ارشیو تحقیقات شیمی

Laserinduzierte Fluoreszenzmessungen (LIF) bieten die Möglichkeit, Spurenstoffe, die zum Teil flüchtig sind, nachzuweisen. Ein energiereicher Laserstrahl wird benutzt, um bei geeigneter Wahl der Wellenlänge Atome oder Moleküle in einen höheren Energiezustand anzuregen. Die anschließende Emission, d.h. das beim Übergang vom Anregungszustand in einen tieferen Energiezustand emittierte Licht, bezeichnet man als Fluoreszenz.

Bild 1: Energieniveaus und LIF-Schema für Stickstoffmonoxid (NO)

Am Institut für Raumfahrtsysteme steht ein Lasersystem der Firma Lambda Physik (Göttingen) zur experimentellen Untersuchung von Plasmaströmungen und Hitzeschutzmaterialien zur Verfügung. Das Lasersystem setzt sich zusammen aus einem Excimerlaser COMPex 201, der als Pumpquelle für einen Farbstofflaser SCANmate 2E dient. Um die für eine elektronische Anregung meist notwendige ultraviolette Strahlung zu erzeugen, ist dem Farbstofflaser eine Frequenzverdopplungseinheit nachgeschaltet. Mit diesem Aufbau ist es möglich, durch
geeignete Wahl des Farbstoffes, jede erforderliche Wellenlänge zu erreichen.

Die Versuche werden sowohl an Kaltgastestständen als auch an den IRS-Plasmawindkanälen durchgeführt. Dabei werden derzeit zwei Ziele verfolgt:

Charakterisierung der Plasmaströmungen für Wiedereintrittssimulationen und Untersuchung der Grenzschicht vor Sondenkörpern.

Bestimmung der Teilchendichten in Xenon-Ionentriebwerken zur Optimierung der elektrischen Antriebe.

Am IRS wird dabei versucht, folgende Messgrößen zu ermitteln:

Bestimmung von absoluten Teilchenkonzentrationen von NO, N, O, CO, Xe.
Bestimmung von Rotations- und Translationtemperaturen.
Bestimmung von Teilchengeschwindigkeiten.

Bestimmung der relativen Teilchenkonzentrationen von Siliziummonoxid SiO im Erosionsprozess von Hitzeschutzmaterialien.

Bild 2: Schematisch dargestellter Aufbau für Messungen am PWK1

Bei Fragen oder Anregungen wenden Sie sich bitte an Stefan Löhle

منبع

Laser induced fluorescence in the plasma wind tunnels of IRS

A big part of our knowledge of the structure of atoms or molecules is being provided by laserdiagnostic measurement methods. Laser-based techniques offer the capability for nonintrusive, spatially and temporally resolved measurements of a host of important erosion parameters. The interaction between electromagnetic radiation and particles leads to absorption or emission spectras, from which one can extract informations about the behaviour of species under investigation. It is of basic interest for further developments, that chemical processes of thermal protection materials are well examined and understood. The method of laser induced fluorescence can make a contribution to this objective. It offers the possibility to investigate species under interest in a selective way, just by choosing the appropriate wavelength. Fluorescence is the emission of light from an atom or molecule following promotion to an excited state by photon absorption.

At the Institute for Space Systems, in cooperation with the Institute for Thermodynamics, is a laser system available to experimentally examine plasma beams and thermal protection materials as well as supersonic flows. This work is funded by the Deutsche Forschungsgesellschaft in a special research program (SFB 259). The laser system consists of an excimer laser Lambda Physik COMPex201, a dye laser Lambda Physik SCANmate 2E and a second harmonic generator to doubble the frequency. It is possible to obtain wavelengths from around 200 nanometers up to 1050 nanometers by choosing the desired dye.

Objectives of the project „LIF in the plasma wind tunnels of IRS"

Determination of density distributions.
Determination of rotational and translational temperatures.
Determination of particle velocity.

With species under investigation:

nitrogen oxid NO
silicon oxide SiO
atomic nitrogen N
atomic oxygen O

For further informations please contact feigl@irs.uni-stuttgart.de

منبع

عرق نعنا و شربت انار

شعبده باز دو بطري روي ميز دارد . يکي محتوي مايع قرمز خوشرنگ ، که اتيکت " شربت انار " دارد و ديگر حاوي مايع بي رنگ است که در اتيکت آن " عرق نعنا " نوشته شده است . دو تنگ شيشه اي به ظاهر پر از آب هم کنار آنها ديده مي شود . دو ليوان خالي روي ميز قار دارد . او در يک ليوان کمي شربت انار و در ديگري کمي عرق نعنا مي ريزد و اظهار مي دارد که آنها خيلي غليظ هستند و بايد با آب رقيق شوند . از تنگ اول هر دو را تا نصف پر مي کند ، ناگهان رنگ آنها عوض مي شود . عرق نعنا به شربت انار تبديل مي شود و شربت انار هم به عرق نعنا تبديل مي شود . دوباره روي آنها از تنگ دوم مي ريزد هر دو به رنگ اول خود در مي آيند

http://daneshjoygachsaran.parsiblog.com/634781.htm

محتوي بطري "شربت انار" عبارت است از آب ، به اضافه ي کمي فوشين که در الکل حل شده است . محتوي بطري " عرق نعنا " را نيز آب و چند قطره محلول فنل فتالئين در الکل تشکيل مي دهد .

در تنگ اول هم آمونياک و در تنگ دوم هم اسيد استيک به جاي اب ريخته شده است . با ريختن آمونياک روي شربت انار رنگ قرمز آن زايل شده و در حالي که عرق نعنا قرمز مي شود . اما با ريختن اسيد استيک رقيق هر دوي آنها به رنگ اوليه ي خود در مي آيند .

با کوچک‌تر شدن ساختارهای مس، استحکام آن افزایش می‌یابد؛ اما زمانی که اندازه‌ی ساختارها کوچک‌تر از 15 نانومتر باشد فلز به‌شکلی غیرمنتظره شروع به نرم شدن می‌کند.

موفقیت دانشمندان

به تولید نانومس با استحکامی چهار برابر مس معمولی

با کوچک‌تر شدن ساختارهای مس، استحکام آن افزایش می‌یابد؛ اما زمانی که اندازه‌ی ساختارها کوچک‌تر از 15 نانومتر باشد فلز به‌شکلی غیرمنتظره شروع به نرم شدن می‌کند.

محققان نشان داده‌اند می‌توان فلز مسی تولید کرد که در عین حفظ انعطاف‌پذیری، استحکام آن چهار برابر مس تجاری باشد.

به‌گزارش خبرگزاری دانشجویان ایران (ایسنا)، از آن‌جایی که رسانایی الکتریکی و حرارتی این نوع از مس هم‌چنان خوب است می‌توان از آن برای تولید رساناهای الکتریکی استفاده کرد که از استحکام مکانیکی بالایی برخوردارند.

استحکام یک فلز به میکروساختار آن بستگی دارد؛ هرچه میکروساختار یک فلز کوچک‌تر باشد استحکام آن بیش‌تر است. اما ممکن است این سؤال پیش بیاید که آیا این قاعده‌ی بنیادی در مورد ساختارهای بسیار کوچک نیز صدق می‌کند؟

دانشمندان مواد در سراسر دنیا با این چالش مواجه بوده‌اند؛ حال یک گروه پژوهشی مشترک از محققان چینی و دانمارکی پژوهش‌هایی انجام داده‌اند که منجر به درک بیش‌تر ما از این موضوع شده است.

نتایج به‌دست آمده از نظر علمی بسیار مهم هستند اما در عین حال از نظر فناوری نیز جالب هستند.

همان‌گونه که انتظار می‌رفت با کوچک‌تر شدن ساختارهای مس، استحکام آن افزایش می‌یابد؛ اما زمانی که اندازه‌ی ساختارها کوچک‌تر از 15 نانومتر باشد فلز به‌شکلی غیرمنتظره شروع به نرم شدن می‌کند.

با استفاده از مطالعه‌های میکروسکوپی که روی این ساختارها انجام شده است فرایندهای فیزیکی‌ای شناسایی شده‌اند که منجر به این نرم شدن غیرعادی می‌شوند.

نانوفلزهای ابرسخت برای ادامه‌ی این پروژه‌ی پژوهشی مشترک، ایده‌ال بوده و به‌کارگیری آن‌ها در کاربردهای عملی بسیار نویدبخش است.

نتایج این تحقیق در شماره‌ی 30 ژانویه‌ی 2009 در مجله‌ی «ساینس» (Science) منتشر شده است.

منبع خبر : ايسنا

Cytotoxicity

From Wikipedia, the free encyclopedia

Jump to: navigation, search

Cytotoxicity is the quality of being toxic to cells. Examples of toxic agents are a chemical substance, an immune cell or some types of venom e.g. from the puff adder or brown recluse spider.

Contents

[hide]

[edit] Cell Physiology

Treating cells with a cytotoxic compound can result in a variety of cell fates. The cells may undergo necrosis, in which they lose membrane integrity and die rapidly as a result of cell lysis. The cells can stop actively growing and dividing (a decrease in cell viability), or the cells can activate a genetic program of controlled cell death (apoptosis).

Cells undergoing necrosis typically exhibit rapid swelling, lose membrane integrity, shut down metabolism and release their contents into the environment. Cells that undergo rapid necrosis in vitro do not have sufficient time or energy to activate apoptotic machinery and will not express apoptotic markers.^[1] Apoptosis is characterized by well defined cytological and molecular events including a change in the refractive index of the cell, cytoplasmic shrinkage, nuclear condensation and cleavage of DNA into regularly sized fragments.^[2] Cells in culture that are undergoing apoptosis eventually undergo secondary necrosis. They will shut down metabolism, lose membrane integrity and lyse.^[2][3]

[edit] Measuring Cytotoxicity

Cytotoxicity assays are widely used by the pharmaceutical industry to screen for cytotoxicity in compound libraries. Researchers can either look for cytotoxic compounds, if they are interested in developing a therapeutic that targets rapidly dividing cancer cells, for instance; or they can screen "hits" from initial high-throughput drug screens for unwanted cytotoxic effects before investing in their development as a pharmaceutical.

Assessing cell membrane integrity is one of the most common ways to measure cell viability and cytotoxic effects. Compounds that have cytotoxic effects often compromise cell membrane integrity. Vital dyes, such as trypan blue or propidium iodide are normally excluded from the inside of healthy cells; however, if the cell membrane has been compromised, they freely cross the membrane and stain intracellular components.^[3] Alternatively, membrane integrity can be assessed by monitoring the passage of substances that are normally sequestered inside cells to the outside. One commonly measured molecule is lactate dehydrogenase (LDH).^[4] Protease biomarkers have been identified that allow researchers to measure relative numbers of live and dead cells within the same cell population. The live-cell protease is only active in cells that have a healthy cell membrane, and loses activity once the cell is compromised and the protease is exposed to the external environment. The dead-cell protease cannot cross the cell membrane, and can only be measured in culture media after cells have lost their membrane integrity.^[5]

Cytotoxicity can also be monitored using the MTT or MTS assay. This assay measures the reducing potential of the cell using a colorimetric reaction. Viable cells will reduce the MTS reagent to a colored formazan product. A similar redox-based assay has also been developed using the fluorescent dye, resazurin. In addition to using dyes to indicate the redox potential of cells in order to monitor their viability, researchers have developed assays that use ATP content as a marker of viability.^[3] Such ATP-based assays include bioluminescent assays in which ATP is the limiting reagent for the luciferase reaction.^[6]

Cytotoxicity can also be measured by the Sulforhodamine B (SRB) assay, WST assay and clonogenic assay.

A label-free approach to follow the cytotoxic response of adherent animal cells in real-time is based on electric impedance measurements when the cells are grown on gold-film electrodes. This technology is referred to as Electric cell-substrate impedance sensing or short ECIS. Label-free real-time techniques provide the kinetics of the cytotoxic response rather than just a snapshot like in many colorimetric endpoint assays.

[edit] Immune System Cytotoxicity

Antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity (ADCC) describes the cell-killing ability of certain lymphocytes, which requires the target cell being marked by an antibody. Lymphocyte-mediated cytotoxicity, on the other hand, does not have to be mediated by antibodies; nor does complement-dependent cytotoxicity (CDC), which is mediated by the complement system.

Three groups of cytotoxic lymphocytes are distinguished:

[edit] References

^ Promega Corporation (2006) Protocols and Applications Guide. Cell Viability.
^ ^a ^b Promega Corporation (2007) Protocols and Applications Guide. Apoptosis.
^ ^a ^b ^c Riss TL, Moravec RA (February 2004). "Use of multiple assay endpoints to investigate the effects of incubation time, dose of toxin, and plating density in cell-based cytotoxicity assays". Assay Drug Dev Technol 2 (1): 51–62. doi:10.1089/154065804322966315. PMID 15090210.
^ Decker T, Lohmann-Matthes ML (November 1988). "A quick and simple method for the quantitation of lactate dehydrogenase release in measurements of cellular cytotoxicity and tumor necrosis factor (TNF) activity". J. Immunol. Methods 115 (1): 61–9. PMID 3192948.
^ Niles AL, Moravec RA, Eric Hesselberth P, Scurria MA, Daily WJ, Riss TL (July 2007). "A homogeneous assay to measure live and dead cells in the same sample by detecting different protease markers". Anal. Biochem. 366 (2): 197–206. doi:10.1016/j.ab.2007.04.007. PMID 17512890.
^ Fan F, Wood KV (February 2007). "Bioluminescent assays for high-throughput screening". Assay Drug Dev Technol 5 (1): 127–36. doi:10.1089/adt.2006.053. PMID 17355205.

[edit] External links

This medical article is a stub. You can help Wikipedia by expanding it.

http://en.wikipedia.org/wiki/Cytotoxicity

Cytotoxic T cell

From Wikipedia, the free encyclopedia

Jump to: navigation, search

Antigen presentation stimulates T cells to become either "cytotoxic" CD8+ cells or "helper" CD4+ cells.

A cytotoxic T cell (also known as T_C, CTL, T-Killer cell, cytolytic T cell, CD8+ T-cells or killer T cell) belongs to a sub-group of T lymphocytes (a type of white blood cell) that are capable of inducing the death of infected somatic or tumor cells; they kill cells that are infected with viruses (or other pathogens), or are otherwise damaged or dysfunctional. Most cytotoxic T cells express T-cell receptors (TCRs) that can recognize a specific antigenic peptide bound to Class I MHC molecules, present on all nucleated cells, and a glycoprotein called CD8, which is attracted to non-variable portions of the Class I MHC molecule. The affinity between CD8 and the MHC molecule keeps the T_C cell and the target cell bound closely together during antigen-specific activation. CD8+ T cells are recognized as T_C cells once they become activated and are generally classified as having a pre-defined cytotoxic role within the immune system.

Contents

[hide]

[edit] Cytotoxic T cell development

Development of single positive T cells in the thymus

Hematopoietic stem cells in the bone marrow migrate into the thymus, where they undergo VDJ recombination of their beta-chain TCR DNA to form a developmental form of the TCR protein, known as pre-TCR. If that rearrangement is successful, the cells then rearrange their alpha-chain TCR DNA to create a functional alpha-beta TCR complex. This highly-variable genetic rearrangement product in the TCR genes helps create millions of different T cells with different TCRs, helping the body's immune system respond to virtually any protein of an invader. The vast majority of T cells express alpha-beta TCRs (αβ T cells), but some T cells in epithelial tissues (like the gut) express gamma-delta TCRs (γδ T cells), which recognize non-protein antigens.

T cells with functionally stable TCRs express both the CD4 and CD8 co-receptors and are therefore termed "double-positive" (DP) T cells (CD4+CD8+). The double-positive T cells are exposed to a wide variety of self-antigens in the thymus and undergo two selection criteria:

(1) positive selection, in which those double-positive T cells that bind too weakly to MHC-presented self antigens undergo apoptosis because of their inability to recognize MHC-protein complexes.
(2) negative selection, in which those double-positive T cells that bind too strongly to MHC-presented self antigens undergo apoptosis because their propensity (an often intense natural inclination or preference) to become autoreactive could lead to autoimmunity.

Only those T cells that bind to the MHC-self-antigen complexes weakly are positively selected. Those cells that survive positive and negative selection differentiate into single-positive T cells (either CD4+ or CD8+), depending on whether their TCR recognizes an MHC class I-presented antigen (CD8) or an MHC class II-presented antigen (CD4). It is the CD8+ T-cells that will mature and go on to become cytotoxic T cells following their activation with a class I-restricted antigen.

[edit] Cytotoxic T cell activation

With an exception of some cell types, such as non-nucleated cells (including erythrocytes), Class I MHC is expressed by all host cells. When these cells are infected with a virus (or another intracellular pathogen), the cells degrade foreign proteins via antigen processing. These result in peptide fragments, some of which are presented by MHC Class I to the T cell antigen receptor (TCR) on CD8+ T cells.

The activation of cytotoxic T cells is dependent on several simultaneous interactions between molecules expressed on the surface of the T cell and molecules on the surface of the antigen-presenting cell (APC). For instance, consider the two signal model for T_C cell activation.

Signal	T cell	APC	Description
first signal	TCR	peptide-bound MHC class I molecule	There is a second interaction between the CD8 coreceptor and the class I MHC molecule to stabilize this signal.
second signal	CD28 molecule on the T cell	either CD80 or CD86 (also called B7-1 and B7-2)	CD80 and CD86 are known as costimulators for T cell activation. This second signal can be assisted (or replaced) by stimulating the T_C cell with cytokines released from helper T cells.

Once activated, the T_C cell undergoes clonal expansion with the help of a cytokine called Interleukin-2 (IL-2) that is a growth and differentiation factor for T cells. This increases the number of cells specific for the target antigen that can then travel throughout the body in search of antigen-positive somatic cells.

[edit] Cytotoxic T cell effector functions

When exposed to infected/dysfunctional somatic cells, T_C cells release the cytotoxins perforin and granulysin. Perforin forms pores in the target cell's plasma membrane allowing granzymes, types of serine proteases, to enter the target cell, which then activate a series of enzymes, the caspase cascade, that eventually lead to apoptosis (programed cell death). A second way to induce apoptosis is via cell-surface interactions between the T_C and the infected cell. When a T_C is activated it starts to express the surface protein FAS ligand (FasL), which can bind to Fas molecules expressed on the target cell. However, this Fas-Fas ligand interaction is thought to be more important to the disposal of unwanted T lymphocytes during their development or to the lytic activity of certain T_H cells than it is to the cytolytic activity of T_C effector cells.

[edit] Cytotoxic T cell role in disease pathogenesis

Hepatitis B virus (HBV) infection

During HBV infection cytotoxic T cells play an important pathogenetic role. They contribute to nearly all of the liver injury associated with HBV infection and, by killing infected cells and by producing antiviral cytokines capable of purging HBV from viable hepatocytes, cytotoxic T cells also eliminate the virus.^[1] Recently platelets have been shown to facilitate the accumulation of virus-specific cytotoxic T cells into the infected liver.^[2]

[edit] References

^ Iannacone M. et al (2006). "Pathogenetic and antiviral immune responses against hepatitis B virus". Future Virology 1 (2): 189-196. doi:10.2217/17460794.1.2.189 Future Virology].
^ Iannacone M. et al (2005). "Platelets mediate cytotoxic T lymphocyte-induced liver damage". Nat Med 11: 1167–1169.

http://en.wikipedia.org/wiki/Cytotoxic_T_cell

http://www.nanofan.ir/

http://www.4800.blogfa.com/

Corrosion

Jump to: navigation, search

For the hazard, see corrosive.

