إسلاميات. .برامج..ألعاب .أخبار.حصريات. رياضه
 
الرئيسيةادهماليوميةس .و .جبحـثالتسجيلدخول
شاطر | 
 
 

 المعجلات النووية

استعرض الموضوع السابق استعرض الموضوع التالي اذهب الى الأسفل 
كاتب الموضوعرسالة
KINGADHAM
الإدارة
الإدارة


الجنسية: مصر
عدد المساهمات: 2311
تاريخ التسجيل: 12/01/2010
رقم العضوية: 1

مُساهمةموضوع: المعجلات النووية    السبت 27 أغسطس 2011, 2:43 pm


[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]


[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]


المعجلات النووية Nuclear Accelerators






ان الهدف من المعجل هو توجيه الاجسام المشحونة في شكل شعاع باكسابه طاقة
حركة باتجاه الهدف من خلال تطبيق مجالات كهربية ومغناطيسية وهناك عدة انواع
من هذه المعجلات.

يتكون المعجل بصفة عامة من مصدر للجسيمات المشحونة مثل الكترونات منبعثه من
فتيلة ساخنة او من ذرات متأينة حيث تنطلق هذه الجسيمات المشحونة تحت تأثير
فرق جهد كهربي يتراوح من إلى 10 مليون فولت. يتم تحديد مسار هذه الجسيمات
المعجلة لتكون شعاع ينطلق باتجاه الهدف, ويكون داخل المعجل مفرغ من الهواء
(تحت ضغط منخفض) لتفادي تشتت الجسيمات المعجلة عند تصادمها مع ذرات الهواء.

تصنف المعجلات إلى ثلاثة اقسام بناء على الطاقة المستخدمة للتعجيل وهي على النحو التالي:

(1) المعجلات المنخفضة الطاقة: حيث تنتج جسيمات معجلة بطاقة تصل تتراوح بين
10 إلى 100 مليون الكترون فولت وفي اغلب الاحيان تستخدم هذه المعجلات
لدراسة تشتت الجسيمات المعجلة بتفاعلها مع مادة الهدف

(2) المعجلات ذات الطاقة المتوسطة: حيث تنتج شعاع من الجسيمات المعجلة
بطاقة تفوق 100 مليون الكترون فولت لتصل 1000 مليون الكترون فولت. وعند هذه
الطاقة يتم دراسة تصادم النيوكليونات مع أنوية العناصر وقد سنتج عن هذه
التصادمات توليد جسيمات اخرى مثل الميونز وفي هذا المعجلات يتم دراسة القوى
النووية والتحقق تركيب النواة.

(3) المعجلات ذات الطاقة العالية: وهي تنتد شعاع من الجسيمات المعجلة بطاقة
تفوق 1000 مليون الكترون فولت. ويكون الغرض من هذه المعجلات هو انتاجح
جسيمات جديدة من خلال اصطدام هذه الجسيمات المعجلة بأنوية العناصر ومن ثم
دراسة خصائص الجسيمات الناتجة

وقد تم تصميم معجلات نووية تصل طاقة التعجيل فيها إلى 10000000 الكترون فولت.

الاجزاء الرئيسية للمفاعل

(1) مصدر الجسيمات المشحونة Ion source: وهو المصدر الرئيسي للجسيمات
المعجلة ويتكون من غاز متأين بواسطة التفريغ الكهربائي ويتم استخلاص
الجسيمات ذات الشحنة الموجبة من خلال الكترون سالب ذو جهد 10000 فولت.





(2) ناقل الشعاع beam optics: وهو عبارة عن عدد من الموجهات المكونة من
اجهزة كهربية ومغناطيسية لتوجيه الجسيمات المعجلة في المسار المحدد لها
داخل المعجل وهي بمثل العدسات في الضوء وتعتمد على قوة لورنز Lorentz force


F = q(vxB)

(3) الهدف Target: وهو المادة التي توضع في نهاية المعجل بهدف التجربة تحت
الدراسة فمثلاً تجربة nuclear spectroscopy حيث يتم دراسة مستويات الطاقة
ومساحة المقطع فإن الهدف في هذه الحالة يكون شريحة سمكها 10ميكرون، اما في
حالة دراسة انتاج جسيمات ثانوية من تصادم الانوية المعجلة مع الهدف فإن
الهدف يكون سميك يصل سمكه إلى 10 سنتميتر بحيث يمتص طاقة الجسيمات المعجلة.
وفي كلا الحالتين يتم تبريد الهدف حتي لاتتغير درجة حرارته مع تصادم
الجسيمات المعجلة معه.

