عدد المساهمات : 3897 تاريخ التسجيل : 09/04/2008 العمر : 56 الموقع : في قلب مصر رقم العضوية : 994 Upload Photos :
موضوع: المعجلات النووية(Nuclear Accelerators) الإثنين 28 سبتمبر - 9:53
المعجلات النووية Nuclear Accelerators إن الهدف من المعجل هو توجيه الأجسام المشحونة في شكل شعاع بإكسابه طاقة حركة باتجاه الهدف من خلال تطبيق مجالات كهربية ومغناطيسية وهناك عدة أنواع من هذه المعجلات
يتكون المعجل بصفة عامة من مصدر للجسيمات المشحونة مثل الكترونات منبعثة من فتيلة ساخنة أو 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 أقسام 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 إلكترون فولت وفي اغلب الأحيان 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 إلكترون فولت لتصل 1000 مليون إلكترون فولت. وعند هذه الطاقة يتم دراسة تصادم النيوكليونات مع أنويه العناصر وقد نتج عن هذه التصادمات توليد جسيمات أخرى مثل الميونز وفي هذا المعجلات يتم دراسة القوى النووية والتحقق تركيب النواة.
(3) المعجلات ذات الطاقة العالية: وهي تنتج شعاع من الجسيمات المعجلة بطاقة تفوق 1000 مليون إلكترون فولت. ويكون الغرض من هذه المعجلات هو إنتاج 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 إلكترون فولت.
الأجزاء 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 الكترود سالب ذو جهد 10000 فولت.
(2) ناقل الشعاع beam optics: وهو عبارة عن عدد من الموجهات المكونة من أجهزة 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، أما في حالة دراسة إنتاج 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.
ابسط أنواع 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 أن الطاقة التي يمكن أن يكتسبها الجسيم المعجل تصل إلى 10 مليون إلكترون فولت لكل وحدة شحنة وهذه الطاقة كافية لدراسة التركيب النووي للنواة.
أول معجل تم تصميمه على هذا الأساس 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 استخدم في أول تجربة نووية في التفاعل التالي P + 7Li º 4He+4He وفي الوقت الحالي فإن هذا النوع من المعجلات يعتمد على مولد فانديجراف الذي طوره العالم Van de Graaff في عام 1932 وتعتمد فكرة عمل مولد فانديجراف على مبادئ الكهربية الساكنة حيث نعلم أن الشحنة الكهربية تستقر على سطح الموصل في الحالة الكهروستاتيكية وتنقل الشحنة الكهربية من خلال حزام من مادة عازلة وفي اغلب الأحيان من الحرير ويحصل الحزام على الشحنة الكهربية من جهاز corona discharge وهو رأس مدبب من مادة موصلة مطبق عليه فرق جهد عالي يصل إلى 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 الشحنة و V فرق الجهد الناتج ومن الناحية النظرية فإنه يمكن أن يزداد الجهد الكهربي إلى مالا نهاية لان سعة المكثف لانهائية وكلما ازدادت قيمة الشحنة ازدادت قيمة الجهد ولكن من الناحية العملية فإن قيمة عالة 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 بإثبات قيمة فرق الجهد وهذه مهمة جداً في دراسة مساحة مقطع التصادمات النووية لدراسة مستويات الطاقة النووية.
تمتلك العديد من الجامعات الأمريكية 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 الأنبوب 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 أيضا 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 إطلاق 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 الدوري. وبضبط تردد فرق الجهد المطبق بين الوعائين لقلب قطبيهما 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 أنتج بروتونات معجلة بطاقة 1.2 مليون إلكترون فولت. وبعد عدة سنوات تم تطوير معجل السنكلترون ليصل نصف قطره إلى 35 سم وطاقة تعجيل البروتونات تصل إلى 10 مليون إلكترون فولت. وفي نهاية 1930 تم بناء معجل سنكلترون نصف قطره 75 سم وطاقة تعجيل البروتونات تصل إلى 20 مليون إلكترون 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 أن 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 الحهد 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 يعطى 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 أبحاث فيزياء الطاقة العالية وهذا المعجل يعطي الالكترونات المعجلة طاقة تصل إلى 1.2 جيجا إلكترون فولت 1.2x109 eV والتجارب التي عملت بواسطة هذا المعجل على تشتت الالكترونات المعجلة لتحديد نصف قطر النواة.