Mechanical failure modes
Buckling
Corrosion
Creep
Fracture
Impact
Melting
Mechanical overload
Rupture
Thermal shock
Wear
Yielding
This box: view • talk • edit

Corrosion means the breaking down of essential properties in a material due to chemical reactions with its surroundings. In the most common use of the word, this means a loss of electrons of metals reacting with water and oxygen. Weakening of iron due to oxidation of the iron atoms is a well-known example of electrochemical corrosion. This is commonly known as rust. This type of damage usually affects metallic materials, and typically produces oxide(s) and/or salt(s) of the original metal. Corrosion also includes the dissolution of ceramic materials and can refer to discoloration and weakening of polymers by the sun's ultraviolet light.

Most structural alloys corrode merely from exposure to moisture in the air, but the process can be strongly affected by exposure to certain substances (see below). Corrosion can be concentrated locally to form a pit or crack, or it can extend across a wide area to produce general deterioration. While some efforts to reduce corrosion merely redirect the damage into less visible, less predictable forms, controlled corrosion treatments such as passivation and chromate-conversion will increase a material's corrosion resistance.

Rust, the most familiar example of corrosion.

Corrosion on exposed metal.

Electrochemical theory

Main article: Electrochemistry

One way to understand the structure of metals on the basis of particles is to imagine an array of positively-charged ions sitting in a negatively-charged "gas" of free electrons. Coulombic attraction holds these oppositely-charged particles together, but the positively-charged ions are attracted to negatively charged particles outside the metal as well, such as the negative ions (anions) in an electrolyte. For a given ion at the surface of a metal, there is a certain amount of energy to be gained or lost by dissolving into the electrolyte or becoming a part of the metal, which reflects an atom-scale tug-of-war between the electron gas and dissolved anions. The quantity of energy then strongly depends on a host of variables, including the types of ions in a solution and their concentrations, and the number of electrons present at the metal's surface. In turn, corrosion processes cause electrochemical changes, meaning that they strongly affect all of these variables. The overall interaction between electrons and ions tends to produce a state of local thermodynamic equilibrium that can often be described using basic chemistry and a knowledge of initial conditions

Galvanic corrosion

Main article: Galvanic corrosion

Galvanic corrosion occurs when two different metals electrically contact each other and are immersed in an electrolyte. In order for galvanic corrosion to occur, an electrically conductive path and an ionically conductive path are necessary. This effects a galvanic couple where the more active metal corrodes at an accelerated rate and the more noble metal corrodes at a retarded rate. When immersed, neither metal would normally corrode as quickly without the electrically conductive connection (usually via a wire or direct contact). Galvanic corrosion is often utilised in sacrificial anodes. What type of metal(s) to use is readily determined by following the galvanic series. For example, zinc is often used as a sacrificial anode for steel structures, such as pipelines or docked naval ships. Galvanic corrosion is of major interest to the marine industry and also anywhere water can contact pipes or metal structures.

Factors such as relative size of anode (smaller is generally less desirable), types of metal, and operating conditions (temperature, humidity, salinity, etc.) will affect galvanic corrosion. The surface area ratio of the anode and cathode will directly affect the corrosion rates of the materials.

Galvanic series

Main article: Galvanic series

In a given sea environment (one standard medium is aerated, room-temperature seawater), one metal will be either more noble or more active than the next, based on how strongly its ions are bound to the surface. Two metals in electrical contact share the same electron gas, so that the tug-of-war at each surface is translated into a competition for free electrons between the two materials. The noble metal will tend to take electrons from the active one, while the electrolyte hosts a flow of ions in the same direction. The resulting mass flow or electrical current can be measured to establish a hierarchy of materials in the medium of interest. This hierarchy is called a galvanic series, and can be a very useful in predicting and understanding corrosion.

Resistance to corrosion

Some metals are more intrinsically resistant to corrosion than others, either due to the fundamental nature of the electrochemical processes involved or due to the details of how reaction products form. For some examples, see galvanic series. If a more susceptible material is used, many techniques can be applied during an item's manufacture and use to protect its materials from damage.

Intrinsic chemistry

Gold nuggets do not naturally corrode, even on a geological time scale.

The materials most resistant to corrosion are those for which corrosion is thermodynamically unfavorable. Any corrosion products of gold or platinum tend to decompose spontaneously into pure metal, which is why these elements can be found in metallic form on Earth, and is a large part of their intrinsic value. More common "base" metals can only be protected by more temporary means.

Some metals have naturally slow reaction kinetics, even though their corrosion is thermodynamically favorable. These include such metals as zinc, magnesium, and cadmium. While corrosion of these metals is continuous and ongoing, it happens at an acceptably slow rate. An extreme example is graphite, which releases large amounts of energy upon oxidation, but has such slow kinetics that it is effectively immune to electrochemical corrosion under normal conditions.

Passivation

Main article: Passivation

Given the right conditions, a thin film of corrosion products can form on a metal's surface spontaneously, acting as a barrier to further oxidation. When this layer stops growing at less than a micrometre thick under the conditions that a material will be used in, the phenomenon is known as passivation (rust, for example, usually grows to be much thicker, and so is not considered passivation, because this mixed oxidized layer is not protective). While this effect is in some sense a property of the material, it serves as an indirect kinetic barrier: the reaction is often quite rapid unless and until an impermeable layer forms. Passivation in air and water at moderate pH is seen in such materials as aluminium, stainless steel, titanium, and silicon.

These conditions required for passivation are specific to the material. The effect of pH is recorded using Pourbaix diagrams, but many other factors are influential. Some conditions that inhibit passivation include: high pH for aluminum, low pH or the presence of chloride ions for stainless steel, high temperature for titanium (in which case the oxide dissolves into the metal, rather than the electrolyte) and fluoride ions for silicon. On the other hand, sometimes unusual conditions can bring on passivation in materials that are normally unprotected, as the alkaline environment of concrete does for steel rebar. Exposure to a liquid metal such as mercury or hot solder can often circumvent passivation mechanisms.

Corrosion in passivated materials

Passivation is extremely useful in alleviating corrosion damage, but care must be taken not to trust it too thoroughly. Even a high-quality alloy will corrode if its ability to form a passivating film is hindered. Because the resulting modes of corrosion are more exotic and their immediate results are less visible than rust and other bulk corrosion, they often escape notice and cause problems among those who are not familiar with them.

Pitting corrosion

Main article: Pitting corrosion

Certain conditions, such as low concentrations of oxygen or high concentrations of species such as chloride which compete as anions, can interfere with a given alloy's ability to re-form a passivating film. In the worst case, almost all of the surface will remain protected, but tiny local fluctuations will degrade the oxide film in a few critical points. Corrosion at these points will be greatly amplified, and can cause corrosion pits of several types, depending upon conditions. While the corrosion pits only nucleate under fairly extreme circumstances, they can continue to grow even when conditions return to normal, since the interior of a pit is naturally deprived of oxygen and locally the pH decreases to very low values and the corrosion rate increases due to an auto-catalitic process. In extreme cases, the sharp tips of extremely long and narrow can cause stress concentration to the point that otherwise tough alloys can shatter, or a thin film pierced by an invisibly small hole can hide a thumb sized pit from view. These problems are especially dangerous because they are difficult to detect before a part or structure fails. Pitting remains among the most common and damaging forms of corrosion in passivated alloys, but it can be prevented by control of the alloy's environment, which often includes ensuring that the material is exposed to oxygen uniformly (i.e., eliminating crevices)

Weld decay and knifeline attack

Main article: Intergranular corrosion

Stainless steel can pose special corrosion challenges, since its passivating behavior relies on the presence of a minor alloying component (Chromium, typically only 18%). Due to the elevated temperatures of welding or during improper heat treatment, chromium carbides can form in the grain boundaries of stainless alloys. This chemical reaction robs the material of chromium in the zone near the grain boundary, making those areas much less resistant to corrosion. This creates a galvanic couple with the well-protected alloy nearby, which leads to weld decay (corrosion of the grain boundaries near welds) in highly corrosive environments. Special alloys, either with low carbon content or with added carbon "getters" such as titanium and niobium (in types 321 and 347, respectively), can prevent this effect, but the latter require special heat treatment after welding to prevent the similar phenomenon of knifeline attack. As its name applies, this is limited to a small zone, often only a few micrometres across, which causes it to proceed more rapidly. This zone is very near the weld, making it even less noticeable¹.

Crevice corrosion

Main article: Crevice corrosion

Crevice corrosion is a localized form of corrosion occurring in spaces to which the access of the working fluid from the environment is limited and a concentration cell, areas with different oxygen concentration, will take place with consequent high corrosion rate . These spaces are generally called crevices. Examples of crevices are gaps and contact areas between parts, under gaskets or seals, inside cracks and seams, spaces filled with deposits and under sludge piles.

Microbial corrosion

Titanic's bow exhibiting microbial corrosion damage in the form of 'rusticles'

Main article: Microbial corrosion

Microbial corrosion, or bacterial corrosion, is a corrosion caused or promoted by microorganisms, usually chemoautotrophs. It can apply to both metals and non-metallic materials, in both the presence and lack of oxygen. Sulfate-reducing bacteria are common in lack of oxygen; they produce hydrogen sulfide, causing sulfide stress cracking. In presence of oxygen, some bacteria directly oxidize iron to iron oxides and hydroxides, other bacteria oxidize sulfur and produce sulfuric acid causing biogenic sulfide corrosion. Concentration cells can form in the deposits of corrosion products, causing and enhancing galvanic corrosion.

High temperature corrosion

High temperature corrosion is chemical deterioration of a material (typically a metal) under very high temperature conditions. This non-galvanic form of corrosion can occur when a metal is subject to a high temperature atmosphere containing oxygen, sulfur or other compounds capable of oxidising (or assisting the oxidation of) the material concerned. For example, materials used in aerospace, power generation and even in car engines have to resist sustained periods at high temperature in which they may be exposed to an atmosphere containing potentially highly corrosive products of combustion.

The products of high temperature corrosion can potentially be turned to the advantage of the engineer. The formation of oxides on stainless steels, for example, can provide a protective layer preventing further atmospheric attack, allowing for a material to be used for sustained periods at both room and high temperature in hostile conditions. Such high temperature corrosion products in the form of compacted oxide layer glazes have also been shown to prevent or reduce wear during high temperature sliding contact of metallic (or metallic and ceramic) surfaces.

Surface treatments

Galvanized surface

Applied coatings

Main article: Galvanization

Plating, painting, and the application of enamel are the most common anti-corrosion treatments. They work by providing a barrier of corrosion-resistant material between the damaging environment and the (often cheaper, tougher, and/or easier-to-process) structural material. Aside from cosmetic and manufacturing issues, there are tradeoffs in mechanical flexibility versus resistance to abrasion and high temperature. Platings usually fail only in small sections, and if the plating is more noble than the substrate (for example, chromium on steel), a galvanic couple will cause any exposed area to corrode much more rapidly than an unplated surface would. For this reason, it is often wise to plate with a more active metal such as zinc or cadmium.

Reactive coatings

If the environment is controlled (especially in recirculating systems), corrosion inhibitors can often be added to it. These form an electrically insulating and/or chemically impermeable coating on exposed metal surfaces, to suppress electrochemical reactions. Such methods obviously make the system less sensitive to scratches or defects in the coating, since extra inhibitors can be made available wherever metal becomes exposed. Chemicals that inhibit corrosion include some of the salts in hard water (Roman water systems are famous for their mineral deposits), chromates, phosphates, and a wide range of specially-designed chemicals that resemble surfactants (i.e. long-chain organic molecules with ionic end groups).

This figure-8 descender is annodized with a yellow finish. Climbing equipment is available in a wide range of anodized colors.

Anodization

Main article: Anodising

Aluminium alloys often undergo a surface treatment. Electrochemical conditions in the bath are carefully adjusted so that uniform pores several nanometers wide appear in the metal's oxide film. These pores allow the oxide to grow much thicker than passivating conditions would allow. At the end of the treatment, the pores are allowed to seal, forming a harder-than-usual surface layer. If this coating is scratched, normal passivation processes take over to protect the damaged area.

Controlled Permeability Formwork

Main article: Controlled Permeability Formwork

Controlled Permeability Formwork (CPF) is a method of preventing the corrosion of reinforcement by naturally enhancing the durability of the cover during concrete placement, . CPF has been used in environments to combat the effects of Carbonation, chlorides, frost and abrasion.

Cathodic protection

Main article: Cathodic protection

Cathodic protection (CP) is a technique to control the corrosion of a metal surface by making that surface the cathode of an electrochemical cell.

It is a method used to protect metal structures from corrosion. Cathodic protection systems are most commonly used to protect steel, water, and fuel pipelines and tanks; steel pier piles, ships, and offshore oil platforms.

For effective CP, the potential of the steel surface is polarized (pushed) more negative until the metal surface has a uniform potential. With a uniform potential, the driving force for the corrosion reaction is halted. For galvanic CP systems, the anode material corrodes under the influence of the steel, and eventually it must be replaced. The polarization is caused by the current flow from the anode to the cathode, driven by the difference in electrochemical potential between the anode and the cathode.

For larger structures, galvanic anodes cannot economically deliver enough current to provide complete protection. Impressed Current Cathodic Protection (ICCP) systems use anodes connected to a DC power source (a cathodic protection rectifier). Anodes for ICCP systems are tubular and solid rod shapes of various specialized materials. These include high silicon cast iron, graphite, mixed metal oxide or platinum coated titanium or niobium coated rod and wires.

Economic impact

The US Federal Highway Administration released a study, entitled Corrosion Costs and Preventive Strategies in the United States, in 2002 on the direct costs associated with metallic corrosion in nearly every U.S. industry sector. The study showed that for 1998 the total annual estimated direct cost of corrosion in the U.S. was approximately $276 billion (approximately 3.1% of the US gross domestic product). FHWA Report Number:FHWA-RD-01-156. The NACE International website has a summary slideshow of the report findings. Jones¹ writes that electrochemical corrosion causes between $8 billion and $128 billion in economic damage per year in the United States alone, degrading structures, machines, and containers.

The collapsed Silver Bridge, as seen from the Ohio side

Rust is one of the most common causes of bridge accidents for example. As rust has a much higher volume than the originating mass of iron, its build-up can also cause failure by forcing apart adjacent parts. It was the cause of the collapse of the Mianus river bridge in 1983, when the bearings rusted internally and pushed one corner of the road slab off its support. Three drivers on the roadway at the time died as the slab fell into the river below. The following NTSB investigation showed that a drain in the road had been blocked for road re-surfacing, and had not been unblocked so that runoff water penetrated the support hangers. It was also difficult for maintenance engineers to see the bearings from the inspection walkway. Rust was also an important factor in the Silver Bridge disaster of 1967 in West Virginia, when a steel suspension bridge collapsed in less than a minute, killing 46 drivers and passengers on the bridge at the time.

Similarly corrosion of concrete-covered steel and iron can cause the concrete to spall, creating severe structural problems. It is one of the most common failure modes of reinforced concrete bridges.

Corrosion in nonmetals

Most ceramic materials are almost entirely immune to corrosion. The strong ionic and/or covalent bonds that hold them together leave very little free chemical energy in the structure; they can be thought of as already corroded. When corrosion does occur, it is almost always a simple dissolution of the material or chemical reaction, rather than an electrochemical process. A common example of corrosion protection in ceramics is the lime added to soda-lime glass to reduce its solubility in water; though it is not nearly as soluble as pure sodium silicate, normal glass does form sub-microscopic flaws when exposed to moisture. Due to its brittleness, such flaws cause a dramatic reduction in the strength of a glass object during its first few hours at room temperature.

Polymer degradation is due to a wide array of complex and often poorly-understood physiochemical processes. These are strikingly different from the other processes discussed here, and so the term "corrosion" is only applied to them in a loose sense of the word. Because of their large molecular weight, very little entropy can be gained by mixing a given mass of polymer with another substance, making them generally quite difficult to dissolve. While dissolution is a problem in some polymer applications, it is relatively simple to design against. A more common and related problem is swelling, where small molecules infiltrate the structure, reducing strength and stiffness and causing a volume change. Conversely, many polymers (notably flexible vinyl) are intentionally swelled with plasticizers, which can be leached out of the structure, causing brittleness or other undesirable changes. The most common form of degradation, however, is a decrease in polymer chain length. Mechanisms which break polymer chains are familiar to biologists because of their effect on DNA: ionizing radiation (most commonly ultraviolet light), free radicals, and oxidizers such as oxygen, ozone, and chlorine. Additives can slow these process very effectively, and can be as simple as a UV-absorbing pigment (i.e., titanium dioxide or carbon black). Plastic shopping bags often do not include these additives so that they break down more easily as litter.

Corrosion of glasses

The corrosion of silicate glasses in aqueous solutions is governed by two mechanisms: diffusion-controlled leaching (ion exchange) and glass network hydrolytic dissolution^[1]. Both corrosion mechanisms strongly depend on the pH of contacting solution: the rate of ion exchange decreases with pH as 10^-0.5pH whereas the rate of hydrolytic dissolution increases with pH as 10^0.5pH ^[2]

Numerically, corrosion rates of glasses are characterised by normalised corrosion rates of elements NR_i (g/cm² d) which are determined as the ratio of total amount of released species into the water M_i (g) to the water-contacting surface area S (cm²), time of contact t (days) and weight fraction content of the element in the glass f_i:

NR_i=M_i/S·f_i·t

The overall corrosion rate is a sum of contributions from both mechanisms (leaching + dissolution) NR_i=Nrx_i+NRh. Diffusion-controlled leaching (ion exchange) is characteristic of the initial phase of corrosion and involves replacement of alkali ions in the glass by a hydronium (H₃O⁺) ion from the solution. It causes an ion-selective depletion of near surface layers of glasses and gives an inverse square root dependence of corrosion rate with exposure time. The diffusion controlled normalised leaching rate of cations from glasses (g/cm² d) is given by:

NRx_i=2·ρ·(D_i/π·t)^1/2

where t is time, D_i is the i-th cation effective diffusion coefficient (cm²/d), which depends on pH of contacting water as D_i = D_i0·10^-pH, and ρ is the density of the glass (g/cm³).

Glass network dissolution is characteristic of the later phases of corrosion and causes a congruent release of ions into the water solution at a time-independent rate in dilute solutions (g/cm² d):

NRh=ρr_h,

where r_h is the stationary hydrolysis (dissolution) rate of the glass (cm/d). In closed systems the consumption of protons from the aqueous phase increases the pH and causes a fast transition to hydrolysis^[3]. However further silica saturation of solution impedes hydrolysis and causes the glass to return to an ion-exchange, e.g. diffusion-controlled regime of corrosion.

In typical natural conditions normalised corrosion rates of silicate glasses are very low and are of the order of 10^-7 - 10^-5 g/cm² d. The very high durability of silicate glasses in water makes them suitable for hazardous and nuclear waste immobilisation.

Glass corrosion tests

Influences of selected glass component additions on the chemical durability against water corrosion of a specific base glass (corrosion test ISO 719).^[4]

There exist numerous standardized procedures for measuring the corrosion (also called chemical durability) of glasses in neutral, basic, and acidic environments, under simulated environmental conditions, in simulated body fluid, at high temperature and pressure^[5], and under other conditions.

In the standard procedure ISO 719^[6] a test of the extraction of water soluble basic compounds under neutral conditions is described: 2 g glass, particle size 300-500 μm, is kept for 60 min in 50 ml de-ionized water of grade 2 at 98°C. 25 ml of the obtained solution is titrated against 0.01 mol/l HCl solution. The volume of HCl needed for neutralization is recorded and classified following the values in the table below.