(4) الكاشف Detector وهي الجزء الأساسي الذي تعتمد عليه القياسات المراد
الحصول عليها من التجربة مثل تحديد نوعية الجسيمات الناتجة من التصادم
وطاقتها وزمن بقاءها وتوزيعها الزاوي وهذه الكواشف علم قائم بحد ذاته
وسنخصص مقالاً منفصلا للحديث عنها.

أنواع المعجلات
(1) المعجل الكهروستاتيكي Electrostatic accelerator

(2) معجل السكلترون Cyclotron accelerator

(3) المعجل الخطي Linear accelerator

(4) معجل السنكتورن Synchrotrons

(5) المعجل التصادمي Colliding-Beam accelerator


المعجل الكهروستاتيكي Electrostatic accelerator
ابسط انواع المعجلات التي تستخدم لتعجيل الجسيمات المشحونة خلال فرق جهد
ثابت من خلال العلاقة E = qV حيث V فرق جهد التعجيل ويصل إلى 10 مليون فولت
وq شحنة الجسيمات المعجلة وE طاقة الحركة للجسيمات. وهذا يعني ان الطاقة
التي يمكن ان يكتسبها الجسيم المعجل تصل إلى 10 مليون الكترون فولت لكل
وحدة شحنة وهذه الطاقة كافية لدراسة التركيب النووي للنواة.

اول معجل تم تصميمه على هذا الاساس كان في 1932 بواسطة العالمان Cockcroft
and Walton حيث وصل فرق جهد التعجيل إلى 800 الف فولت واعتمد مبدأ عمله على
شحن مكثفات على التوازي ومن ثم تحويلها إلى توصيل على التوالي من خلال
الدائرة الموضحة في الشكل :





وتسمى هذه الطريقة بمضاعفة فرق الجهد voltage multiplication واستخدم في اول تجربة نووية في التفاعل التالي

P + 7Li º 4He+4He

وفي الوقت الحالي فإن هذا النوع من المعجلات يعتمج على مولد فانديجراف الذي طوره العالم Van de Graaff في عام 1932





وتعتمد فكرة عمل مولد فانديجراف على مبادئ الكهربية الساكنة حيث نعلم ان
الشحنة الكهربية تستقر على سطح الموصل في الحالة الكهروستاتيكية وتنقل
الشحنة الكهربية من خلال حزام من مادة عازلة وفي اغلب الاحيان من الحرير
ويحصل الحزام على الشحنة الكهربية من جهاز corona discharge وهو رأس مدبب
من مادة موصلة مطبق عليه فرق جهد عالي يصل الى 20 الف فولت وعند الرأس
المدببة حيث تزداد كثافة الشحنة علية يحدث تفريغ كهربي يعمل على تأيين
الهواء فتندفع الايونات الموجبة بقوة التنافر في اتجاه الحزام المتحرك
حاملاً شحنة موجبة إلى القشرة الكروية التي تشكل مكثف كهربي من مع الأرض.
وهذه فكرة عمل هذا المولد فعندما يتم شحن الموصل الداخلي تنتقل الشحنة إلى
القشرة الكروية المتصلة مع الموصل الداخلي كما في الشكل وتستقر الشحنة على
السطح الخارجي للقشرة وتعتمد قيمة الشحنة على العلاقة

V = Q/C

حيث C سعة المكثف وQ الشحنةو V فرق الجهد الناتج ومن الناحية النظرية فإنه
يمكن ان يزداد الجهد الكهربي إلى مالانهاية لان سعة المكثف لانهائية وكلما
ازادادت قيمة الشحنة ازدادت قيمة الجهد ولكن من الناحية العملية فإن قيمة
عالية للجهد الكهربي يؤدي إلى تأيين الهواء ويصبح موصل مما يؤدي إلى وضع حد
لزيادة فرق الجهد الكهربي الممكن الحصول عليه. وللتغلب على هذه المشكلة
يتم وضع مولد الفانديجراف في حاوية تحتوي على غاز عازل كهربيا مثل غاز SF6
عند ضغط 10 إلى 20 ضغط جوي.





يمتاز مولد فانديجراف عن مولد والتن كوكفورت باثبات قيمة فرق الجهد وهذه
مهمة جداً في دراسة مساحة مقطع التصادمات النووية لدراسة مستويات الطاقة
النووية.

تمتلك العديد من الجامعات الامريكية والمراكز البحثية مولد الفانديجراف وفي الصورة التالية نلاحظ مختبر مجهز بمولد فاندجراف.