معجل خطي في Los Alamos Meson Physics Laboratory يبلغ طوله نصف ميل
المعجل التصادمي Colliding-Beam accelerator
يستخدم المعجل التصادمي في مجال الفيزياء النووية ذات الطاقة العالية لإنتاج جسيمات جديدة من خلال تحويل اكبر قدر ممكن من طاقة حركة الجسيمات المعجلة إلى طاقة تكوبن (كتلة) لجسيمات جديدة. افترض شعاع من جسيمات مثل البروتونات تم تعجيلها لتصطدم بهدف من ذرات الهيدروجين لتنتح جسيمات جديدة X كما في المعادلة التالية: P + P º P + P + X
يجب أن تكون طاقة الحركة اكبر من طاقة تكوين الجسيمات المنتجة ولحساب طاقة الحركة المطلوبة
life for rent مشرف عام منتدى الهندسة المدنية
عدد المساهمات : 1418 تاريخ التسجيل : 12/05/2009 العمر : 36 الموقع : Cairo رقم العضوية : 3530 Upload Photos :
موضوع: رد: المعجلات النووية(Nuclear Accelerators) الثلاثاء 29 سبتمبر - 15:56
موضوع جميل اووى ياباشمهندسة وانا قريت برضه انهم بيستخدموه فى السيارات
Two of the biggest energy-related stories of late have been the push toward alternative automotive fuels and a newfound enthusiasm for nuclear power. What better time, then, to dust down the blueprints for the Ford Nucleon, a nuclear-powered concept car that was developed in the late 1950s? The Nucleon got its thrust from a small onboard nuclear reactor in the form of a radioactive core suspended between twin booms to the rear of the driver. The Nucleon' passenger compartment featured a one-piece, pillarless windshield and compound rear window, and was topped by a cantilever roof. Ford claimed that the car had a potential range of up to 5,000 miles--depending on the size of its core--after which it would need to be recharged at a dedicated charging station.
eng_nemooo مهندس بيشارك كويس
عدد المساهمات : 130 تاريخ التسجيل : 25/02/2009 العمر : 35 رقم العضوية : 2081 الأوسمه : Upload Photos :
موضوع: رد: المعجلات النووية(Nuclear Accelerators) الثلاثاء 29 سبتمبر - 16:06
شكرا ليكي "بنت مصر" عالمعلومات الرائعة
عبير رمضان مراقب عام المنتديات
عدد المساهمات : 3897 تاريخ التسجيل : 09/04/2008 العمر : 56 الموقع : في قلب مصر رقم العضوية : 994 Upload Photos :
موضوع: رد: المعجلات النووية(Nuclear Accelerators) الثلاثاء 6 أكتوبر - 1:17
شكراً جزيلاً للمرور الكريم
Leave Me Alone عضو بدرجة مهندس إستشارى
عدد المساهمات : 2909 تاريخ التسجيل : 01/02/2009 العمر : 34 الموقع : Every Where رقم العضوية : 1981 Upload Photos :
موضوع: رد: المعجلات النووية(Nuclear Accelerators) الثلاثاء 6 أكتوبر - 9:39
حسين تاج الدين عضو بدرجة مهندس إستشارى
عدد المساهمات : 2139 تاريخ التسجيل : 28/08/2009 العمر : 33 الموقع : في قلوب الاحبه الأوسمه : Upload Photos : أهم مواضيعى :
حكمه ...