0.01M HCl needed to neutralize extracted basic oxides, ml	Extracted Na₂O equivalent, μg	Hydrolytic class
to 0.1	to 31	1
above 0.1 to 0.2	above 31 to 62	2
above 0.2 to 0.85	above 62 to 264	3
above 0.85 to 2.0	above 264 to 620	4
above 2.0 to 3.5	above 620 to 1085	5
above 3.5	above 1085	>5

References

^ A.K. Varshneya. Fundamentals of inorganic glasses. Society of Glass Technology, Sheffield, 682pp. (2006).
^ M.I. Ojovan, W.E. Lee. New Developments in Glassy Nuclear Wasteforms. Nova Science Publishers, New York, 136pp. (2007).
^ Corrosion of Glass, Ceramics and Ceramic Superconductors. Edited by: D.E. Clark, B.K. Zoitos, William Andrew Publishing/Noyes, 672pp. (1992).
^ Calculation of the Chemical Durability (Hydrolytic Class) of Glasses
^ Vapor Hydration Testing (VHT)
^ International Organization for Standardization, Procedure 719 (1985)

Jones, Denny (1996). Principles and Prevention of Corrosion (2nd edition ed.). Upper Saddle River, New Jersey: Prentice Hall. ISBN 0-13-359993-0.
Working Safely with Corrosive Chemicals

چكيده

سابقه و هدف : اگر چه داروهاي ضد قارچ از تنوع زيادي برخوردار هستند، ولي اكثر داروهاي موجود داراي طيف ضدقارچي نسبتاً محدودي هستند و يا به دليل سميت قابل ملاحظه‌اي كه دارند قابليت مصرف سيستميك ندارند لذا انجام تحقيق جهت كشف داروهاي ضدقارچ جديد با طيف وسيع و سميت كم تر ضروري به نظر مي‌رسد. در اين پژوهش در نظر است تركيبات جديد 2- متيل- 3- تريازوليل كرومانون اكسيم اتر به عنوان داروهاي آزولي بااثر بالقوه ضد قارچ تهیه و ارائه گردند.

مواد و روش‌ها : از برم دار كردن 2- هيدروكسي استوفنون بوسيله برميد مس و به دنبال آن واكنش با تريازول، مشتقات α –تريازوليل-2- هيدروكسي استوفنون به دست آمد كه پس از جداسازي، متحمل واكنش حلقه زايي با استالدهيد گرديده و 2- متيل-3- تريازوليل كرومانون مربوطه را ايجاد كرد. از واكنش تركيبات اخير با مشتقات O–بنزيل هيدروكسيل آمين هيدرو كلريد مشتقات اكسيم اتر مربوطه به دست آمد.

يافته‌ها : ساختار تركيبات شيميايي ساخته شده به نحو مقتضي توسط طيف هاي مادون قرمز (IR)، رزونانس مغناطيسي هسته اي (NMR) و طیف سنجی جرمی (Mass) تعيين و تایيد گرديد.

استنتاج : تركيبات طراحي شده به عنوان داروهاي بالقوه ضدقارچ با روشي سهل الوصول و كارآ تهيه گرديدند و طيف هاي NMR به عنوان اساس تمايز و شناسايي استرئوايزومرهاي ترانس (E) - و (Z) – اكسيم اتر‌ها مطرح گرديد.

123

مقدمه: سلاح های شیمیایی در دوران باستان:

((گرچه تاریخ دقیق نخستین کاربرد مواد سمی در ادوار گذشته نامعلوم است با این حال می توان به بکارگیری آتش از جانب انسان را نخستین حربه شیمیایی نام برد.کاربرد مواد شیمییایی سمی حدود 600 سال قبل از میلاد مسیح در کتاب های پوزانیاس مولف یونانی در شهر زلفی گزارش شده است. در آن زمان مهاجمان یونانی برای از پای در آوردن مدافعان دلفی ، آب رودخانه را به ریشه گیاه خرق سفید که حاوی مواد سمی بود آغشته کردند .همچنین پروکیپوس ، مورخ روم شرقی ، درمورد جنگ های ساسانیان ورومیان می نویسند که؛ سپاه ساسانی برای تسخیر دژهای رومی ها زیر آن نقب می زدند. گاهی این نقب ها با نقب دشمن که برای مقابله حفر شده بود برخورد می کرد، در چنین شرایطی دو طرف می کوشیدند با سوزاندن گوگرد ، سربازان حیرف را بیرون رانند.همچنین در تاریخ حمل ونقل دریایی از آتش مشهور یونانی فراوان صحبت شده است. مخلوط آتش زا معمولا شامل قیر ، گوگرد ومواد چسبنده همراه با روغن خام و اهک زنده بوده است. آتش یونانی در تماس با اب خود به خود مشتعل می شد. در 1453 میلادی که ترک های عثمانی به قسطنطنیه یا استانبول امروزی ، آخرین سنگر روم شرقی حمله کردن به کندن نقب پرداختند؛ مدافعان شهر برای مقابله با آنها ، در نقب ها با پخش دود حاصل از سوزاندن گوگرد که همان so2 می باشد ، ترک ها را دچار خفگی کرد.در 1862 و در جریان جنگ داخلی آمریکا پیشنهاد به کارگیری گاز کلر در عملیات نظامی مطرح شد. بعد ها یک دوره تلاش جدی در مورد توسعه عوامل شیمیایی و وسایل حمل آنها به صورت نارنجک ، گلوله توپ و غیره آغاز گردید. بدین گونه به کارگیری متفرقه از عوامل شیمیایی به تدریج زمینه را برتای کاربرد گسترده آن در فاجعه 1915 در جنگ جهانی اول فراهم آورد.))

در ساعت 4 بعداز ظهر 27 آوریل سال 1915 در کشاکش نخستین جنگ جهانی ابری از یگ گاز سبز رنگ به سوی نیروی دفاعی دولت های متفق در جنگ که در نزدیکی شهر ایپر در بلژیک مستقر شده بوده اند سرازیر شد.

این نخستین حمله با گاز بود که توسط ارتش آلمان به کار گرفته شد و گاز سبز رنگ استفاده شده که حدود پنج هزار نفر از قوای نظامی متفق را به کشتن داد گاز کلر بود.

در این حمله شش هزار کپسول فلزی حاوی گاز کلر به کار رفت و از آنجا که کشور های متفق پیش بینی های لازم در برابر سلاح های گازی را نکرده بودند دچار تلفات سنگینی شدند. در پی این حمله در دسامبر سال 1915 ارتش آلمان نخستین حمله ی خود با فسژن را به نیروهای متفق انجام داد و در 12 جولای سال 1917 از گاز خردل برای نخستین بار در این زمینه بهره گرفت.گاز خردل برای نخستین بار در شهر ایپر به کار گرفته شد و نام خود را به این سبب از این شهر گرفت. در اوایل ماه می سال 1915 انگلیسی ها نخستین ماسک ضد گاز را با سیستمی بی اندازه ساده ساختند و نام آن را نقاب تنفسی نهادند.پس از آن نوعی ماسک برای اسب ها ساخته شد که از کارایی بالایی در این جنگ برخوردار بود.پروفسور فریتز هابر رییس موسسه ی شیمی فیزیک و الکترو شیمی قیصر ویلهلم برلین فناوری استفاده از سلاح های شیمیایی را در آلمان بنا نهاد. او پس از نخستین جنگ جهانی به خاطر اختراع های خود موفق به دریافت جایزه نوبل شیمی شد.تاریخچه ی به کار گیری گاز به عنوان سلاح شیمیایی به سال 1994 از سوی انگلیسی ها و در شهر سپاستوپل در جریان جنگ کریمه باز می گردد. انگلیسی ها در این جنگ از بخارهای زیان بار گوگرد استفاده کردند که البته کاملا هم موثر واقع نشد. آنها در جنگ بویر(1902-1899)گلوله های توپی را که از پیکریک اسید پر شده بود و اثر تهوع آوری روی سربازان داشت به کار گرفتند.حاصل استفاده از سلاح های شیمیایی در نخستین جنگ جهانی بر جاماندن حدود 100000کشته و 1200000 مجروح بود. پس از گذشت 20 سال از این جنگ و پیش از آغاز جنگ جهانی دوم هنوز سربازانی که مورد آسیب سلاح های شیمیایی قرار گرفته بودند برای مصرف روزانه ی خود هر هفته با دریافت شربت برموفوم تحت درمان قرار می گرفتند.در سال 1930 موسیلینی گاز خردل را در اتیوپی به کاربرد و در سال 1965 همین گاز توسط مصری در یمن استفاده شد. در سال های 1975 و 1976 به کارگیری سلاح های شیمیایی و میکروبی در لائوس نیز گزارش شد. سپس همین سلاح ها در کامبوج افغانستان و سرانجام در جنگ تحمیلی عراق در برابر ایران به کار رفت.طی سال هایی که از کاربرد این سلاح ها می گذرد تغییرهایی در تهیه ی آن ها پدیدآمده است که بر کارایی اثر گذاری و تعداد آن ها افزوده است. برخی از ترکیبات های شیمیایی که به عنوان سلاح شیمیایی کاربرد یافته اند به این قرارند:

- اتیل N;N دی متیل فسفر آمید و سیانیدات (GA یا تابن)

- ایزو پروپیل متیل متیل فسفونوفلوئور یدات (GB یا سارین )

- 1-2-2- تری متیل فسفونوفلئور یدات ( GD یا سومن )

- اتیل-S -2-دی ایزوپروپیل آمینواتیل متیل فسفونو تیولات (عامل عصب VX)

- بیس (2-کلرواتیل) سولفید(HD یا گاز خردل)

- 2-کلروبنز المالونیتریل(CD)

- آلفاکلرو استوفنون (CN)

- کلرو-5 " 10 دی هیدرو فنار سارین (DM یا ادمزیت)

- مخلوط(1:1)متیل فسفو کلرید و متیل فسفو نیل دی فلوئورید

- بتا و 15 – دی استوکسی و 8 – آلفا- (3-متیل بوتیریلوکسی-12-13-اپوکسی تری کوتک-9-ان(T 2-توکسین)

- تریکوتسن میکو توکسین ها(باران زرد)

از سال 1925 یعنی زمان عقد قرارداد منع استفاده از گاز های سمی و میکروبی در ژنو به کاربردن سلاح های شیمیایی در جنگ ها ممنوع اعلام شده است.تشخیص عامل شیمیایی به کارگرفته شده در سلاح های شیمیایی است. تا زمانی که این سلاح ها در مقیاس گسترده به کار می روند. کامل کردن نتایج تجزیه ای به علت تعدد ترکیب های شیمیایی که ممکن است به عنوان سلاح شیمیایی مورد استفاده قرار گیرند دشوار است. این سلاح ها در گام نخست بر افرادی که از خود محافظت نکرده اند یا اندکی از آسیب سلاح های یاد شده در امان بوده انداثر می گذارند.به کاربردن مقدارهای حتی اندک از این ترکیب ها برای حمله به هدف های نظامی ممکن است رضایت بخش باشد. از این گذشته بسیاری از این ترکیب ها بی اندازه فرارند و در میدان جنگ مواد باقی مانده از آن ها برای پیگیری تجزیه ای بسیار ناچیز است. این ترکیب ها در سطح محوطه ای استفاده شده پراکنده می شوند و از این رو در غلظت اندک یافته می شوند. در بیش تر موارد تخریب مواد به علت ناپایداری یا تجزیه ی سریع آن هاست. برای تائید این که نمونه های جمع آوری شده از جمله سلاح های شیمیایی هستند تشخیص عوامل و تعیین روش های تجزیه ای با گزینش و حساسیت بالا مورد نیاز است. بنابر این تجزیه ی این مواد باید در آزمایشگاه های بسیار مجهز و توسط افراد آموزش دیده انجام گیرد.با وجود قرارداد 1925 مشاهده می شود که کشور های بیشماری از سلاح های شیمیایی به عنوان سلاح های کشتار جمعی نه تنها برای از بین بردن نیروهای نظامی بلکه برای نابودی مردم بی دفاع بهره اند. انتظار جهانی این است که جوامع بین المللی

به طور قاطع از تولید و به کاربردن این سلاح ها جلوگیری کنند و انبار های موجود برای ذخیره و پنهان سازی آن ها را تابود سازند. جای تاسف است که مجروح شدگان این سلاح ها به درمان دراز مدت و اغلب بدون بهبودی کامل نیاز دارند.

۱۲۳

اكسايش فوتوكاتاليزوري اكسيم ها و سمي كاربازون ها با استفاده ازفوتوكاتاليست تيتانيم دي اكسيد

چكيده

يك روش جا لب براي اكسيداسيون تركيبا ت آلي روش فوتوكاتاليزوري ( استفا ده از انرژي نور و پودر نيمه رساناي تيتانيم دي اكسيد ) است0 اين قبيل فوتوكاتاليزورهاي هتروژن در حلال هاي آلي معمولا استونيتريل به كار مي روند. وقتي سوسپانسيون TiO₂ در معرض نور UV قرار مي گيرد فرآيند فوتوكاتاليزوري آغا ز شده جفت الكترون- حفره ايجاد مي گردد. تحريك نيمه رسانا توسط نوري با انرژي بيشتر از نوار شكا ف صورت گرفته، لذا الكترون از نوار ظرفيت به نوار هدايت ارتقا مي يا بد. سپس حفره ،از جاي خالي الكترون در نوار ظرفيت ايجاد مي گردد.

شكست اكسيم و ايجاد آلدهيد و كتن تحت شرايط ملايم از واكنش هاي مهم است زيرا اكسيم ها به عنوان يك گروه محافظ براي حفاظت آلدهيد وكتن به كار مي روند و به طور گسترده براي خالص سا زي تركيبا ت كربونيل استفاده مي شوند. در اين تحقيق اكسايش فوتو كاتاليزوري اكسيم در حضور فوتو كا تا ليزور TiO₂ مورد بررسي قرار گرفت. اثر نور UV حاصل از لامپ 400 وات جيوه،اكسيژن، تيتانيم دي اكسيد، زمان تابش، مقدار TiO₂و بازده آزما يش شد. در اين روش براي ايجاد تركيبا ت كربونيل از اكسيم، از تيتا نيم دي ا كسيد در حضور اكسيژن و نور UV حا صل از لامپ 400 وات جيوه استفاده شد. مد ت زما ن تابش براي حداكثر تبديل تركيبات اكسيم به كربونيل، بين 5/0 تا 20 سا عت به دست آمد.

در يك آزمايش نمونه اي از اكسيم در حلا ل استونيتريل، بدون آن كه TiO₂به آن افزوده شود، تحت تابش نور UV قرار گرفت. در آزمايش ديگر اكسيم در حلا ل استو نيتريل حل، سپس TiO₂به آن افزوده، در غياب نور UV به هم زده شد. در هر مورد، پيشرفت قابل ملا حظه اي مشاهده نشد.

هم چنين در حضور اكسيژن ، سرعت و كارآيي واكنش فو تو كاتاليزوري بهبود يافت. در اصل مولكول اكسيژن به طور مؤثر الكترون نوار هدايت را به دام انداخته، از تركيب مجدد حفره و الكترون جلوگيري مي نمايد.

د ر آزما يش ديگر، تا ثير مقدار كا تا ليزور بر روي پيشرفت واكنش در حضور نور UV و اكسيژن مورد بررسي قرار گرفت. مخلوط واكنش شا مل استوفنون اكسيم (1- ميلي مول )،استونيتريل (17 - ميلي ليتر) وتيتانيم دي اكسيد به ترتيب با مقادير 1/03 ، 0/518، 0/337، 0/250، 0/200، 0/100 و 0/060 ميلي مول آزمايش شد. مخلوط واكنش به مد ت 4 ساعت تحت تابش نور UV قرار گرفت. پيشرفت واكنش در همه موارد 100 % به دست آمد. پيشرفت واكنش فوتو كا تا ليزوري توسط TLC دنبا ل گرديد. تيتانيم دي اكسيد با استفاده از سانتريفوژ از مخلوط واكنش جدا، سپس حلال تبخير، توسط كروماتوگرافي صفحه سيليكاژل، محصول جداسازي و خالص سازي شد. بازده تركيبات كربونيلي حاصل، بين ( 96-60 ) درصد به دست آمد كه توسط روش هاي دستگاهي IR و ¹H NMR شناسايي شد.

تركيبات سمي كاربازون به طور گسترده بزاي محافظت و خالص سازي تركيبات كربونيل به كار مي رود. در اين تحقيق،اكسايش فوتوكاتاليزوري سمي كاربازون در حضور فوتوكاتاليزور TiO₂مورد بررسي قرار گرفت و ايجاد آلدهيد و كتن از تركيبات سمي كاربازون، با استفاده از فوتوكاتاليزور تيتانيم دي اكسيد مطالعه شد.

براي نمونه،مخلوط واكنش شامل: استوفنون سمي كاربازون ( 0/5 ميلي مول )، استونيتريل(15 ميلي ليتر) و تيتانيم دي اكسيد ( 0/5 ميلي مول) بود كه به مدت 5 روز تحت تابش نور UV ، حاصل از لامپ جيوه 400 وات جيوه به هم زده شد. تيتانيم دي اكسيد با استفاده از سانتريفوژ از مخلوط واكنش جدا، سپس حلال تبخير، توسط كروماتوگرافي صفحه سيليكاژل، محصول جداسازي و خالص سازي شد. بازده تركيبات كربونيلي حاصل، بين ( 90-56 ) درصد به دست آمد كه توسط روش هاي دستگاهي IR و ¹H NMR شناسايي گرديد

123

دستور کار تبدیل استوفنون به استو فنون اکسیم به صورت زیر می باشد:
H2NOH + C6H5COCH3 C6H5-C(CH3)=NOH
که البته در محصول فوق گروه متیل به یک طرف و گروه =NOH به طرف دیگر کربن متصل می باشد:
3 میلی لیتر استوفنون، 2 گرم هیدروکسیل آمین هیدروکلرید و 5/2 گرم سدیم استات را در یک فلاسک مخروطی 125 میلی لیتری محتوی 30 میلی لیتر آب بریزید. محتویات فلاسک را با حرکات دورانی به حدی تکان دهید تا جامدات حل شوند. به اندازه ی کافی اتیل الکل 95 درصد را همراه با تکان دادن فلاسک به آن بیفزایید تا استوفنون حل شده و یک محلول شفاف تولید شود. حدود 5-2 میلی لیتر الکل لازم است. محلول را روی حمام بخار به مدت 10 دقیقه حرارت داده و سپس آن را در حمام یخ سرد کنید. در صورت تشکیل نشدن بلورها، با خراشیدن جدار فلاسک به وسیله یک میله شیشه ای محکم بلور به وجود آورید. پس از تشکیل بلورها، فلاسک را به مدت 30 دقیقه در حمام یخ نگاه دا
اگزیم را از آب متبلور کرده و نقطه ذوب آن را تعیین کنید. بازده عمل را محاسبه کنید. یک گرم از این جسم را برای آزمایش بعدی ذخیره نموده و بقیه را در یک شیشه با برچسب مربوطه قرار دهید.رید. بلورها را به کمک قیف بوخنر در خلاء صاف و جدا کنید.

