كند.

علاوه بر آن از حرارت و گرمای تولیدی این دستگاه می توان برای بخار كردن آب دریا و تولید آب شیرین استفاده كرد. محاسبات نشان می دهد كه این سیستم قادر خواهد بود در سال معادل بارندگی سالیانه كشور آب شیرین تولید كند، بدون اینكه هوا را آلوده كند یا مشكلاتی از قبیل زباله های هسته ای یا پس مانده و آلودگی ایجاد كند، در واقع یكی از بهترین منابع انرژی خواهد بود. سوخت مصرفی این دستگاه تنها چند گرم هیدروژن معمولی است انرژی تولیدی از یك دستگاه شتاب دهنده یك گیگا الكترون ولت (Gev) برابر است با انرژی حاصل از سوختن 000/500/2 لیتر بنزین خواهد بود. بنابراین اگر به مدت یك سال كار كند معادل انرژی 500 میلیارد بشكه نفت انرژی تولید می كند.

ارزش اقتصادی این مقدار انرژی كه 2 برابر انرژی ذخایر نفت عربستان سعودی است با احتساب قیمت هر بشكه نفت بر مبنای 20 دلار برابر است با 10 تریلیون دلار. در صورتی كه ما از این سیستم شتاب دهنده استفاده كنیم نیازی به سوزاندن این حجم عظیم نفت و گاز برای تولید انرژی نداریم. مزایای این سیستم عبارتند از: 1- می توان در ابعاد و اندازه های مختلف ساخت. 2- هزینه ساخت و نگهداری آن كم بوده است. 3_ هیچ گونه زباله یا آلودگی محیطی تولید نمی كند. محصول نهایی آن آب خالص یا بخار آب است. 4 _ با استفاده از این دستگاه عملاً عمر منابع انرژی نامحدود می شود و منبع عظیمی از انرژی در دسترس خواهد بود.

 

در حوزه ذرات

 

1-الكترون ولت: واحد انرژی است و برابر انرژی یك الكترون یا پروتون وقتی از اختلاف پتانسیل یك ولت عبور كند برابر است با 19-10*6/1 ژول

2 _ یك گرم هیدروژن 1023 * 02/6 اتم بوده كه به آن یك اتم گرم یا یك مول هیدروژن گویند.

اگر این مقدار هیدروژن از شتاب دهنده یك (Gev) عبور كند معادل انرژی آن برابر خواهد بود:

ژول 1013*6/9=109*1*1023*02/6* 19-10*6/1

یك كیلووات ساعت برابر است با 000/600/3 ژول. بنابراین انرژی آن برابر است با 26 كیلووات ساعت.

1013 *6/9 ژول تقسیم بر 000/600/3 مساوی 105*26

 

 





نوع مطلب : Acceleratorsشتابدهنده ها، 
برچسب ها :
لینک های مرتبط :


پیوندها
صفحات جانبی
آمار وبلاگ
  • کل بازدید :
  • بازدید امروز :
  • بازدید دیروز :
  • بازدید این ماه :
  • بازدید ماه قبل :
  • تعداد نویسندگان :
  • تعداد کل پست ها :
  • آخرین بازدید :
  • آخرین بروز رسانی :