حين تفقد شيئاً يخصك . . تذكر أن كل شئ قد كان في لوحة القـدر
. . قبل أن تكون شخصا من بين ملايين البشر. . إن خسرت شيئا
. . فتذكر أنك قد كسبت أشياء . . و إن فاتك موعد
. . فتذكر أنك قد تلحق موعــداً! ! مهما كان الألم مريراً ومهما كان القادم مجهولا .
....... افتح عينك للأحلام و الطموح . . فغداً يوم جديد . . وغداً أنت شخص جديد
موضوع: رد: المعجلات النووية(Nuclear Accelerators) الثلاثاء 6 أكتوبر - 9:54
عدد المساهمات : 5020 تاريخ التسجيل : 25/06/2007 العمر : 37 الموقع : سرى رقم العضوية : 10 Upload Photos :
موضوع: رد: المعجلات النووية(Nuclear Accelerators) الثلاثاء 6 أكتوبر - 10:13
موضوع متميز شكرااااا
eng_masrya كبير مهندسين
عدد المساهمات : 523 تاريخ التسجيل : 18/08/2009 العمر : 33 Upload Photos :
موضوع: رد: المعجلات النووية(Nuclear Accelerators) الثلاثاء 6 أكتوبر - 11:56
شكرا للموضوع المفيد
ومواضيع حضرتك دايما بتكون جميلة بارك الله فيكى انا درست السيكلترون فى اعدادى وكنت بحبه جداااا لكن ايه هى (النيوكليونات)و(الميونز) ؟؟ افادك الله
عبير رمضان مراقب عام المنتديات
عدد المساهمات : 3897 تاريخ التسجيل : 09/04/2008 العمر : 56 الموقع : في قلب مصر رقم العضوية : 994 Upload Photos :
موضوع: رد: المعجلات النووية(Nuclear Accelerators) الثلاثاء 6 أكتوبر - 23:29
شكراً للجميع علي المرور الكريم
عبير رمضان مراقب عام المنتديات
عدد المساهمات : 3897 تاريخ التسجيل : 09/04/2008 العمر : 56 الموقع : في قلب مصر رقم العضوية : 994 Upload Photos :
موضوع: رد: المعجلات النووية(Nuclear Accelerators) الثلاثاء 6 أكتوبر - 23:34
engmasrya كتب:
شكرا للموضوع المفيد
ومواضيع حضرتك دايما بتكون جميلة بارك الله فيكى انا درست السيكلترون فى اعدادى وكنت بحبه جداااا لكن ايه هى (النيوكليونات)و(الميونز) ؟؟ افادك الله
شكراً جزيلاً يابشمهندسه لمرورك الكريم
وبالنسبه لاسئلتك :
تسمي مكونات النواة النيوكليونات وهي :
تشمل –البروتونات – النيوترونات
الميونز muons
جسيمات أولية تدعى الميونز muons وهي جسيمات اولية مثلها مثل الإلكترون والبروتون والنيوترون والكوارك وجسيمات بيتا. ولكن الميون هو جسيم غير مستقر (يتحول إلى الكترون بعد فترة زمنية محددة) يحمل شحنة تساوي شحنة الإلكترون وكتلته تعادل 207 كتلة الإلكترون. تنتج هذه الميونات في طبقات الغلاف الجوي العليا نتيجة لامتصاص الأشعة الكونية في طبقات الغلاف الجوي. هذه الميونات لها عمر يساوي 2 ميكروثانية حسب القياسات التي أجريت في المختبر ويعتبر هذا هو العمر الأصلي للميونات
eng_masrya كبير مهندسين
عدد المساهمات : 523 تاريخ التسجيل : 18/08/2009 العمر : 33 Upload Photos :
موضوع: رد: المعجلات النووية(Nuclear Accelerators) الأربعاء 7 أكتوبر - 7:47
موضوع: المعجلات النووية(Nuclear Accelerators) 
الإثنين 28 سبتمبر - 9:53