ادامه نوشته

+ اعداد کوانتومي اطلاعات اوليه در بررسي ساختار اتم مدلهاي مختلفي ارائه شده است. ابتدايي‌ترين اين مدلها ، مدل سياره‌اي رادرفورد است. بعد از مدل سياره‌اي رادرفورد ، نيلز بوهر مدل جديدي را ارائه داد (مدل اتمي بوهر). اين مدل مي‌‌توانست ساختار طيفي اتم هيدروژن را توضيح دهد. در اصل موضوع بوهر که اساس و مبناي مدل بوهر است، فرض مي‌‌شود که الکترونها مقيدند در مدارهايي حرکت کنند که در آنها اندازه حرکت الکترون مضرب درستي از h/2π باشد که h ثابت پلانک است. همچنين در اين مدل فرض مي‌‌شود که ترازهاي انرژي کوانتيده‌اند. بعدها که ساختار طيف مربوط به عناصر مختلف مورد توجه قرار گرفت، انرژي هر الکترون در اتم با يک سري اعداد که به عنوان اعداد کوانتومي معروف هستند، مشخص کردند. اعداد کوانتومي اصلي گفتيم که ترازهاي انرژي در اتم گسسته هستند. اين امر به اين معني است که اگر اتم توسط تابش الکترومغناطيسي بمباران شود، تابش توسط الکترونها جذب مي‌‌شود. لذا الکترونها از ترازهاي اوليه يا پايه خود تحريک شده و به ترازهاي برانگيخته مي‌‌روند، اما چون اين حالت يک حالت ناپايدار است، لذا الکترون با گسيل تابش از تراز برانگيخته به تراز اوليه خود برمي‌‌گردد. مقدار انرژي جذب شده يا گسيل شده متناسب با فاصله ترازهاي انرژي است، يعني اگر انرژي تراز اوليه را با E و انرژي تراز برانگيخته را با ΄E مشخص کنيم، در اين صورت فرکانس نور گسيل شده يا تحريک شده از رابطه E - E΄ = hv حاصل مي‌‌شود. از طرف ديگر ، چون طبق اصل موضوع بوهر ، اندازه حرکت الکترون بايد مضرب صحيحي از h/2π باشد، بنابراين اگر با تقريب مدار حرکت الکترون به دور هسته را دايره‌اي به شعاع r فرض کنيم، در اين صورت nh/2π خواهد بود که در اين رابطه v سرعت الکترون و m جرم آن است. همچنين با توجه به اين که نيروي وارد شده از طرف هسته بر الکترون نيروي مرکزي است، لذا اگر بار هسته را برابر ze بگیریم که در آن z عدد اتمی است، مقدار نیروی وارد بر الکترون برابر ze2/r2 = mv2/r خواهد بود. از ترکیب این روابط می‌‌توان مقدار انرژی الکترون در هر تراز اتمی را بدست آورد. در این صورت انرژی از رابطه: E = 1/2mc2/(zα)2 بدست می‌آید که در این رابطه α مقدار ثابتی است که برابر α = 1/137 e2/ћc بوده و ثابت ساختار ریز نامیده می‌‌شود. مقدار n که در رابطه انرژی ظاهر شده است، عدد کوانتومی اصلی نامیده می‌‌شود. البته می‌‌توان مقدار انرژی الکترون در هر تراز را از حل معادله شرودینگر محاسبه کرد. در این صورت نیز رابطه انرژی الکترون در هر تراز برحسب یک عدد کوانتومی که به عدد کوانتومی اصلی معروف است، مشخص می‌‌شود. عدد کوانتومی اندازه حرکت زاویه‌ای مداری نظریه اتم تک الکترونی بوهر عدد کوانتومی اصلی n را معرفی می‌‌کند که مقدار درست آن انرژی کل اتم را مشخص می‌‌کند. عدد کوانتومی n که یک عدد صحیح و مثبت است، بزرگی اندازه حرکت زاویه‌ای الکترون به دور هسته را بر اساس اصل موضوع بوهر ، طبق رابطه L = nћ مشخص می‌‌کند. ћ عدد ثابتی است که بصورت نسبت ثابت پلانک بر عدد 2π تعریف می‌‌شود، اما از دیدگاه مکانیک موجی درست نیست که برای الکترون یک مسیر مشخص دایره‌ای یا شکل دیگری را در نظر بگیریم. (اصل عدم قطعیت مانع این کار است) و نیز از این دیدگاه قاعده بوهر در مورد کوانتش بزرگی اندازه حرکت زاویه‌ای درست نیست. بر خلاف نظریه کلاسیک ، مکانیک موجی نشان می‌‌دهد که بزرگی اندازه حرکت زاویه‌ای مداری (L) یک دستگاه اتمی کوانتیده است و مقادیر ممکن آن می‌‌تواند از رابطه: L = (l(l + 1))1/2ћ بدست آید. در این رابطه l عدد صحیحی است که عدد کوانتومی ‌اندازه حرکت زاویه‌ای مداری نامیده می‌‌شود. برای مقدار مفروض از عدد کوانتومی ‌اصلی n ، مقادیر ممکن l ، اعداد درست از صفر تا n - 1 خواهد بود. به عنوان مثال ، اگر n = 2 باشد، در این صورت l می‌‌تواند مقادیر (1,0) را اختیار کند. در نمادگذاری ترازها هر مقدار از l با یک حرف مشخص می‌‌شود. در این نمادگذاری مقدار l = 0 با حرف S و l = 1 با حرف l = 2 ، P با حرف D و ... مشخص می‌‌شود. چون انرژی فقط برحسب عدد کوانتومی ‌اصلی مشخص می‌‌شود، بنابراین در مورد تک الکترونی که تحت تأثیر یک نیروی کولنی از جانب هسته است و در تراز n = 3 قرار دارد، هر سه حالت l = 0 , 1 , 2 دارای انرژی یکسانی خواهند بود. اعداد کوانتومی ‌مغناطیسی مداری گفتیم که الکترون در اثر نیرویی که از طرف هسته بر آن وارد می‌‌شود، حول هسته می‌‌چرخد. چون الکترون یک ذره باردار است، بنابراین مدار الکترون را می‌‌توان یک مدار مغناطیسی در نظر گرفت. برای این مدار مغناطیسی و در واقع برای الکترون می‌‌توان یک گشتاور دو قطبی مغناطیسی تعریف نمود. این کمیت بر اساس اندازه حرکت زاویه‌ای مداری الکترون تعریف می‌‌شود. یعنی از رابطه μ = eL/2m حاصل می‌‌شود که در آن μ گشتاور دو قطبی مغناطیسی است. حال اگر یک میدان مغناطیسی خارجی اعمال شود، در این صورت میدان سعی می‌‌کند تا گشتاور دو قطبی مغناطیسی و به تبع آن L را در راستای میدان قرار دهد، اما در مکانیک موجی بردار اندازه حرکت زاویه‌ای مداری L نمی‌‌تواند هر جهتی را نسبت به میدان مغناطیسی اختیار کند، بلکه محدود به جهتهای به خصوصی است که برای آن مؤلفه بردار اندازه حرکت زاویه مداری ، در راستای میدان مغناطیسی ، مضرب دستی از ћ باشد. بنابراین اگر جهت میدان مغناطیسی را در راستای محور z اختیار کنیم، در این صورت مؤلفه z بردار L از رابطه Lz = ml ћ حاصل می‌‌شود. در این رابطه ml عدد کوانتومی ‌مغناطیسی مداری است. به ازای یک مقدار مفروض l ، m_l می‌‌تواند مقادیر زیر را اختیار کند: {ml ={ l , l - 1 , l - 2 , … , 0 , … , - عدد کوانتومی ‌مغناطیسی اسپینی در نظریه کوانتومی ‌سه ثابت فیزیک کلاسیک مربوط به حرکت ذره‌ای که تحت تأثیر جاذبه عکس مجذوری قرار دارد، کوانتیده‌اند. این سه ثابت عبارتند از: انرژی ، بزرگی اندازه حرکت زاویه‌ای مداری ، مؤلفه اندازه حرکت زاویه‌ای مداری در یک جهت ثابت از فضا. در مکانیک کوانتومی ‌به این ثابتهای حرکت اعداد کوانتومی n و l و ml نسبت داده می‌‌شوند، اما علاوه بر این سه عدد کوانتومی ، عدد کوانتومی ‌دیگری به نام عدد کوانتومی ‌اسپینی که به مفهوم اسپین الکترون مربوط است، معرفی می‌‌شود. در سال 1925/1304 گود اسمیت و اوهلن یک اظهار داشتند که یک اندازه حرکت زاویه‌ای ذاتی ، کاملا مستقل از اندازه حرکت زاویه‌ای مداری ، به هر الکترون وابسته است. این اندازه حرکت ذاتی ، اسپین الکترون نامیده می‌‌شود. چون می‌‌توان آن را با اندازه حرکت ذاتی که هر جسم گسترده بر اساس دوران یا اسپین حول مرکز جرم خود دارد، مانسته داشت. البته لازم به توضیح است که در مکانیک موجی تلقی الکترون به عنوان یک کره ساده با بار الکتریکی صحیح نیست، بلکه صرفا به خاطر مشخص کردن اندازه حرکت زاویه‌ای اسپینی الکترون به کمک مدل قابل تجسم ، بهتر است که آن را به عنوان جسمی که در فضا دارای گسترش است و بطور پیوسته حول یک محور به دور خود می‌‌چرخد، فرض کنیم. مانند اندازه حرکت زاویه‌ای مداری در اینجا نیز می‌‌توانیم یک گشتاور مغناطیسی مربوط به حرکت اسپینی الکترون در نظر بگیریم. چنانچه یک الکترون ، با گشتاور مغناطیسی دائمی خود ، در یک میدان مغناطیسی قرار گیرد، انتظار می‌‌رود که اسپین آن کوانتیده فضایی باشد، یعنی گشتاور مغناطیسی اسپینی و اندازه حرکت زاویه‌ای اسپینی به سمت گیری‌های خاصی محدود خواهند بود. بنابراین اگر میدان مغناطیسی در راستای محور z فرض شود، در این صورت مؤلفه اندازه حرکت زاویه‌ای اسپینی Lsz در جهت این میدان از رابطه Lsz = msћ حاصل خواهد شد. در این رابطه ms عدد کوانتومی ‌مغناطیسی اسپینی نامیده می‌‌شود. از آنجا که الکترون از دسته فرمیونها می‌‌باشد، بنابراین دارای اسپین نیم فرد خواهد بود، لذا عدد کوانتومی ms فقط می‌‌تواند دو مقدار ممکن 2/1+ و 2/1- را اختیار کند.

فناوری نانو در بزشکی

برای با خبر شدن از موضوع به لینک زیر مراجعه نمایید

زنگ

تعريف نانو تكنولوزي

در سالهاي اخير، پيشرفتهاي تكنولوژي وسايل و مواد با ابعاد بسيار كوچك به دست آمده است و به سوي تحولي فوق العاده كه تمدن بشر را تا پايان قرن دگرگون خواهد كرد ، پيش مي رود . براي درك بهتر اندازه هاي مادون ريز ، قطر موي سر انسان را كه يك دهم ميليمتر است در نظر بگيريد ، يك نانومتر صدهزار برابر كوچكتراست . تكنولوژي و مهندسي در قرن پيش رو با وسايل ، اندازه گيريها و توليداتي سروكار خواهد داشت كه چنين ابعاد مادون ريزي دارند . درحال حاضر پروسه هايي در ابعاد چند مولكول قابل طراحي و كنترل است . همچنين خواص مكانيكي ، شيميايي ، الكتريكي ، مغناطيسي ، نوري و... مواد در لايه ها در حدود ابعاد نانومتر قابل درك و تحليل و سنجش است .

تكنولوژي درقرن گذشته در هرچه ريزتر كردن توليدات تكنولوژيكي پيشرفت چشمگيري داشت ، بطوريكه به مزاح گفته شد كه ديگر كشف ذرات ريز اتمي ( Sub-Atomic ) نه تنها جايزه نوبل ندارد ، بلكه به آن جريمه هم تعلق مي گيرد ! تكنولوژي نو درقرن حاضر مسير عكس را طي مي كند . يعني مواد مادون ريز را بايد تركيب كرد تا دانه هاي بزرگتر كارآمد به وجود آ ورد
درست همان روشي كه در طبيعت براي توليد كردن حاكم است . مجموعه هاي طبيعي ، تركيبي از دانه هاي مادون ريز قابل تشخيص با خواص مشابه و يا متفاوت با اندازه هاي در حدود نانو است .

اثر تحقيقات در فناوريهاي مادون ريز هم اكنون در درمان بيماريها و يا دست يافتن به مواد جديد به ظهور رسيده است . موارد بسياري در مرحله تحقيقات كاربردي و آزمايشي است .اكنون ساخت رايانه هاي بسيار كوچكتر و ميليونها بار سريعتر در دستور كار موسسات تحقيقاتي قرار دارد .

در بياني كوتاه نانوتكنولوژي يك فرايند توليد مولكولي است . همانطور كه طبيعت مجموعه ها را بطور خودكار مولكول به مولكول ساخته و روي هم مونتاژ كرده است ، دانشمندان اين علم هم بايد براي توليد محصولات جديد ، با اين اعتقاد كه هرچه در طبيعت توليد شده قابل توليد در آزمايشگاه نيز هست ، نظير طبيعت راهي پيدا كنند . البته منظور اين نيست كه چند هسته از مواد راپيدا كنند و با رساندن انرژي و خوراك پس از چند سال يك نيروگاه از آن ساخته شود كه شهري را برق دهد . بلكه براي تركيب و تكامل خودكار توليدات مادون ريزكه به نحوي در مجموعه هاي بزرگتر مصرف دارد ، راهيابي شود . در اندازه هاي مادون ريز ، روشها و ابزارآلات متعارف فيزيكي مانند تراشيدن و خم كردن و سوراخ كردن و...جوابگو تيستند .

براي ساختن ماشينهاي ملكولي بايد روش پروسه هاي طبيعي را دنبال كرد . با تهيه نقشه هاي ساختاري بدن يعني آرايش ژنها و DNA كه ژنم ناميده شده است و به موازات آن دست يافتن به تكنولوژي مادون ريز ، در دراز مدت تحولات بسياري در هستي ايجاد خواهد شد . توليد مواد جديد ، گياهان ، جانداران و حتي انسان متحول خواهد شد . اشكالات ساختاري موجودات در طبيعت رفع مي شود و با تركيب و خواص اورگانيك گياهان و جانوران ، موجودات جديدي با خواص فوق العاده و شخصيتهاي متفاوت بوجود خواهد آمد .آينده علوم و مهندسي كه چندين گرايشي Multi- Disciplinary است ، به طرف توليد ماشينهاي مولكولي سوق داده خواهد شد تا در نهايت بتواند مجموعه هاي كارآيي از پيوندهاي ارگانيك و سايبريك را عرضه نمايد .

هستي را به رايانه ( سخت افزار ) و برنامه ( نرم افزار ) كه دو پديده مختلف ولي ادغام شده هستند ، مي توان تشبيه كرد . سخت افزار مصداق ماده ( اغلب اتم هيدروژن ) و نرم افزار يا برنامه ، قابليت نهفته در خلقت آن است .

اتم به نظر ساده و ابتدايي هيدروژن در طي ميلياردها سال با قابليت نهفته در خود توانسته است ميليونها نوع آرايش مختلف را در هستي بوجود آورد . بشر از بوجود آوردن اساس ماده عاجز است . ولي در برنامه ريزيهاي جديد و يافتن اشكال ديگري از آنچه در طبيعت وجود دارد ، پيش خواهد رفت . طبيعت را خواهد شناخت و به اصطلاح ، قفلهاي شگفت آور آن را باز خواهد كرد . احتمالا انسان در شرايط مناسبتري از درجه حرارت و فشار كه درتشكيل طبيعي مواد مختلف از هيدروژن لازم است ، بتواند اتمهاي مورد نباز خود را توليد كند ، سيارات ديگري را در نهايت در اختيار بگيرد و بعيد نيست كه انسانهاي آينده بتوانند در نيمه هاي راه ابديت در اكثر نقاط جهان هستي و كهكشانها سكني گزينند.

به احتمال زياد قبل از پايان هزاره سوم انسانها در بدن خود انواع لوازم مصنوعي و ديجيتالي راخواهند داشت. . از بيماري ، پيري ، درد ستون فقرات ، كم حافظه اي و... رنج نخواهند برد .قابليت فهم و تحليل اطلاعات در مغز آنها در مقايسه با امروز بي نهايت خواهد شد . در هزاره هاي آينده انسانهاي طبيعي مانند امروز احتمالا براي مطالعات پژوهشي نگهداري شده و به نمونه هاي آزمايشگاهي و بطور حتم قابل احترام تبديل خواهند شد و مردمان آينده از اينهمه درد و ناراحتي كه اجداد آنها در هزاره هاي قبل كشيده اند ، متعجب و متاثر خواهند بود .

چه انتظاري بايد از نانوتكنولوژي داشت :
اين تكنولوژي جديد توانايي آن را دارد كه تاثيري اساسي بر كشورهاي صنعتي در دهه هاي آينده بگذارد . در اينجا به برخي از نمونه هاي عملي در زمينه نانوتكنولوژي اشاره مي شود .

انتظار مي رود كه مقياس نانومتر به يك مقياس با كارايي بالا و ويژگيهاي منحصربفرد ،محصولاتي ساخته مي شود كه روش شيمي سنتي پاسخگوي اين امر نمي تواند باشد .

· نانوتكنولوژي مي تواند باعث گسترش فروش سالانه بسيار زياد براي صنعت نيمه هاديها و مدارهاي مجتمع ، طي 10 تا 15 سال آينده شود .

· نانوتكنولوژي ، مراقبتهاي بهداشتي ، طول عمر ، كيفيت و تواناييهاي جسمي بشر را افزايش خواهد داد .

· تقريبا نيمي از محصولات دارويي در 10 تا 15 سال آينده متكي به نانوتكنولوژي خواهد بود كه اين امر ، خود ميليونها دلار نقدينگي را به گردش درخواهد آورد .

· كاتاليستهاي نانوساختاري در صنايع پتروشيمي داراي كاربردهاي فراواني هستند كه پيش بيني شده است اين دانش ، سالانه ميليارد ها دلار را طي 10 تا 15 سال آينده تحت تاثير قرار دهد .

· نانوتكنولوژي موجب توسعه محصولات كشاورزي براي يك جمعيت عظيم خواهد شد و راههاي اقتصادي تري را براي تصويه و نمك زدايي آب و بهينه سازي راههاي استفاده از منابع انرژيهاي تجديد پذير همچون انرژي خورشيدي ارائه مي نمايد . بطور مثال استفاده از يك نوع انباره جريان گذرا با الكترودهاي نانولوله كربني كه اخيرا آزمايش گرديد و از رسانه ها خبر آن را شنيديم، نشان داد كه اين روش 10 بار كمتر آب دريا را نمك زدايي مي كند .

· انتظار مي رود كه نانوتكنولوژي نياز بشر را به مواد كمياب كمتر كرده و با كاستن آلاينده ها ، محيط زيستي سالمتر را فراهم كند . براي مثال مطالعات نشان مي دهد در طي 10 تا 15 سال آينده ، روشنايي حاصل از پيشرفت نانوتكنولوژي ،مصرف جهاني انرژي را تا 10 درصد كاهش داده ، باعث صرفه جويي سالانه 100 ميليارد دلار و همچنين كاهش آلودگي هوا به ميزان 200 ميليون تن كربن شود.

در چند سال گذشته بازارچند ميليارد دلاري برپايه نانوتكنولوژي كسترش يافته اند . براي مثال در ايالات متحده ، IBM براي هد ديسكهاي سخت ، يك سري حسگرهاي مغناطيسي را ابداع كرده است .

Eastern Kodak و 3M تكنولوژي ساخت فيلمهاي نازك نانو ساختاري را به وجود آورده اند . شركت Mobil كاتاليستهاي نانو ساختاري را براي دستگاههاي شيميايي توليد كرده است و شركت Merck ، داروهاي نانوذره اي را عرضه كرده است . تويوتا در ژاپن مواد پليمري تقويت شده نانوذره اي را براي خودروها و Samsung Electronics در كره ، در حال كار بر روي سطح صفحات نمايش توسط نانولوله هاي كربني هستند . بشر درست در ابتداي مسير قرار دارد و فقط چندين محصول تجاري از نانوساختارهاي يك بعدي بهره مي گيرند ( نانو ذرات ، نانو لوله ها ، نانو لايه و سوپر لاستيكها ) . نظزيات جديد و روشهاي مقرون به صرفه توليد نانوساختارهاي دو و سه بعدي از موضوعات مورد بررسي آينده مي باشند.