حيث نلاحظ على اليمين من الصورة مولد الفاندجراف داخل مستودع يحتوي على غاز
عازل والجسيمات المعجلة تنطلق داخل الانبوب وفي الوسط مغناطيس يعمل على
دوران الجسيمات المعدلة باتجاه الهدف على يسار الصورة.

من المولدات المتطورة المعتمدة على مولد فانديجراف مولد تاندم فانديجراف Tandem Van de Graaff والموضح في الشكل التخطيطي التالي:





ويمكن الحصول على فرق جهد 20 مليون فولت ويستخدم هذا المعجل في دراسة تفاعل
الأيونات الثقيلة. ونلاحظ على يسار الصورة المغناطيس الذي يعمل على حرف
الجسيمات المعجلة وكذلك المغناطيس الذي يعمل على توجيه الجسيمات إلى عدة
مسارات مختلفة لكل مسار يخصص تجربة محددة.

معجل السكلترون Cyclotron accelerator
جهاز السنكلترون يعد جهاز حديث تم تصميمه في 1934 ويستخدم في تعجيل
الجسيمات المشحونة إلى سرعات هائلة تستخدم في تجارب التصادمات النووية.
وهنا ايضا يستخدم كلا من المجال الكهربي والمجال المغناطيسي لهذا الغرض.

فكرة العمل
يتكون السنكلترون من وعائين منفصلين على شكل الحرف الانجليزي D مفرغين من
الهواء لتقليل احتكاك الجسيمات المعجلة مع جزيئات الهواء. يطبق فرق جهد
متردد على طرفي الوعائين ويطبق مجال مغناطيسي عمودي على الوعائين كما هو
موضح في الشكل:





يتم اطلاق الجسيمات المراد تعجيلها في وسط المنطقة الفاصلة بين الوعائين
لتأخذ مسار دائري وتعود إلى الوسط الفاصل في فترة زمنية قدرها T/2 حيث T هو
الزمن الدوي.

وبضبط تردد فرق الجهد المطبق بين الوعائين لقلب قطبيتهما ليتوافق مع وصول
الجسم المشحون للمنطقة الفاصلة حيث يكون مجالا كهربياً يكسب الشحنة دفعة
لتزيد من سرعته وبالتالي يزداد نصف قطر الدوران للجسم المشحون تدريجياً حتى
يصل إلى نصف قطر الوعاء وعندها يخرج الجسيم المشحون من المعجل
(السنكلترون) بسرعة كبيرة تعتمد على المعادلة

v = qBr/m

وهذا يعني ان سرعة الجسيمات المعجلة تتناسب طرديا مع المجال المغناطيسي المطبق وعلى نصف القطر.

اول معجل تم تصنيعه على هذا الاساس بواسطة Lawrence and Livingston في
بيركلي بالولايات المتحدة في 1931 وكان نصف قطره 12.5 سم والمجال
المغناطيسي 1.3 تسلا وهذا انتج بروتونات معجلة بطاقة 1.2 مليون الكترون
فولت. وبعد عدة سنوات تم تطوير معجل السنكلترون ليصل نصف قطره إلى 35 سم
وطاقة تعجيل البروتونات تصل إلى 10 مليون الكترون فولت. وفي نهاية 1930 تم
بناء معجل سنكلترون نصف قطره 75 سم وطاقة تعجيل البروتونات تصل إلى 20
مليون الكترون فولت.

في الصورة التالية معجل سنكلترون في مختبر Argonne National Laboratory حيث
يتضح المغناطيس العلوي والسفلي كذلك تظهر الصورة شعاع الجسيمات التي تنطلق
من المعجل نتيجة تأينها للهواء.





المعجل الخطي Linear accelerator
يدعى هذا المعجل باسم ليناك Linac وفيه يتم تعجيل الجسيمات المشحونة على
مراحل بواسطة فرق جهد متردد كما في السينكلترون ولكن الفرق ان مسار
الجسيمات المشحونة يكون في خط مستقيم حيث لا نحتاج الى المغناطيس الباهظ
التكلفة. يتكون المعجل الخطي كما في الشكل التوضيحي التالي من عدة سلسلة من
الالكترود ذات الشكل الاسطواني والتي ترتبط ببعضها البعض من خلال مصدر فرق
جهد متردد.





تكتسب الجسيمات المعجلة طاقتها من الفجوة بين الاسطوانات نتيجة لفرق الجهد
المطبق عليها وفي داخل الاسطوانة حيث لا يوجد مجال تندفع الجسيمات تحت
تأثير قوة اندفاعها لفترة من الزمن تساوي نصف الزمن الدوري لفرق الجهد
المتردد لحين تغير قطبية فرق الجهد المطبق على الاسطوانة التي تليها.

