شبكة العراب ابن العرندس
في ظل المتاهات التي تخيم على الشبكات
نتمنى أن نكون طريقكم ألى ما ينفعكم

انضم إلى المنتدى ، فالأمر سريع وسهل

شبكة العراب ابن العرندس
في ظل المتاهات التي تخيم على الشبكات
نتمنى أن نكون طريقكم ألى ما ينفعكم
شبكة العراب ابن العرندس
هل تريد التفاعل مع هذه المساهمة؟ كل ما عليك هو إنشاء حساب جديد ببضع خطوات أو تسجيل الدخول للمتابعة.
تسجيل صفحاتك المفضلة في مواقع خارجية

تسجيل صفحاتك المفضلة في مواقع خارجية reddit      

قم بحفض و مشاطرة الرابط شبكة العراب ابن العرندس على موقع حفض الصفحات

مواضيع ثابتة
اسماء الرياح وأنواعها _______________________________________ اسماء أيام الأسبوع في الجاهلية _______________________________________ سبب تسمية الاشهر الهجرية ----------------------------------- شبكة العراب الاخبارية al3rab news

دخول

لقد نسيت كلمة السر

مارس 2024
الأحدالإثنينالثلاثاءالأربعاءالخميسالجمعةالسبت
     12
3456789
10111213141516
17181920212223
24252627282930

اليومية اليومية


لمعجلات النووية Nuclear Accelerators

اذهب الى الأسفل

ثثثثث لمعجلات النووية Nuclear Accelerators

مُساهمة من طرف رانيا 2010-03-01, 5:32 pm

لمعجلات 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








لمعجلات النووية Nuclear Accelerators Particlesmash





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 الكترود سالب ذو جهد 10000 فولت.







لمعجلات النووية Nuclear Accelerators Accele1





(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 و
q

شحنة الجسيمات المعجلة و
E

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








لمعجلات النووية Nuclear Accelerators Accele2





وتسمى هذه

الطريقة بمضاعفة فرق الجهد


voltage

multiplication


ةاستخدم 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









لمعجلات النووية Nuclear Accelerators Accele3





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 و
Q

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 عالة للجهد الكهربي يوئدي 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





لمعجلات النووية Nuclear Accelerators Accele4














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












لمعجلات النووية Nuclear Accelerators Accele5





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:










لمعجلات النووية Nuclear Accelerators Accele6




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





لمعجلات النووية Nuclear Accelerators Accele7









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.





لمعجلات النووية Nuclear Accelerators Accele8




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.










لمعجلات النووية Nuclear Accelerators Accele9













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.





لمعجلات النووية Nuclear Accelerators Accele10




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

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:







لمعجلات النووية Nuclear Accelerators Accele12





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.





لمعجلات النووية Nuclear Accelerators Accele13




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 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 لتنتح 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 المطلوية










لمعجلات النووية Nuclear Accelerators Accele1




لمعجلات النووية Nuclear Accelerators Accele2
رانيا
رانيا

عدد الرسائل : 123
العراب ابن العرندس :
لمعجلات النووية Nuclear Accelerators Left_bar_bleue0 / 1000 / 100لمعجلات النووية Nuclear Accelerators Right_bar_bleue

عدد رسائل sms : 3
نقاط : 200
تاريخ التسجيل : 24/02/2010

الرجوع الى أعلى الصفحة اذهب الى الأسفل

الرجوع الى أعلى الصفحة

- مواضيع مماثلة

 
صلاحيات هذا المنتدى:
لاتستطيع الرد على المواضيع في هذا المنتدى