نانو تكنولوژي يا كاربرد فناوري در مقياس يك ميليونيم متر، جهان حيرت انگيزي را پيش روي دانشمندان قرار داده است كه در تاريخ بشريت نظيري براي آن نمي توان يافت. پيشرفتهاي پرشتابي كه در اين عرصه بوقوع مي پيوندد، پيام مهمي را با خود به همراه آورده است: بشر در آستانه دستيابي به توانايي هاي بي بديلي براي تغيير محيط پيرامون خويش قرار گرفته است و جهان و جامعه اي كه در آينده اي نه چندان دور به مدد اين فناوري جديد پديدار خواهد شد، تفاوت هايي بنيادين با جهان مالوف آدمي در گذشته خواهد داشت.

به گزارش ايرنا نانو تكنولوژي نظير هر فناوري ديگري چونان يك تيغ دولبه است كه مي توان از آن در مسير خير و صلاح و يا نابودي و فنا استفاده به عمل آورد. گام اول در راه بهره گيري از اين فناوري شناخت دقيق تر خصوصيات آن و آشنايي با قابليت هاي بالقوه اي است كه در خود جاي داده است. در خصوص نانو تكنولوژي يك نكته را مي توان به روشني و بدون ابهام مورد تاكيد قرار داد: اين فناوري جديد هنوز، حتي براي متخصصان، شناخته شده نيست و همين امر هاله ابهامي را كه آن را در برگرفته ضخيمتر مي كند و راه را براي گمانزني هاي متنوع هموار مي سازد.

كساني بر اين باورند كه اين فناوري نظير هيولايي فرانكشتين در داستان مري شلي و يا همانند جعبه پاندورا در اسطوره هاي يونان باستان، مرگ و نابودي براي ابناي بشر درپي دارد. در مقابل گروهي نيز معتقدند كه به مدد توانايي هاي حاصل از اين فناوري مي توان عالم را گلستان كرد.

در حال حاضر 450 شركت تحقيقاتي- تجاري در سراسر جهان و 270 دانشگاه در اروپا، آمريكا و ژاپن با بودجه اي كه در مجموع به 4 ميليارد دلار بالغ مي شود سرگرم انجام تحقيقات در عرصه نانو تكنولوژي هستند. در اين قلمرو اتمها و ذرات رفتاري غيرمتعارف از خود به نمايش مي گذارند و از آنجا كه كل طبيعت از همين ذرات تشكيل شده، شناخت نحوه عمل آنها، به يك معنا شناخت بهتر نحوه شكل گيري عالم است. به اين ترتيب دانشمنداني كه در اين قلمرو به كاوش مشغولند، به يك اعتبار با ذهن و ضمير خالق هستي و نقشه شگفت انگيز او در خلقت عالم آشنايي پيدا مي كنند، اما از آنجا كه دانايي توانايي به همراه مي آورد، شناسايي رازهاي هستي مي تواند توان فوق العاده اي را در اختيار كاشفان اين رازها قرار دهد. تحقيق در قلمرو نانو تكنولوژي از اواخر دهه 1950 آغاز شد و در دهه 1990 نخستين نتايج چشمگير از رهگذر اين تحقيقات عايد گرديد.

از جمله آنكه يك گروه از محققان شركت آي بي ام موفق شدند35 اتم گزنون را بر روي يك صفحه از جنس نيكل جاي دهند و با كمك اين تك اتمها نامي را بر روي صفحه نيكلي درج كنند. محققان ديگر به بررسي درباره ساختارهاي ريز موجود در طبيعت نظير تار عنكبوت ها و رشته هاي ابريشم پرداختند تا بتوانند موادي نازك تر و مقاوم تر توليد كنند. در اين ميان ساخت يك نوع مولكول جديد كربن موسوم به باكمينسترفولرين يا كربن- 60 راه را براي پژوهشهاي بعدي هموارتر كرد. محققان با كمك اين مولكول كه خواص حيرت انگيز آن هنوز در درست بررسي است، لوله هاي موئينه اي در مقياس نانو ساخته اند كه مي تواند براي ايجاد ساختارهاي مختلف در تراز يك ميليونيم متر مورد استفاده قرار گيرد. بررسي هايي كه در ابعاد نانو بر روي مواد مختلف صورت گرفته و خواص تازه اي را آشكار كرده است. به عنوان مثال ذرات سيليكن در اين ابعاد از خود نور ساطع مي كنند و لايه هاي فولاد در اين مقياس از استحكام بيشتري در قياس با صفحات بزرگتر اين فلز برخوردارند.

برخي شركتها از هم اكنون بهره برداري از برخي يافته هاي نانوتكنولوژي را آغاز كرده اند. به عنوان نمونه شركت آرايشي اورال از مواد نانو در محصولات آرايشي خود استفاده مي كند تا بر ميزان تاثير آنها بيفزايد. ساخت ديودهاي نوري با استفاده از مواد نانو موجب مي شود تا 80درصد در هزينه برق صرفه جويي شود. توپهاي تنيسي كه با كربن 60 ساخته شده و روانه بازار گرديده سبكتر و مستحكمتر از توپهاي عادي است. شركتهاي ديگر با استفاده از مواد نانو پارچه هايي توليد كرده اند كه با يك بار تكاندن آنها مي توان حالت اتوي اوليه را به آنها بازگرداند و همه چين و چروكهايشان را زايل كرد. با همين يك بار تكان همه گردوخاكي كه به اين پارچه ها جذب شده اند نيز پاك مي شوند. نوارهاي زخم بندي هوشمندي با اين مواد درست شده كه به محض مشاهده نخستين علائم عفونت در مقياس مولكولي، پزشكان را مطلع مي سازند.

از همين نوع مواد همچنين ليوانهايي توليد شده كه قابليت خود- تميزكردن دارند. لنزها و عدسيهاي عينك ساخته شده از جنس مواد نانو ضد خش هستند و يك گروه از محققان تا آنجا پيش رفته اند كه درصددند با مواد نانو پوششهاي مناسبي توليد كنند كه سلولهاي حاوي ويروسهاي خطرناك نظير ويروس ايدز را در خود مي پوشاند و مانع خروج آنها مي شود. مهمترين نكته درباره موقعيت كنوني فناوري نانو آن است كه اكنون دانشمندان اين توانايي را پيدا كرده اند كه در تراز تك اتمها به بهره گيري از آنها بپردازند و اين توانايي بالقوه مي تواند زمينه ساز بسياري از تحولات بعدي شود. يك گروه از برجسته ترين محققان در حوزه نانوتكنولوژي بر اين اعتقادند كه مي توان بدون آسيب رساندن به سلولهاي حياتي، در درون آنها به كاوش و تحقيق پرداخت. شيوه هاي كنوني براي بررسي سلولها بسيار خام و ابتدايي است و دانشمندان براي شناخت آنچه كه در درون سلول اتفاق مي افتد ناگزيرند سلولها را از هم بشكافند و در اين حال بسياري از اطلاعات مهم مربوط به سيالهاي درون سلول يا ارگانلهاي موجود در آن از بين مي رود.

يك گروه از محققان كه در گروهي موسوم به اتحاد سيستمهاي زيستي گرد آمده اند، سرگرم تكميل ابزارهاي ظريفي هستند كه هدف آن بررسي اوضاع و احوال درون سلول در زمان واقعي و بدون آسيب رساندن به اجزاي دروني سلول يا مداخله در فعاليت بخشهاي داخلي آن است. ابزاري كه اين گروه مشغول ساخت آن هستند رديف هايي از لوله ها يا سيمهاي بسيار ظريفند كه قادرند وظايف مختلفي را به انجام برسانند از جمله آنكه هزاران پروتئيني را كه به وسيله سلولها ترشح مي شود شناسايي كند. گروههاي ديگر از محققان نيز به نوبه خود سرگرم توليد دستگاهها و ابزارهاي ديگر براي انجام مقاصد علمي ديگر هستند.

به عنوان نمونه يك گروه از محققان سرگرم تكميل فيبرهاي نوري در ابعاد نانو هستند كه قادر خواهند بود مولكولهاي مورد نظر را شناسايي كنند. گروهي نيز دستگاهي را دردست ساخت دارند كه با استفاده از ذرات طلا مي تواند پروتئين هاي معيني را فعال سازد يا از كار بيندازد. به اعتقاد پژوهشگران براي آنكه بتوان از سلولها در حين فعاليت واقعي آنها اطلاعات مناسب به دست آورد، بايد شيوه تنظيم آزمايشها را مورد تجديدنظر اساسي قرار داد. سلولها در فعاليت طبيعي خود امور مختلفي را به انجام مي رسانند: از جمله انتقال اطلاعات و علائم و داده ها ميان خود، ردوبدل كردن مواد غذايي و بالاخره سوخت و ساز و اعمال حياتي. يك گروه از روش تازه اي موسوم به الگوي انتقال ابر - شبكه استفاده كرده اند كه ساخت نيمه هاديهاي نانومتري به قطر تنها 8 نانومتر را امكان پذير مي سازد. هريك از اين لوله هاي بسيار ريز بالقوه مي توانند يك پادتن خاص يا يك بخش كوچك از رشته دي ان اي بر روي خود جاي دهند.

با كمك هر تراشه مي توان 1000 آزمايش متفاوت بر روي يك سلول انجام داد. براي دستيابي به موفقيت كامل بايد بر برخي از محدوديتها غلبه شود، ازجمله آنكه درحال حاضر براي بررسي سلولها بايد آنها را در درون مايعي قرار داد كه مصنوعاً محيط زيست طبيعي سلولها را بازسازي مي كند، اما يون موجود در اين مايع مي تواند سنجنده هاي موئينه را از كار بيندازد. براي رفع مشكل، محققان سلولها را درون مايعي جاي مي دهند كه چگالي يون آن كمتر است. گروههاي ديگري از محققان نيز در تلاشند تا ابزارهاي مناسب در مقياس نانو براي بررسي جهان سلولها ابداع كنند. يكي از اين ابزارها چنانكه اشاره شد يك فيبر نوري است كه ضخامت نوك آن 40 نانومتر است و بر روي نوك نوعي پادتن جا داده شده كه قادر است خود را به مولكول مورد نظر در درون سلول متصل سازد. اين فيبر نوري با استفاده از فيبرهاي معمولي و تراش آنها ساخته شده و بر روي فيبر پوششي از نقره اندود شده تا از فرار نور جلوگيري به عمل آورد. نحوه عمل اين فيبر نوري درخور توجه است.

از آنجاكه قطر نوك اين فيبر نوري، از طول موج نوري كه براي روشن كردن سلول مورد استفاده قرار مي گيرد به مراتب بزرگتر است، فوتونهاي نور نمي توانند خود را تا انتهاي فيبر برسانند، درعوض در نزديكي نوك فيبر مجتمع مي شوند و يك ميدان نوري بوجود مي آورند كه تنها مي تواند مولكولهايي را كه در تماس با نوك فيبر قرار مي گيرند تحريك كند. به نوك اين فيبر نوري يك پادتن متصل است و محققان به اين پادتن يك مولكول فلورسان مي چسبانند و آنگاه نوك فيبر را به درون يك سلول فرو مي كنند. در درون سلول، نمونه مشابه مولكول فلورسان نوك فيبر، اين مولكول را كنار مي زند و خود جاي آن را مي گرد. به اين ترتيب نوري كه از مولكول فلورسان ساطع مي شد از بين مي رود و فضاي درون سلول تنها با نوري كه به وسيله ميدان موجود در فيبر نوري بوجود مي آيد روشن مي شود و درنتيجه محققان قادر مي شوند يك تك مولكول را در درون سلول مشاهده كنند.

مزيت بزرگ اين روش در آن است كه باعث مرگ سلول نمي شود و به دانشمندان اجازه مي دهد درون سلول را در هنگام فعاليت آن مشاهده كنند. نانو تكنولوژي همچنين به محققان امكان مي دهد كه بتوانند رويدادهاي بسيار نادر يا مولكولهاي با چگالي بسيار كم را مشاهده كنند. به عنوان مثال بلورهاي مينياتوري نيمه هاديهاي فلزي در يك فركانس خاص از خود نور ساطع مي كنند و از اين نور مي توان براي مشخص كردن مجموعه اي از مولكولهاي زيستي و الصاق برچسب براي شناسايي آنها استفاده كرد. به نوشته هفته نامه علمي نيچر چاپ انگلستان يك گروه از محققان دانشگاه ميشيگان نيز توانسته اند سنجنده خاصي را تكميل كنند كه قادر است حركت اتمهاي روي را در درون سلولها دنبال كند و به دانشمندان در تشخيص نقايص زيست عصبي مدد رساند.

از ابزارهاي در مقياس نانو همچنين مي توان براي عرضه مؤثرتر داروها در نقاط موردنظر استفاده به عمل آورد. در آزمايشي كه بتازگي به انجام رسيده نشان داده شده است كه حمله به سلولهاي سرطاني با استفاده از ذرات نانو 100برابر بازده عمل را افزايش مي دهد. محققان اميدوارند در آينده اي نه چندان دور با استفاده از نانو تكنولوژي موفق شوند امور داخلي هر سلول را تحت كنترل خود درآورند. هم اكنون گامهاي بلندي در اين زمينه برداشته شده و به عنوان نمونه دانشمندان مي توانند فعاليت پروتئينها و مولكول دي ان اي را در درون سلول كنترل كنند. به اين ترتيب نانو تكنولوژي به محققان امكان مي دهد تا اطلاعات خود را درباره سلولها يعني اصلي ترين بخش سازنده بدن جانداران به بهترين وجه كامل سازند

-------------------------------------------------------------

منبع : www.lahijancity.com

تئوري ساخت ليزر گازي co2

وقتی که الکترون در یکی از مدارهای مجاز یا حالت پایه قرار داردهیچ انرژی توسط اتم ساتع نمی شود . هر یک از این مدار های مجاز به یک تراز انرژی معین یا حالت انرژی معین مربوط می شوند. الکترونها و اتم ها با حرکت از یک مدار با انرژی بالاتر (دور تر از هسته) به یک مدار با انرژی کمتر ...

اصول كلي تابش ليزر:

وقتي كه الكترون در يكي از مدارهاي مجاز يا حالت پايه قرار داردهيچ انرژي توسط اتم ساتع نمي شود . هر يك از اين مدار هاي مجاز به يك تراز انرژي معين يا حالت انرژي معين مربوط مي شوند. الكترونها و اتم ها با حركت از يك مدار با انرژي بالاتر (دور تر از هسته) به يك مدار با انرژي كمتر ( نزديكتر به هسته ) ، انرژي از دست مي دهند. اين انرژي به صورت يك فوتون با انرژي است.

در اتمها مدارهاي مجزا و متعددي وجود دارد و بنابر اين انتقالات مختلفي ممكن اسن انجام شود . از اين رو يك اتم انرژي هاي مختلفي را مي تواند گسيل كند . به طور كلي هر اتم تمايل دارد در حالت انرژي هاي پايين تر قرار گيرد از اين رو براي ايجاد طيف اتمي الكترونها را با تحريك كردن به تراز هاي بالاتر ميفرستند. اين عمل در لوله هاي تخليه و به كمك حرارت يا برخورد

الكترونهاي ديگر و يا به كمك تابش با طول موجهاي مناسب انجام پذير است. هر طول موجي كه توسط اتم در حال تحريك گسيل شود، ميتواند توسط آن وقتي كه در تراز هاي پايين انرژي قرار دارد جذب شود . البته انرژي فوتون هاي برخورد كننده بايد خيلي نزديك به اختلاف انرژي بين دو تراز انرژي اتم درگير باشد. اين حالت را جذب تشديدي مي گويند.

اگر اتم در يك تراز پايين تر تحت تابش با فركانس قرار بگيرد ، احتمال بسيار زيادي وجود دارد كه اتم با جذب اين فوتون تحريك شده و به تراز بالاتر برود. اين فرآيند را جذب برانگيخته مي گويند.

اتم بلافاصله (چند نانو ثانيه) بعد از تحريك شدن به تراز بالاتر انرژي مي رود و با گسيل فوتوني با انرژي به تراز پايين انرژي باز مي گردد . فرآيند گسيل پرتو مي تواند به دو صورت خود به خودي يا تحريكي انجام شود.

دو نكته در رابطه با گسيل تحريكي وجود دارد :

1 - فوتوني كه با گسيل برانگيخته توليد مي شود داراي همان انرژي و فركانس فوتون تحريك كننده است2 - امواج نوري مربوط به هر دو فوتون هم فازند و داراي پولاريزاسيون مشابه هستند

به اين معني كه در اتمي كه به صورت برانگيخته مجبور به تابش نوري مي شود ، موجي كه باعث ايجاد فرآيند شده به فوتون اضافه مي شود به طوري كه يكديگر را تقويت مي كنند و دامنه هاي آنها افزايش ميابد . پس ما امكان تقويت نور به وسيله گسيل هاي تحريكي تابش را خواهيم داشت.

تابش هاي تحريك شده همدوس هستند. يعني همه امواج سازنده چنين تابش هايي هم فاز هستند .

اين فرايند با گسيل خود به خودي تفاوت اساسي دارد. چون در آنجا اتمها كاملا به صورت اتفاقي كسيل مي كنند به طوري كه رابطه خاص فازي بين امواج وجود ندارد و اينگونه تابش ها غير همدوس هستند.

دمش:

فرآيند تحريك ماده ليزريبراي تغيير تراز و آزاد كردن انرژي را دمش مي گويند. عمل دمش از طريق چندين راه امكان پذير است از قبيل : دمش اپتيكي – دمش به كمك تخليه الكتريكي – دمش به كمك آزاد كردن انرژي شيميايي .

با توجه به ليزر هاي متفاوت و نوع ماده ليزري از روش هاي متفاوت دمش استفاده مي شود. به طو ر مثال در لبزر هاي گازي مانند ليزر CO2 از روش تخليه الكتريكي استفاده مي شود.

تشديد كننده هاي نوري:

براي داشتن پرتو خروجي از ليزرها و انرژي بهينه و با توان بالا نياز داريم كه پرتو هاي تحريك كننده جهت تحريك ماده ليزري و افزايش انرژي را تقويت كنيم.

در بيشتر حالات تقويت كلي توسط قرار دادن آينه هايي با درصد بازتابش بالا در دو انتهاي كاواك ليزر انجام مي شود . پرتوي نوري بيش از حدود 100 بار بين دو اينه رفت و برگشت مي كند و به اين ترتيب طول موثر ماده افزايش مي يابد. آينه ها تشكيل يك كاواك نوري يا تشديد كننده مي دهند و به همراه ماده فعال ليزري يك نوسان كننده مي سازند . آينه ها در اصل مانند يك بازخور نوري از ماده تقويت كننده عمل مي كنند. اساسا گسيل خود به خودي يك تغيير كوچك در فركانس عبوري از ماده ايجاد مي كند و آن را به دليل گسيل برانگيخته تقويت مي كند.

در برخورد با آينه هاي انتهايي اكثر انرژي به داخل كاواك باز مي گردد . اين نور تقويت شده مجددا با برخورد به آينه ديگر بيشتر تقويت مي شود و اين <رايند مدام تكرار مي شود. اين تغييرات تااين نوسانات به يك حالت پايدار برسند افزايش مي يابد . در اين حالت رشد دامنه امواج داخل كاواك افزايش مي يابد و هر انرژي كه به دليل گسيل برانگيخته ظاهر ميشود به عنوان خروجي ليزر منظور مي گردد.