وتعتمد فكرة عمل المعجل الخطي على التزامن بين الطاقة التي يكتسبها الجسيم
المشحون بين الاسطوانات مع المجال الكهربي المتردد المطبق على الاسطوانات
ولضبط هذا التزامن فإن طول الاسطوانة يصمم بناء على سرعة الجسيمات المعجلة
بعد كل مرحلة، فإذا كان نصف الزمن الدوري للجهد المطبق هو t/2 فإن طول
الاسطوانة رقم n يعكى بالمعادلة

Ln = vnt/2

وطاقة الحركة المكتسبة بعد مرورها من الاسطوانة رقم n يعطى بالعلاقة

1/2 mvn2 = neVo

ومن المعادلتين السابقتين يكون طول الاسطوانة n

عند خروج الجسيمات المعجلة من الاسطوانة تتعرض إلى مجال كهربي كما في الشكل التوضيحي التالي:





مثال على المعجل الخطي هو المعجل الموجود في جامعة ستانفورد في الولايات
المتحدة والذي انتج في 1967 ضمن برنامج ابحاث فيزياء الطاقة العالية وهذا
المعجل يعطي الالكترونات المعجلة طاقة تصل إلى 1.2 جيجا الكترون فولت
1.2x109 eV والتجارب التي عملت بواسطة هذا المعجل على تشتت الالكترونات
المعجلة لتحديد نصف قطر النواة.





المعجل التصادمي Colliding-Beam accelerator
يستخدم المعجل التصادمي في مجال الفيزياء النووية ذات الطاقة العالية
لانتاج جسيمات جديدة من خلال تحويل اكبر قدر ممكن من طاقة حركة الجسيمات
المعحلة إلى طاقة تكوبن (كتلة) لجسيمات جديدة. افترض شعاع من جسيمات مثل
البروتونات تم تعجيلها لتصطدم بهدف من ذرات الهيدروجين لتنتج جسيمات جديدة X
كما في المعادلة التالية:

P + P º P + P + X

يجب ان تكون طاقة الحركة اكبر من طاقة تكوين الجسيمات المنتجة ولحساب طاقة الحركة المطلوبة

 الموضوع الأصلي : المعجلات النووية   المصدر : منتديات ادهم  الكاتب: KINGADHAM
توقيع العضو : KINGADHAM


[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]


مصـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــرى



•<<<<
: حد فكر مرة .. انه يجي يلاعبني بره ... اوعى يابني تفكر ولا تعيد الكره ... لاني همسكك واحبسك في جره ... واشوطك ارميك بره المجره ... وهوا ده الاصل عالم مضطرة ...
>>>>•




[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط]
الرجوع الى أعلى الصفحة اذهب الى الأسفل
 

المعجلات النووية

استعرض الموضوع السابق استعرض الموضوع التالي الرجوع الى أعلى الصفحة 
 
صفحة 1 من اصل 1


كلمة منتديات ادهم {نحن رمز التميز}لكل الاعضاء
صلاحيات هذا المنتدى:لاتستطيع الرد على المواضيع في هذا المنتدى
منتديات أدهم ::  :: -
مرحبا بك


اسمح لي بأن أحييك .. وأرحب بك فكم يسرنا ويسعدنا انضمامك لعائلتنا المتواضعة . للتسجيل الرجاء اضغط هنـا أو هنـا

Preview on Feedage: %D9%85%D9%86%D8%AA%D8%AF%D9%8A%D8%A7%D8%AA-%D8%A3%D8%AF%D9%87%D9%85 Add to My Yahoo! منتديات أدهم Add to Google! منتديات أدهم Add to AOL! منتديات أدهم Add to MSN منتديات أدهم Add to Netvibes منتديات أدهم
Subscribe in Pakeflakes منتديات أدهم Subscribe in Bloglines منتديات أدهم Add to Windows Live منتديات أدهم iPing-it منتديات أدهم Add to Feedage RSS Alerts منتديات أدهم Add To Fwicki منتديات أدهم
Add to Spoken to You منتديات أدهم
جميع آلمشآركآت آلمكتوبه تعبّر عن وجهة نظر صآحبهآ , ولا تعبّر بأي شكل من آلأشكآل عن وجهة نظر إدآرة ,ومصميين آلمنتدى 
© phpBB | انشاء منتدى مجاني | منتدى مجاني للدعم و المساعدة | إتصل بنا | التبليغ عن محتوى مخالف | انشئ مدونتك