تا اينجا فرض بر اين بود پرتوهايي كه بين دو آينه رفت و برگشت مي كنند موازي هستند . ولي در واقع اينطور نيست. به دليل اثرات پراش در لبه آينه ها يك باريكه كاملا موازي نمي تواند با اندازه محدود ابقا شود چون بخشي از تابش از كناره هاي آينه ها پخش مي شود و اين اتلاف ها در اثر پراش را مي توان با استفاده از آينه هاي مقعر و در عمل با آينه هاي با انحناي متفاوت و شكل هاي مختلف، بسته به نوع ليزر ، كاهش داد. به اينگونه سيستم ها كاواك پايدار گفته مي شود.

برخي از سيستمهاي كاواك پايدار در شكل زير نشان داده شده است.

اکنون پس از توضیحاتی که در مورد لیزر ها و انواع آنها داده شد ، به بررسی ساخت یک نمونه از لیزر دی اکسید کربن با جریان گاز می پردازیم .

تئوري ساخت ليزر CO2 :

اكنون پس از توضيحاتي كه در مورد ليزر ها و انواع آنها داده شد ، به بررسي ساخت يك نمونه از ليزر دي اكسيد كربن با جريان گاز مي پردازيم .

اجزاي سازنده ليزر CO2 با جريان گاز :

تيوپ ليزر

آينه هاي ليزر

منبع گاز CO2 و N2 و He

پمپ خلا

منبع ولتاژ بالا

آند و كاتد

سيستم خنك كننده

پيچ ها و پايه هاي تنظيم

در ادامه به برسي هريك از اجزاي ليزر به طور مجزا مي پردازيم و با ارائه آمار و ارقام و روش هاي پيشنهادي ، تئوري كاملي از ساخت ليزر CO2 با جريان گاز ارائه خواهيم داد .

نقشه هاي ليزر با جريان گاز :

نقشه سه بعدي ليزر

سيستم خلا و گازهاي ليزر :

همان طور كه در طرح ساخت بيان شد ، از سيستم جريان گاز با تخلي الكتريكي ولتاژ بالا استفاده مي شود. در ادامه نكات مهمي در مورد راه اندازي سيتم خلا و جريان گاز بيان مي شود

- تمام هواي داخل لوله بايد تخليه شود . تخليه بايد تقريبا به طور كامل انجام شود چرا كه وجود هواي پس ماند در لوله باعث ضعيف شدن پرتوي خروجي يا عدم خروجي ليزر مي شود.

- هر گونه آلودگي را از روي تيوپ ليزر پاك كنيد چرا كه ممكن است باعث اختلال در پرتوي خروجي شود . توجه شود كه برخي از مواد خلا مانند گريش و مواد پوشاننده درز ها مشكلي ايجاد نمي كند.

- فشار گاز ليزر را به صورت تكي يا مخلوط ، چه در ابتداي كار و چه به هنگام عمل ليز كنترل كنيد .

درصد تركيب گاز ها در ليزر co2 به صورت زير است:

گاز ها

حجم (ليتر)

فشار (بار)

دي اكسيد كربن

16% تا 4%

7930 – 280

167 - 2400

نيتروژن

20% تا 10%

5664 – 200

2124 - 75

هليوم

به ميزان تعادل

2124 – 75

146 - 2100

با توجه به نقشه ساخت ليزر به صورت زير عمل مي كنيم .

ابتدا ورودي گاز ليزر را ميبنديم و سپس از طرف ديگر توسط پمپ تخليه كاواك را به طور كامل تخليه مي كنيم . منبع گاز را با توجه با جدول بالا پر ميكنيم و سپس آن را به ورودي كاواك متصل مي كنيم . سپس شير ورودي را باز كرده تا مخلوط گاز وارد كاواك شود به منظور برقرار كردن جريان گاز در طول كاواك بايد خروجي ليزر را به پمپ خلا متصل كنيم تا با مكشي كه ايجاد ميكند ، گاز در طول لوله جريان يابد .

راه ديگر براي ايجاد جريان گاز اين است كه خروجي كاواك را به يك مخزن خالي گاز با فشار كمتر از مخزن ورودي متصل كنيم . توجه شود كه بايد مسير جريان گاز در طول لوله از آند به كاتد باشد تا تخليه الكتريكي هم مسير با عبور جريان انجام شود . لوله هايي كه مخزن گاز و پمپ خلا را به ليزر متصل مي كنند بايد انعطاف پذير باشند . محل اتصال لوله ها به ليزر بايد كاملا عايق بندي شود تا هيچ گونه نشط به بيرون نداشته باشد و باعث افت فشار نشود .

تيوپ ليزر :

مهمترين قسمت ليزر co2 تيوپ آن مي باشد . تيوپ هاي ليزر را معمولا از جنس لوله تخليه پلاسما يا از جنس شيشه مي سازند . اما كاواك هاي شيشه اي مرسو تر هستند زيرا دست رسي و ساخت آنها آسان تر است .

بهترين شيشه به منظور ساخت كاوا ليزر ، شيشه پريكس نسوز است كه در مقابل تغيير دما مقاومت بالايي دارد . چرا كه سيستم ليزر با توليد گرماي زيادي همراه است.

با توجه به طرح ساخت ، طول تيوپ ليزر را 45 سانتي متر و قطر مقطع آن را 2.5 سانتي متر در نظر مي گيريم . جهت اتصال لوله هاي ورودي و خروجي گاز ، دو سوراخ در قسمتهاي ابتدا و انتهاي تيوپ ليزر تعبيه مي كنيم يا اينكه تيوپ را به هنگام ساخت به گونه اي مي سازيم كه قابليت اتصال دو لوله به ابتدا و انتهاي ان وجود داشته باشد. تيوپ ليزر ابتدا در يك لوله شيشه اي بزرگتر كه همان لوله سيستم خنك كننده است قرار مي گيرد و سپس بر رويه پايه هاي نگه دارنه ليزر محكم مي شود.

سيستم خنك كننده :

از انجا كه عمل ليز گرماي زيادي ايجاد مي كند و توان ليزر را تا حد زيادي كاهش مي دهد پس بايد به فكر راهي براي خنك كردن تيوپ ليزر و آينه ها باشيم.

يك روش خنك كردن سيستم استفاده از جريان گاز مي باشد . و روش ديگر استفاده از سيستم خنك كننده ي گردش آب مي باشد . به اين منظور بايد كاواك را در يك لوله شيشه اي بزرگ قرار دهيم . طرز كار به گونه اي است كه تيوپ ليزر در وسط لوله بزرگتر قرار دارد و آب از اطراف آن جريان مي يابد و آن را خنك مي كند. جهت اجاد جريان اب در سيستم خنك كننده بايد دو سوراخ در لوله شيشه اي بزرگ به منظور اتصال لوله هاي ورودي و خروجي آب تعبيه كنيم . و با اتصال آن از طريق لوله ها به يك پمپ ، آب را از يك مخزن درون لوله شيشه اي به جريان بيندازيم . جهت پمپ آب ميتوان از پمپ آكواريوم يا پمپ كولر هاي آبي استفاده كرد كه اب را از يك منبع به داخل سيستم خنك كننده جريان مي دهند.

در بستن لوله هاي آب و سيستم خنك كننده به هم سعي شود تا هيچگونه نشط آب به بيرون وجود نداشته باشد.

طبق طرح طول لوله شيشه اي سيستم خنك كننده 30 سانتي متر و قطر آن 5 سانتي متر مي باشد .

آينه ها و نصب آنها در ليزر:

همانطور كه در قسمت تشديد كننده هاي نوري بيان شد براي افزايش توان ليزر و موازي كردن مسير بازتاب پرتوها در كاواك از آينه هايي با درصد بازتابش بالا استفاده مي شد تا فوتونها بتوانند بين دو آينه بازتاب كننده براي جلوگيري از تلفات به دليل جلوگيري از پراش در لبه هاي آينه ها از سيستمي استفاده مي شود كه در آن يك آينه تخت با در صد بازتابش تقريبا 100% و يك آينه مقعر با در صد بازتابش تقريبا 90%در دو طرف كاواك تعبيه شده باشد. با توجه به در صد بازتابش آينه مقعر با بازتابش 90% مي باشد.

از آنجا كه خروجي ليزرهاي co2 در محدوده 10.6 ميكرون است از قطعات اپتيكي مثل شيشه و يا كوارتز جهت ساختن آينه هاي ليزر نمي توان استفاده كرد .چون اين مواد در محدوده 10.6 جذب زيادي دارند بنابراين خروجي ليزر را به شدت كاهش مي دهند و در اثر گرماي زيادي كه در اثر فرايند جذب در آنها ايجاد مي شود ممكن است بشكنند يا ذوب شوند. بنابراين براي ساختن آينه هاي ليزر از موادي مانند ژرمانيوم – گاليوم - آرسنايد- سولفيد روي- طلا و هالوژن ها مي توان استفاده كرد. در ميان اين آينه ها هالوژنها كمترين جذب را دارند ولي جذب رطوبت و نرم بودن آنها مشكلاتي را فراهم مي كند. آينه هاي فلزي با در صد بازتاب 100% نيز مي توانند براي استفاده در اين طول موجها مورد استفاده قرار گيرند.

ما در ساخت ليزر co2 با جريان گاز از آينه ژرمانيوم و طلا استفاده مي كنيم. به اين صورت كه آينه تخت را از جنس آينه ژرمانيوم و آينه مقعر را از جنس آينه طلا انتخاب مي كنيم.

تقريبا بيشترين هزينه در ساخت ليزر co2 مربوط به تهيه آينه هاست.

لازم به تذكر است كه آينه مقعر طلا كه مورد استفاده قرار مي گيرد داراي شعاع انحناي cm 120 بايد باشد در ضمن خروجي ليزر هم از همين آينه هاست.

نكته ديگري كه بايد هنگام تهيه آينه ها در نظر گرفت اين است كه آينه ها بايد از طرف جلوي آينه پوشش داده شده باشند يعني پوشش طلا يا ژرمانيوم بايد بر روسي سطح ِنه باشد نه پشت آينه.

در صورتي كه در تهيه آينه طلا با مشكل مواجه شديم مي توانيم از آينه آلومينيوم نيز استفاده كرد.

گاهي اوقات نيز در ساخت آينه ها سطح آينه را با استفاده از چند ماده مختلف با در صد بازتابش بالا در طول موجهاي متفاوت استفاده مي شود. ولي ضخامت پوش هر ماده بر روسي سطح آينه برابر با نصف طول موج نوري است كه آينه براي آن طراحي شده است.

در انتخاب آينه مقعر بايد توجه كرد كه شعاع انحناي آن بايد بزرگتر از طول كاواك ليزر باشد. در ادامه جدولي از آينه ها و اطلاعات مربوط به آن ارائه شده است.

نصب آينه ها و پيچهاي تنظيم:

نصب آينه ها به صورت ثابت ولي حركت در دو انتهاي كاواك ممكن است مشكلاتي از قبيل عدم موازي بودن پرتوها و يا ضعيف شدن توان خروجي ليزر براي ما ايجاد كند.

بنابر اين بهترين كار اين است كه آينه ها را بر روي پايه هاي متحرك با پيچ تنظيم نصب كنيم تا بتوانيم ان را به راحتي حركت داده و تنظيم كنيم. از انجا كه تهيه يك تنظيم كننده ايدهآل كه با سيستم خلا كاواك ليزر سازگار باشد بسيار هزينه بر است پس يك راهكار پيشنهادي ارائه مي كنيم.

مطابق شكل ارائه شده با دوقطعه فلز در ابتدا ، نگهدارنده اي براي آينه ها مي سازيم و براي تعبيه پيچ هاي تنظيم دو سوراخ در آنها ايجاد مي كنيم .براي اتصال اينه ها به كاواك خلا ، به ورقه اي از جنس آلومينيوم انعطاف پذير نياز داريم . فويل الومينيوم را به صورت زيگ زاگ مطابق شكل به صورت استوانه اي كه قطر سطح مقطع ان برابر با قطر كاواك است شكل مي دهيم و لبه هاي آن را توسط چسب قابل انعطافي مانند چسب آكواريوم به هم مي چسبانيم . سپس يك انتهاي استوانه انعطاف پذير ساختگي خود را به آينه مي چسبانيم و طرف ديگر آن را به كاواك ليزر . با قرار دادن پيچ هاي تنظيم مطابق شكل پس از چك كردن عدم نشط گاز به بيرون با روشن كردن ليزر ، آينه ها را تنظيم مي كنيم . لازم به ذكر است كه اين سيستم بايد براي هر دو آينه تخت و مقعر به كار برده شود .

تنظيم پرتوي خروجي:

جهت استفاده از پرتوي ليزر بايد قادر باشيم آن را در جهات مختلف هدايت كنيم.

قبل از هر چيزي بايد از موازي بودن پرتو هاي خروجي اطمينان حاصل كنيم. براي اين منظور كاغذي را از وسط سوراخ كرده به گونه اي در جلوي كاواك ليزر قرار مي دهيم كه محور مركزي گذرنده از كاواك هم راستا با سوراخ باشد. سپس با دستكاري پيچ هاي تنظيم آينه ها پرتوي خروجي از ليزر را به گونه اي تنظيم مي كنيم تا از مركز سوراخ عبور كند . اكنون ما يك دسته پرتوي مستقيم داريم . از قبل لازم به ذكر است كه به دليل نوع اينه هاي استفاده شده و سيتم بازتابش رفت و برگشت فوتون بين دو آينه پرتوي خروجي يك پرتوي موازي است.اكنون مي خواهيم پرتو را با قطر هاي متفاوت بر روي نقطه مورد نظر متمركز كنيم. جهت اين كار مي توان از سيستم عدسي هاي مركب استفاده كرد . چند نمونه از سيتم هاي عدسي مركب به منظور هدايت پرتو در شكل نشان داده شده كه باتوجه به انها مي توانيم با استفاده از عدسي هاي گوناگون با فاصله كانوني ها وشعاع هاي انحناي مختلف پرتوي خروجي را به گونه اي كه تمايل داريم هدايت كنيم .

نكته ي ديگر در تنظيم پرتوي خروجي استفاده از پهن كننده پرتو است . پهن كننده ها شعاع پرتو هاي نوري را افزايش داده و ما ميتوانيم با عبور دسته پرتوي گسترده تر از عدسي ، سطح كانوني كوچك تري بدست آوريم و پرتو را بيشتر متمركز كنيم .

راه ديگري كه در انتقال پرتو ها مفيد است استفاده از تارهاي نوري موج بر است كه مي توانند با قابليت انعطاف پذيري خود ، پرتو را به نقاط مختلف انتقال دهند.

اصولا اين تارهاي نوري داراي قطرهاي كوچك ، از جنس شيشه يا كوارتز هستند و داراي يك هسته مركزي با ضريب شكست بزرگتر از محيط اطراف خود مي باشند.پرتو نور قادر به حركت در داخل هسته مركزي به صورت زيگ زاگ به دليل بازتاب كلي از فصل مشترك هسته مركزي با جداره مي باشد.

متاسفانه اين روش براي طول موجهاي تا 1.6 ميكرون به كار مي رود . چون ميزان جذب براي طول موج هاي بزرگتر زياد است ، از اين روش براي انتقال پرتو در ليزر co2 نمي توان استفاده كرد .

ولتاژها:

همان طور كه قبلا نيز بيان شد ، دمش در ليزر هاي گازي از نوع تخليه الكتريكي است كه توسط ولتاژ هاي بالا انجام مي شود .از آنجا كه دمش در ليزر هاي co2 طي دو مرحله انجام مي شود ، بنابر اين ابتدا بايد توسط تخليه الكتريكي ولتاژ بالا اتم هاي نيتروژن را تحريك كنيم تا به حالت برانگيخته برسند و با انتقال انرژي خود به مولكول هاي co2 عمل ليز آغاز شود .

اوين حالت تحريكي ازت تقريبا در 0.3 الكترون ولت است . بنا بر تجربه براي شروع عمل ليز به 2 الكترون ولت انرژي نياز دارد .

لازم به ذكر است كه ليزر هاي co2 با جريانDC يا جريان متناوب AC با فركانس خيلي پايين كار مي كند. البته جريان هاي AC در ليزر هايي استفاده مي شود كه به صورت ضرباني دمش مي شوند و خروجي ناپيوسته دارند .

در مورد ليزر هاي co2 ولتاژي را برابر با 10 تا 15 كيلو ولت DC به ازاي هر متر تخليه الكتريكي استفاده مي كنيم . كه حدود جريان الكتريكي ما بين 10 تا 15 ميلي آمپر است .

براي ايجاد جريان DC مي توانيم از يكسو كننده هاي جريان AC استفاده كنيم تا به ولتاژ آغازين 10 كيلو ولت برسيم .

در ليزر هاي co2 نياز نداريم كه از سيستم هاي ولتاژ بالا با قابليت تنظيم استفاده كنيم . اما استفاده كردن از چنين سيستمي كه قابليت تنظيم ولتاژ خروجي را داشته باشد براي تنظيم قدرت خروجي ليزر مناسب ست.چرا كه هر چه ولتاژ بالاتري به كار ببريم ، عمل ليز با قدرت بيشتري انجام مي شود.

ولتاژ بالاي اعمال شده به دو سر تيوپ ليزر اعمال مي شود ، يك ميدان يكنواخت در سر تا سر لوله ايجاد ميكند و الكترونها در اين ميدان شتاب مي گيرند و با برخورد به ديگر اتم ها آنها را تحريك مي كنند.

گاهي اوقات قبل از عمل تخلي گاز را كمي يونيزه مي كنند . اين عمل به كمك يك پالس ولتاژ بالا كه به يكي از الكترود ها اعمال مي شود يا به كمك ي سيم كوتاه كه به دور لوله پيچيده شده ، انجام مي گيرد . در اين روش هم الكترون ها و هم يون ها و هم مولكول هاي خنثي در محيط وجود دارند . الكترونهايآزاد توسط ميدان الكتريكي شتاب گرفته و به سمت آنود حركت مي كنند.

نكته اي كه به هنگام تنظيم ولتاژ مناسب در نظر مي گيريم اين است كه ولتاژ اعمال شده را از مرز 15 كيلو ولت آغاز ميكنيم . ولتاژ را اندك اندك افزايش ميدهيم تا يك باريكه نوري موازي و درخشان در مركز كاواك ليزر مشاهده شود . در چنين حالتي ولتاژ اعمال شده ولتاژ مناسبي است.

لازم به ذكر است كه استفاده از ولتاژ هاي بالا به مراقبت بسيار زيادي نياز دارد .

از سيم هاي رابط عايق استفاده كنيد و هر جا كه سيم پوشش خود را از دست مي دهد آان را عايق كنيد . سيستم ولتاژ بالا و خود دستگاه ليزر بايد بر روي پايه هاي محكم و بدون لغزش نصب شده باشد تا از هر گونه لغزش و خطر احتمالي برخورد سيم ها جلو گيري شود.

به هنگام كار كردن با چنين سيستمي بسيار دقت كنيد تا سيمهاي كاتد و انود 2 اينچ به ازاي هر 10 كيلو ولت از هم فاصله داشته باشند. تا از هر گونه جرقه زدن و اتصال كوتا اجتناب شود.

الكترود ها :

يكي از مهمترين اجزاي يك ليزر الكترود هاي آن مي باشد. همان طور كه قبلا نيز اشاره شد ، الكترود ها با آزاد كردن الكترون هاب اوليه نقش مهمي در شروع عمل ليز ، ايفا مي كنند . در ليزر هاي مختلف ، انواع متعددي از الكترودها استفاده مي شود. در ليزر هاي co2 به طور معمول از الكترود هايي از جنس آلو مينيوم استفاده مي شود. چراكه آلومينيوم داراي الكتونهاي ظرفيت مناسب جهت ازاد شدن توسط ولتاژ بالا مي باشد . همچنين از انجا كه سطح الومينيوم هميشه پوشيده از يك لايه اكسيد آلومينيوم است اين امر به ازاد كردن الكترون هاي بيشتري كمك مي كند. در طرح ليزر از ورقه هاي نازك و انعطاف پذير آلومينيوم براي ساخت كاتد و آنود استفاده مي كنيم . روش كار به اين صورت است كه درو قطعه ورقه الومينيوم با عرض 3 و طول 15 سانتي متر تهيه مي كنيم . سپس اين ورقه ها را به شكل استوانه هايي هم قطر با تيوپ ليزر يعني به قطر 2.5 سانتي متر لوله مي كنيم و در دو انتهاي تيوپ ليزر فرو ميكنيم . سپس يك سانتي متر از هر طرف را از لوله خارج كرده و بر روي خود تيوپ خم مي كنيم . پس از اتصال سيم هاي رابط جريان به ورقه هاي آلومينيوم ، آن قسمت از تيوپ را كه ورقه هاي آلومينيوم بر روي آن تا خورده به شدت عايق بندي مي كنيم تا از هرگونه تماس با آن ها غير ممكن شود .

لازم به ذكر است ، سيتم آينه ها و پيچ هاي تنظيم كه قبلا توضيح داده شد بايد پس از عايق بندي الكترود ها و لوله كاواك به انتهاي ليزر متصل شود. چراكه اگر بدون عايق بندي عمل شود ، خطر برق گرفتگي وجود دارد.

محاسبه تقريبي توان ليزر :

ليزر هاي گونتگون با نوجه به سيستمي كه در ساخت آنها به كار برده شده از قبيل : نوع ماده ليزي ، طول كاواك ليزر ، روش هاي گوناگون دمش و نوع سيستم خنك كننده داراي توان هاي خروجي متفاوتي هستند.

براي محاسبه توان خروجي ليزر روش هاي گوناگوني وجود دارد كه بسياري از آنها حاوي فرمول هاي سخت و پيچيده است و نياز مند اطلاعات دقيقي از قسمت هاي مختلف دستگاه مي باشد .

در اينجا يك راه پيشنهادي و ساده جهت محاسبه توان تقريبي ليزر ارائه مي شود كه مي تواند مفيد باشد .

جهت محاسبه توان خروجي، پرتوي ليزر را به يك مايع كه ظرفيت گرمايي آن براي ما مشخص است مي تابانيم و در مدت زمان تابش ، تغييرات دمايي را اندازه مي گيريم . با محاسبه انرژي گرمايي مي توان توان خروجي ليزر را از رابطه معروف p=w/t بدست آورد . يكي از مناسب ترين مايعاتي كه مي توان از آن استفاده كرد آب مي باشد . چرا كه ظرفيت گرمايي آن مشخص است و به راحتي در دسترس مي باشد . اما براي محاسبه توان دقيق بايد ضريب بازتابش سطح آب را نيز به هنگام محاسبات در نظر بگيريم .چرا كه مقداري از پرتوي تابيده شده به سطح آب ، توسط سطح بازتابيده مي شود . استفاده از مايعاتي با ظريب بازتابش كمتر ، محاسبات را دقيقتر مي كند.

تلفات ليزر :

راه هاي متفاوتي براي اتلاف در ليزر وجود دارد كه به كاهش توان خروجي ليزر منجر مي شود . در زير به برخي از آنها اشاره مي شود كه تلاش براي رفع هر كدام از موارد ذكر شده باعث افزايش توان خروجي ليزر است .

- جذب و پراكنده كردن نور توسط آينه ها .

- پراش از لبه آينه ها .

- عبور نور از آينه ها قبل از رسيدن به حد آستانه تابش .

- پخش و پراكندگي پرتوها توسط ماده ليزري به دليل عدم يك نواختي ماده از نظر اپتيكي .

- جذب ماده ليزري و گسيل تابش هايي كه مورد نظر ما نيست.

- كاهش توان خروجي به دليل گرماي حاصله از عمل ليز كه ميتواند باعت بالا رفتن دماي آينه ها ، كاواك ليزر و يا الكترود ها شود .

- كاهش توان خروجي به دليل عدم وجود خلا كامل در كاواك قبل از جريان دادن گاز درون كاواك.

تعدادي از عوامل اتلاف ذكر شده از جمله تلفات ناشي از گرم شدن سيستم و يا پراش از لبه هاي آينه ها قابل رفع است كه قبلا در مورد آنها توضيح داده شد . تعدادي ديگر از عوامل نيز با استفاده از مواد مناسب در ساخت ليزر قابل رفع است .

به طور كلي هر جه بيشتر بتوانيم در رفع عوامل بالا تلاش كنيم ، توان خروجي بيشتري خواهيم داشت .

ايمني ليزر :

بيشتر ليزر ها تابشي گسيل مي كنند كه با احتمال خطر همراه است . درجه خطرناكي ليزر به مشخصات خروجي ليزر ، طريقه استفاده و تجربه فردي كه از آن استفاده مي كند بستگي دارد .

از مشخصه هاي تابش ليزر جمع شوندگي پرتوي آن است . اين امر به همراه انرژي بالاي ليزر مي تواند انرژي زيادي به بافت هاي فيزيو لوژيكي بدن منتقل كند.از آنجا كه پرتو هاي ليزر داراي طول موج هاي متفائتي هستند ، مي توانند به بافت هاي مختلف بدن با توجه به قابليت جذب آنها آسيب برسانند . جذب تابش باعث افزايش دما مي شود و به قطع شدن اتصالات مولكولي مي انجامد .

يكي از آسيب پذير ترين قسمت هاي بدن تا آنجا كه به تابش ليزر مربوط مي شود ، چشم انسان است . اين امر به اين دليل است كه عدسي چشم ، پرتوي تابيده شده از ليزر را در ناحيه اي به شعاع حدود چندين برابر طول موج ليزر با چگالي بالاي انرژي متمركز مي كند .

ميزان خسارت به طول موج بستگي دارد به طوري كه تابش در نواحي ماورائ بنفش و مادون قرمز كه توسط قرنيه جذب مي شود ، باعث صدمه ديدن آن مي شود و جذب در ناحيه مريي باعث آسيب ديدن شبكيه مي گردد.

اين جذب ها توسط چشم مي تواند به سوختگي يا نقص بينايي منجر شود .

پوست مي تواند بيشتر از چشم مورد تابش قرار گيرد . پوست ممكن است در تابندگي سطح بالا تاول بزند و يا آسيب كمتري ببيند . در مورد پوست هم ميزان خسارت به طول موج تابش و ميزان جذب بستگي دارد به يژه در محدوده پرتوهاي ماورائ بنفش .

معمولا مكان هايي كه دستگاه هاي ليزر در آن ها قرار دارد ، با چراغ هاي اخطار و متوقف كننده هاي پرتو تجهيز مي شوند . در اين مكان ها از موادي كه بازتاب كننده پرتو هستند نيز استفاده مي گردد . به هنگا كار كردن با لبزر ها بايد از عينك هاي محافظ چشمي استفاده كرد و با توجه به اينكه در ليزر ها معمولا از مولد هاي ولتاژ بالا استفاده مي شود ، رعايت نكات ايمني در اين مورد نيز ضروري مي باشد .

منابع :

saeed@cloudysky.ir

Sams FAQ in laser construction

Laser principle and application /J.Wilson – J.F Havaks

Laser miloni

كارگاه هواشناسي و پژوهشگاه ليزر و نانو تكنولوژي

مواد پرتوزا و تابش هاي هسته اي

مقدمه

اين مقاله شامل سه بخش كلي مي باشد كه به ترتيب خاصي و به صورت تدريجي كنار يكديگر قرارگرفته اند، قسمت اول تاريخچه كوتاهي را از كشف راديواكتيويته بيان مي كند كه با معرفي چهاردانشمند با نام هاي هانري بكرل، ماري كوري، ارنست رادرفورد و پل اوريچ ويلارد همراه است، در قسمت اول تحقيق(تاريخچه) ارنست رادرفورد بيش تر مورد توجه و بوده و قسمتي از زندگي وي و تحقيقات او بيان شده است.

قسمت دوم اين تحقيق به معرفي مواد پرتوزا، اصطلاحات راجع به اين موضوع، ماهيت پرتوهاي آلفا، بتا و گاما، واپاشي و قانون سدي مي پردازد كه سعي شده است درمورد همه مفاهيم و مباحث جزيي بحث و نتيجه گيري شود و بلاخره در قسمت سوم گفتار حاضر از تريتيم به عنوان يك عنصر راديواكتيو نام برده شده، آن را معرفي كرده ايم، ميزان خطرات آن و روش اندازه گيري خطرات را نيز بيان نموده ايم تا به عنوان يك مثال همه مفاهيم روي آن كار شود.

اميدوارم از خواندن اين مقاله شيرين، لذت ببريد...

تاريخچه كشف مواد پرتوزا

هانري بكرل، دانشمند فرانسوي، زماني كه مشغول تحقيق بر روي مواد داراي خاصيت فسفرسانس بود متوجه شد كه تاثير نور مرئي و سنگ معدن اورانيوم(سولفات پتاسيم اورانيوم) بر روي يك فيلم عكاسي بسته بندي شده همانند است ( بعدها مشخص شد كه سنگ معدن اورانيوم از خود پرتوهاي آلفا و گاما گسيل كرده و چون پرتوهاي گاما همان پرتوهاي X پرانرژي هستند و از جنس نور يا امواج الكترومغناطيسي اند، بنابر اين اورانيوم، چنين تاثيري بر روي فيلم عكاسي بسته بندي شده وي گذاشته)، در همين حين ماري كوري خاصيت پرتوزايي را كشف كرد و با تعداد محدودي ماده پرتوزا مانند پولونيم(فلز ضعيف) و راديم(فلز قليايي خاكي) آشنا گرديد و نام هاي كنوني چون راديواكتيو(پرتوزا) يا راديواكتيويته(پرتوزايي) را وي برگزيد ومنتشر ساخت، در آن زمان، اطلاعات بشر در مورد اين مواد بسيار كم بود و رادرفورد در پي اكتشافات تازه اي درمورد اين مبحث نوين بود.

ارنست رادرفورد در سال 1895 به “آزمایشگاه کاونديش” دانشگاه کمبريج آمد تا در آنجا تحت مديريت “جی.جی امسون” مشغول به کار شود، تامسون که استاد فيزيک تجربی بود، رادرفورد را فعالانه در آزمايشگاه به کار گرفت، رادرفورد در اوايل کار تحقيقاتی خود با انجام آزمايشي که فکر آن از خود وی بود دو تابش راديواكتيو ناهمانند شناسايي کرد، او پی برد که بخشی از تابش با برگه ای به ضخامت يك پانصدم سانتی متر قابل ايستادن بود اما برای متوقف کردن بخش ديگر برگه های بس ضخيم تری لازم بود. او اولين اشعه ای را که تابشی با بار الکتريکی مثبت و يونيزه کننده ای قوی بود و به سهولت در مواد جذب می شد اشعه آلفا نام داد. اشعه دوم را که تابشی با بار الکتريکی منفی بود و تشعشع کمتری ايجاد می کرد اما قابليت نفوذ آن در مواد زياد بود را اشعه بتا ناميد. تابش نوع سومی که شبيه پرتوهای ايکس بود، در سال 1900 بوسيله پل اوريچ ويلارد (فيزیکدان فرانسوی) کشف شد، اين پرتو نافذترين تابش را داشت. طول موج آن بسيار کوتاه و فرکانس آن فوق العاده زياد بود تابش جديد، پرتو گاما نام گرفت. رادرفورد و همکارانش کشف کردند که فعاليت تشعشعی طبيعی مشهود در اورانيوم: فرآيند خروج ذره آلفا از هسته اتم اورانيوم بصورت يک هسته اتم هليم و بر جای ماندن اتمی سبکتر از اتم اورانيوم در اورانيوم به ازاء هر خروج ذره آلفا از آن است از کشف آنها نتيجه گيری شد که راديوم تنها عنصر از شرته عناصر حاصل از فعاليت تشعشعی اورانيوم است.
رادرفورد در سال 1904 نخستين کتاب خود به نام فعاليت تشعشعی را که امروزه از کتب کلاسيک نوشته شده در آن زمينه شناخته می شود را منتشر کرد و به سرعت دست به کار تدوين نظريه های تازه در باره ساختار اتم شد. آن دوره پر ثمرترين دوره زندگی دانشگاهی او بود رادرفورد به پاس کوشش های علمی خود در دانشگاه منچستر نشان ها و جوايز زيادی دريافت کرد که دريافت جايزه نوبل سال 1907 در شيمی نقطه اوج آن بود. اين نشان افتخار را البته برای کارهايی که در کانادا در زمينه فعاليت تشعشعی عناصر کرده بود به او دادند، بزرگترين دستاورد رادرفورد در دانشگاه منچستر کشف ساختار هسته اتم بود پيش از رادرفورد اتم به گفته خود او يک موجود نازنين سخت و قرمز و يا به حسب سليقه خاکستری بود اما اينک يک منظومه شمسی بسيار ريز متشکل از ذرات بی شمار بود که مظنون به نهفته داشتن اسرار ناگشوده متعدد ديگر در سينه هم بود.
رادرفورد در سال 1937 در اثر يک فتق محتقن(گونه ای تورم ناشی از انسداد اعضای درونی) در گذشت او در آن هنگام 66 ساله و هنوز سرزنده و قوی بود سهم رادرفورد در شکل گيری درک کنونی ما از ماهيت ماده از هر کس ديگری بيشتر است و به همين علت، او را پدر انرژی هسته ای ناميده اند.

ماده پرتوزا چيست؟

ماده پرتوزا ماده اي است كه طي يكسري فعل و انفعالات خاص در هسته ي اتم هاي خود، پرتوها يا تابش هاي خاصي را گسيل مي كند، همه مواد طبيعي يا مصنوعي قابليت پرتوزايي ندارند و اين قابليت فقط در موادي مشاهده مي شود كه هسته اي ناپايدار دارند و براي تبديل شدن به يك تركيب پايدار از خود پرتوهايي را گسيل مي كنند.

تابش هاي هسته اي به طور كلي به سه دسته ي پرتوهاي آلفا، بتا و گاما تقسيم مي گردند. هر ماده ي راديواكتيو پرتوهاي مشخصي را گسيل مي كند، به طور مثال: هسته اتم هاي راديوكربن و راديو استرانسيوم پرتو بتا گسيل مي كنند، هسته هاي راديوكبالت پرتوي بتا و پرتوي گاما تشعشع مي كنند و هسته هاي راديوم و اورانيوم پرتو آلفا و پرتوي گاما گسيل مي كنند، بنابر اين مي توان نتيجه گرفت كه هر ماده اي قابليت پرتوزايي ندارد و موادي كه قابليت پرتوزايي دارند، از بين پرتوهاي آلفا، بتا و گاما فقط تعداد خاص و مشخصي را گسيل مي كنند و همانطور كه در مثال هاي گذشته اشاره شد، به طور مثال، هسته هاي راديوكبالت پرتوهاي بتا ساطع مي كنند و اين هسته ها قابليت صادركردن پرتوهاي آلفا و گاما را ندارند و در گسيل تابش هاي هسته اي محدود مي باشند.

مواد راديو اكتيو شامل دو دسته هستند، ا- ماده پرتوزاي طبيعي و 2- ماده پرتوزاي مصنوعي

ماده پرتوزاي طبيعي آن دسته از مواد پرتوزا است كه در طبيعت به صورت ذاتي وجود دارند و انسان در به وجود آمدن آن ها هيچ نقشي ندارد.

و ماده پرتوزاي مصنوعي آن دسته از مواد پرتوزا را شامل مي شود كه ساخته دست انسان هستند و براي توليد آن ها، انساني تلاش كرده است.

اين نوع دسته بندي در برخي كتب جزو قوانين سدي بيان شده است(مانند كتاب شيمي عمومي تاليف غلامرضا قاضي مقدم، توضيحات بيش تر در فسمت منابع) اما در برخي ديگر به صورت مجزا آمده است.

پرتوهاي آلفا، بتا و گاما داراي جنس، بارالكتريكي، قدرت نفوذ و انرژي متفاوتي هستند و منشا و مبدا هركدام نيز ممكن است متفاوت باشد.

در واكنش هاي هسته اي ماده اي كه پرتو گسيل مي كند را ماده مادر يا ماده اوليه مي نامند و فرآورده يا آن ماده اي كه پس از واپاشي بر جاي مي ماند را ماده دختر مي نامند.

نيمه عمر مواد راديواكتيو، يك عنصر، مدت زماني است كه طول مي كشد تا يك ماده پرتوزا نيمي از قدرت خود را از دست بدهد، به طور مثال نيمه عمر كربن-14 حدود 5600 سال مي باشد يا اورانيم 238 داراي نيمه عمر 5 ميليارد سال است، يعني 5 ميليارد سال طول مي كشد تا اورانيوم 238 نيمي از خاصيت راديواكتيويته خود را از دست دهد، پس بنابراين يك عنصر اورانيوم 238 حدود 10 ميليار سال طول مي كشد تا به طور كلي خاصيت راديواكتيويته خود را از دست دهد.

از آنجايي كه مواد پرتوزا قابليت نفوذ در بافت هاي زنده را نيز دارند، بنابر اين ميزان تابش هاي هسته اي اطراف ما همواره مي بايست آزمايش و بررسي شوند كه اين كار(اندازه گيري ميزان پرتوهاي الفا، بتا و گاما در اطراف زندگي) توسط دستگاهي به نام گايگر-مولر اندازه گيري مي شود كه اين نام از نام سازندگانش اقتباس شده است.

ماهيت پرتوهاي آلفا، بتا و گاما

هر سه نوع تابش هسته اي داراي خصوصيات متفاوتي نسبت به يكديگر هستند و مشخصه اي ويژه خود دارند كه برخي مشخصات بارز آنها را پي ميگيريم:

در مقايسه ي قدرت نفوذ پرتوهاي آلفا و بتا و گاما رادرفورد مشاهده نمود كه:پرتوهاي آلفا توسط ورقه اي از كاغذ متوقف مي شوند و قابليت نفوذ درون ورقه كاغذ را ندارند يا به عبارت ديگر نمي توانند از كاغذ عبوركنند. پرتوهاي بتا از ورقه ي كاغذي عبور كرده اما در برخورد با ورقه ي آلومينيومي با ضخامت 1.16 اينچ متوقف مي شوند و بلاخره پرتوهاي گاما كه قابليت نفوذ در يك ديوار بتوني ضخيم را دارا مي باشد اما نمي توانند از ورقه اي سربي با ضخامت بسيار زياد عبوركنند، بنابراين از اين مشاهدات مي توان نتيجه گرفت كه پرتوهاي آلفا قدرت نفوذي كم تر از پرتوهاي بتا و پرتوهاي بتا قدرت نفوذي كم تر از پرتوهاي گاما دارند. در بين تابش هاي هسته اي پرتوهاي گاما داراي قدرت نفوذ بيش تري هستند اما ذكر اين نكته لازم است كه نافذترين پرتوهاي جهان، پرتوهاي كيهاني هستند كه قابليت نفوذ در يك كوه را نيز دارند و به طور نامحسوسي همواره از اعماق ميان ستاره اي يا شراره هاي خورشيد زمين را بمباران مي كنند و در اعماق زمين نفوذ مي كنند.

تابش هاي هسته اي از نظر جنس و بارالكتريكي تفاوت هاي محسوسي دارند، پرتوهاي الفا داراي بار مثبت هستند و از جنس هسته مثبت اتم هليم مي باشند و جرمي 4 برابر جرم هيدروژن يعني در حدود 4 a.m.u جرم دارند اين پرتوها به سهولت در مواد جذب مي شوند و يونيزه كننده اي قوي محسوب مي گردند، پرتوهاي بتا به طور كلي از جنس ذرات مي باشند، ذرات با بار الكتريكي منفي و همچنين ذرات با بار الكتريكي مثبت(ضدالكترونها يا همان پوزيترون ها)، بتاي منفي از جنس الكترون ها بوده و بار منفي دارد، بتاي مثبت در مقايسه با بتاي منفي فقط و فقط در نوع بارالكتريكي تفاوت دارد و درواقع ، پوزيترون ها يا همان ذرات بتاي مثبت همان الكترون ها هستند با اين تفاوت كه با آن ها مثبت شده است.

هنگامي كه پوزيترون ها با يك ماده(هدف) برخورد مي كنند، با الكترون هاي درون ماده واكنش داده و هر دو از بين رفته و جرقه اي از گاما زده مي شود.

پرتوهاي گاما از نظر بارالكتريكي، خنثي هستند و هيچ گونه باري ندارند اين ذرات از جنس امواج الكترو مغناطيس يا هان نور هستند و در واقع همان پرتوهاي X پرانرژي مي باشند. پرتوهاي گاما داراي طول موج بسيار كوتاه و فركانس فوق العاده زيادي مي باشند و به دليل اينكه طول موج كمي دارند مي توان نتيجه گرفت كه انرژي فوق العاده زيادي را شامل مي شوند.

واپاشي پرتوهاي آلفا، بتا و گاما

واپاشي يكي از خواص مواد راديواكتيو يا پرتوزا ميباشد كه در طي يك واپاشي از يك ماده راديواكتيو پرتوهاي مشخصي واپاشيده مي شوند.

معمولا هسته ها ي اتم هايي از خود پرتوي آلفا گسيل مي كنند كه عدد جرمي آن ها بيش از 15 و عدد اتمي آن ها بيش از 82 باشد. در اتم هايي كه هسته هاي سبك تري دارند احتمال واپاشي آلفا بسيار كم است.

واپاشي بتايي متداول ترين نوع واپاشي مي باشد كه تقريبا تمام اتم هايي كه ناپايداري دارند، قابليت گسيل پرتوهاي بتا را دارند و مي توانند پرتوهاي بتا از خود ساطع كنند. واپاشي بتا مشتمل بر گسيل مستقيم يك الكترون از هسته است و در هنگام گسيل پرتوي بتا، به عدد اتمي ماده پرتوزا يك واحد افزوده مي شود، به طور مثال در گسيل بتا از هسته يك اتم هليوم (هليون)، علاوه بر اينكه هليم به پرتوي بتا و ليتيوم-6 تبديل مي شود، عدد اتمي آن نيز از 2 به 3 مي رسد(تغييرات مواد پرتوزا پس از واپاشي در قوانين سدي مورد بررسي قرار مي گيرد كه در ادامه به آن نيز اشاره خواهد شد).

هسته ي يك اتم مي تواند به طرق و روش هاي مختلف، برانگيخته شود و پس از برانگيختگي امواج الكترومغناطيس ازجنس نور گسيل كند كه بسته به سطح برانگيختگي مي تواند از امواج الكترومغناطيس با انرژي كم تا پرتوهاي گاما گسيل شود.

قانون سدي

قانون سدي به بررسي تغييرات يك ماده پرتوزا پس از گسيل تابش هاي هسته اي مي پردازد و بيان مي كند كه :

1- هر ماده اي كه از خود پرتوي آلفا گسيل كند، 2 واحد از عدد اتمي آن و 4 واحد از عدد جرمي آن كم مي شود، در واقع دو پروتون و دو نوترون از بين مي روند.

2- هر ماده اي كه از خود پرتوي بتا صادر كند، يك واحد به عدد اتمي آن افزوده مي شود يعني يك نوترون جاي خود را به يك پروتون مي دهد و عدد جرمي يكسان اما عدد اتمي يك واحد افزايش مي يابد.

بررسي يك عنصر راديواكتيو، خواص، و اندازه گيري ميزان خطرات آن

تريتيم

معرفي:

يكي از موادراديواكتيو موجود در طبيعت گاز تريتيم است كه يك ماده پرتوزاي گسيلنده بتا مي باشد. تريتيم به عنوان يك گاز راديو اكتيو در تهران همواره پرتوهاي بتايي را از خود گسيل مي نمايد.

اولين عنصر شيميايي جدول تناوبي هيدروژن است كه گازي بي رنگ و بي مزه بوده و با نماد H نشان داده مي شود. هيدروژن داراي 3 ايزوتوپ مي باشد: (ايزوتوپ به ويژه هسته هايي گفته مي شود كه داراي عدد اتمي يكسان بوده ولي در تعداد نوترونها با هم فرق دارند)

1. هيدروژن با نماد H و جرم اتمي يك كه %98/99 اين عنصر را تشكيل مي دهد.

2. دوتريم با نماد D و جرم اتمي دو، دومين ايزوتوپ عنصر هيدروژن مي باشد كه 02/0% فراواني دارد.

3. تريتيم با نماد T و جرم اتمي سه، تنها ايزوتوپ راديو اكتيو هيدروژن است كه در حالت طبيعي بسيار كم بوده، اما بطور مصنوعي از طريق واكنشهاي مختلف هسته اي در شتابدهنده ها و راكتورها توليد مي شود كه علت تهيه آن كاربردهاي وسيع آن مي باشد. تريتيم مانند هيدروژن بصورت دو مولكولي يعني T2 مي باشد و در شرايط عادي گازي شكل است. تفاوتهاي T2 و H2 در جدول زير نمايش داده شده است:

T₂	H₂	خواص
54/252 -	20/259 -	نقطه ذوب (°C)
12/248 -	77/252 -	نقطه جوش در فشار يك اتمسفر(°C)
333	216	گرماي بخار (cal/mol)
393	247	گرماي تصعيد (cal/mol)

از نظر شيميايي، تريتيم مشابه هيدروژن عمل مي كند، اما از آنجاييكه تريتيم جرم بزرگتري دارد، در بسياري از واكنشها، خيلي كندتر از هيدروژن جايگزين مي شود. با توجه به اينكه تريتيم يك راديوايزوتوپ است (راديوايزوتوپ به ايزوتوپهايي از عناصر گفته مي شود كه به علت ناپايدار بودن ساختار هسته اي از خود فوتون و ذرات مختلف گسيل مي كنند) لذا با ساطع نمودن پرتوهاي بتاي منفي (تبديل يك نوترون به پروتون) به هليم با عدد جرمي 3 تبديل مي شود و در اين فرآيند به هيچ وجه نشر اشعه گاما رخ نمي دهد. تريتيم ساطع كننده پرتو b با ماكزيمم انرژي

kev 18 (كيلو الكترون ولت = kev) است كه اين ذرات b توسط لايه اي از هوا با ضخامت mm7 يا كاغذي با ضخامت mm 0.01 كاملاً متوقف مي شوند. نيمه عمر فيزيكي تريتيم 12/3سال مي باشد.

گاز تريتيم بطور طبيعي در هوا وجود دارد درحالت طبيعي بصورت گاز(بخار) بوده وقابليت حل در آب را نيز دارد و به ازاي هر 10¹⁸اتم هيدروژن يك اتم تريتيم در اتمسفر وجود دارد كه منشاء تهيه طبيعي آن بطور عمده از بمباران نيتروژن در قسمتهاي فوقاني اتمسفر توسط نوترون و پروتون حاصل از اشعه هاي كيهاني مانند واكنش ذيل منشاء مي گيرد

البته تريتيم عمدتا به شكل بخار تركيباتي از اكسيژن (DTO,HTO,….) در هوا وجود دارد.بعد از شروع ازمايشات سلاح هاي هسته اي در سال 1954 غلظت اين گاز راديواكتيو در اتمسفر افزايش يافت بطوري كه قبل از شورع اين آزمايشات آب باران تقريباً شامل 1-10 اتم تريتيم در 10¹⁸اتم هيدرژن بود كه اين مقدار اكنون به حدود 500 اتم تريتيم به ازاي 10¹⁸ اتم هيدروژن افزايش يافته است. به علت كاربردهاي وسيع اين ماده راديواكتيو براي تهيه آن از شتابدهنده ها و راكتورها از طريق واكنشهاي مختلف استفاده مي كنند.

اهميت اندازه گيري ميزان تريتيم:

اندازه گيري تريتيم موجود در هوا وتريتيم موجود درآب از لحاظ مسائل پرتوگيري ومحاسبه ميزان آلودگيهاي راديواكتيو كه از مهمترين عوامل مضراين مواد هستند بسيار حائز اهميت مي باشد و بسياري از سازمانهاي بين المللي كه مرتبط با سلامتي افراد ومحيط زيست و مواد راديواكتيو هستند براي اندازه گيري آن اقدام مي كنندوقوانين بسيار زيادي را براي تمام مواد راديواكتيو از لحاظ حد مجاز آنها در محيط (هواو آب و خاك و غيره)وضع كرده اند.بررسي، تهيه و كاربردهاي تريتيم،خواص تريتيم ،سميت تريتيم و اثرات آن (شامل اثرات بيولوژيكي و ژنتيكي) و ....بسيار گسترده و وسيع و خارج از موضوع اين بحث است.البته بر روي اين موارد تحقيقات بسيار وسيع در سطح بين المللي صورت گرفته كه نتايج آنها موجود است.روشهاي مختلف اندازه گيري تريتيم موجود در هوا و آب و اثار مختلف تريتيم نيز بصورت تئوري و كاربردي در سطح دنيا موجود است كه از آنها استفاده مي شود. امروزه براي اندازه گيري گازتريتيم درمحيط وبخصوص دراطرا ف نيروگاهها كه غلظت اين گازنسبتا زياداست وممكن است براي پرسنل نيروگاهها خطرناك باشد دستگاههاي پيشرفته اي وجود دارد كه بااستفاده ازآنها درظرف چند دقيقه مقدارغلظت اين گازدرمحيط مشخص مي شود.اما اساس كارتمام اين دستگاه بصورت مراحل مذكوراست.

روش اندازه گيري :

با توجه به مقدمه فوق و اهميت اندازه گيري مواد راديو اكتيو موجود در تمام محيط ها شامل هوا و آب و خاك و ... يك سري آزمايشات براي اندازه گيري مقدارگاز تريتيم موجود در هوا صورت گرفت كه البته با توجه به خطاي نسبتا زياد اين روش ولي در عين حال نتيجه قابل قبول آن، به شرح آن مي پردازيم:

اساس اين اندازه گيري برمبناي مكش وسپس حل گاز تريتيم موجود در هوا( كه اغلب به صورت (DTO,HTO,…. درداخل آب و استفاده از روشهاي متداول براي تعيين غلظت تريتيم موجود در آب است.

همانگونه كه قبلا نيز اشاره شد چون اغلب تريتيم موجود در هوا به صورت تركيباتي مشابه بخار آب در هوا مي باشند لذا اين تركيبات كه اساسا هم خانواده با آب H₂O مي باشند در اثرعبور از آب در داخل آن حل مي شوند.در واقع اگر به هر طريق ديگري هم بتوانيم بخار موجود در هوا را بصورت مايع در آوريم بايد انتظار داشته باشيم كه مقدار تريتيم موجود در هوا را از اين طريق هم بتوانيم اندازه بگيريم.

شيوه انجام اندازه گيري بدين صورت است كه در ابتدا با برقرار نمودن يك سيستم آزمايشگاهي شامل دو بابلرbubler)) و يك پمپ،شرايط مكش هوا به داخل آب فراهم شد.بابلر اول كه Degassing Vessel (ظرف حباب ساز) نام دارديك ظرف شيشه اي استوانه اي شكل كاملآ بسته با حجم cc 200 و شامل يك مسير ورودي در بالا كه هواي ورودي را مستقيمآ به انتهاي ظرف هدايت و مسير خروجي در كناره بالائي آن كه هواي

خارج شده از آب را به طرف پمپ هدايت مي كند .در انتهاي لوله ورودي ظرف اول يك فيلتر شيشه اي(glass filter)قرار دارد كه جهت ايجاد حباب بكارمي رود.هرچقدر كه مش فيلتر (تعدادروزنه ها درواحد سطح)بيشتر باشد حبابهاي ريزتري ايجادمي شود كه در نتيجه گازهاي(و بخارهاي)موجوددر هوا در هنگام عبور از داخل آب بهتر حل مي شوند به عبارتي احتمال حل شدن آنها افزايش مي يابد.بابلر دوم كه Security vessel (ظرف ايمني) نام دارد نيز يك ظرف شيشه اي مشابه ظرف اول اما با طول لوله ورودي كوتاهتر و بدون فيلتر شيشه اي است كه به منظور ايمن سازي سيستم به كار مي رود.چنانچه در اثر مكش پمپ رطوبت يا آبي از ظرف اول خارج شود در داخل آن به دام مي افتد و مانع آسيب رسيدن به پمپ مي شود.مسير ورود هوا با روشن شدن پمپ در شكل فوق نمايش داده شده است.پمپ مورد استفاده در اين آزمايش يك پمپ كوچك مكش با فلوي (مقدار مكش هوا در واحد زمان) حداكثر lit/min 1 است.

پس از برقراري سيستم فوق ابتدا در داخل ظرف اول مقدار cc 100آب مقطر مي ريزيم. سپس پمپ را در فلوي lit/min 0.5 تنظيم نموده آن را روشن مي كنيم و همزمان با روشن كردن زمان را نيز يادداشت مي كنيم. هر چه مدت زمان مكش بيشتر شود حجم بيشتري از هوا از داخل آب عبور مي كند كه در نتيجه دقت آزمايش بيشتر مي شود. البته رنج اين مدت زمان بايد در حدود چند روز به طور پيوسته باشد كه از جمله عوامل خطا در اين آزمايش گسسته و كم بودن زمان به علت محدوديت زمان كاري بوده است.پس از خاموش كردن پمپ مي توان اظهار داشت كه در حال حاضر آب مقطر داخل ظرف Degassing Vessel ممكن است حاوي گازها و ذرات معلق مختلف موجود در هوا با ضرايب حلاليت مختلف در آب، باشند .

اما با توجه به اينكه تنها گاز راديو اكتيو بتا زا موجود در هوا تريتيم است لذا اندازه گيري آن مسير مشخص خود را دارد و وجود احتمالي ساير موارد تاثيري بر اندازه گيري تريتيم ندارد.

در مرحله بعد از نمونه فوق به مقدار 2CC به عنوان نمونه (ويال شماره 1 ) برداشته شده و در داخل يك ويال(ظرفهاي استوانه اي شكل پلي اتيلني با در پوش كه جهت قرار دادن نمونه هاي مايع مواد شيميايي به كار مي رود) با حجم CC 20 ريخته مي شود.چون قرار است نمونه فوق با يك آشكارساز مخصوص شمارش بتا شمارش شود لذا CC 18 از مايع سنتيلاسيون (Liquid Scintillationn) به آن اضافه مي كنيم. مايع سنتيلاسيون مايعي است كه از مولكولهاي بزرگ آلي شامل حلقه هاي فنيل و نفتالين و ...تشكيل شده است. اين مايع غير اكتيو است و كار آن به علت ساختا رشيميايي جذب ذرات بتاي گسيل شده از نمونه محلول در آن و در مقابل ساطع كردن فوتونهايي در ناحيه مرئي مي باشد.علت انتخاب CC 18 مايع سنتيلاسيون و CC 2 نمونه استفاده از نتايج تحقيقات در اين زمينه بوده است كه با چنين نسبتي بهترين نتايج بدست آمده است.

پس از مخلوط كردن و بهم زدن كامل نمونه و مايع سنتيلاسيون ويال به مدت سه ساعت در تاريكي قرار داده شده و سپس توسط شمارنده فوق شمارش مي شود.به جهت محاسبه مقدار خطاي مراحل شمارش در يك ويال ديگر(ويال شماره2) و CC 2 از نمونه فوق به همراه CC 18 مايع سنتيلاسيون و 0.1 CC از نمونه استاندارد مايع راديواكتيو تريتيم (tracer)را كه اكتيويته آن مشخص است اضافه مي كنيم وپس از بهم زدن كامل وقرار دادن به مدت سه ساعت در تاريكي ان راشمارش مي كنيم كه با اين كار مي توان مقدار خطاي دستگاه شمارنده را با يك تناسب ساده از اختلاف نتايج نمونه هاي شماره1و2بدست آورد.

همچنين به منظور لحاظ كردن شمارش زمينه در ويال شماره(3) و CC 2 آب مقطر را به همراه و CC 18 مايع سنتيلاسيون قرار مي دهيم و شمارش حاصل از اين نمونه را به عنوان شمارش زمينه از مقدارشمارش نمونه شماره(1) كم مي كنيم .پس از تهيه نمونه هاي فوق آنها را در داخل آشكارساز شمارنده بتا قرار داده و هر نمونه 3بار وهر بار به مدت 60ثانيه شمارش مي شود تا باميانگين گيري براي هر نمونهتعداد شمارش در ثانيه محاسبه شود.با بدست آمدن نتايج ميتوان غلظت تريتيم موجود در هوا را از رابطه زير محاسبه كرد:

C_tr= (A-B)×V/uDtε ± E

كه در آن:

Ctr = غلظت تريتيم موجود در هوا بر حسب Bq/Lit
A = اكتيويته نمونه بر حسب Bq (تعداد شمارش هاي انجام شده در يك ثانيه)
B = شمارش زمينه در يك ثانيه
V = حجم كل نمونه آب مقطر برحسب CC
u = حجم نمونه برداشته شده جهت اندازه گيري (CC)
t = مدت زمان مكش پمپ بر حسب دقيقه
D = فلوي پمپ (مكش پمپ) بر حسب lit/min
ε=راندمان دستگاه شمارنده بتا(β)
E=مقدار خطا در اندازه گيري

در موارد فوق همانگونه كه در تشريح عملكرد آمد مقدار V را CC 100 ،مقدارu را و CC 2 و مدت زمان را 24ساعت قرار داده ايم كه همانگونه كه بيان شد اين مدت زمان گسسته وكوتاه بود .مقدار(D)فلوي پمپ يعني مقدار هوايي كه در واحد زمان مكش مي كند را نيز lit/min 5/0 تنظيم كرديم .مقدارeراندمان دستگاه از مشخصات دستگاه شمارنده است كه از قبل تعيين شده است وبراي دستگاه مورد استفاده در اين آزمايش %58/39 مي باشد و E نيز بايد مجموع تمام خطاههاي موجود در آزمايش باشد كه خطاي گفته شده در مقدار شمارش يكي از موارد آنست وازساير موارد چشمپوشي شده است كه در محاسبات دقيقتر بايد همه موارد لحاظ شوندهمچنين با توجه به اينكه بيشتر تريتيم موجود در هوا بصورت بخار DTO,HTO,…است لذا با عبور اين تركيبات ازداخل آب فرض شده است كه تمام اين مولكولها درآب حل مي شوند كه در واقع نيز به همين گونه است البته ممكن است تمام تريتيم موجود در هواي عبوري از آب (بويژه T2) در داخل آن حل نشود وقسمتي از آن از آب خارج مي شود.

رابطه فوق در واقع بر اساس پارمترهاي موجود در اين آزمايش نوشته شده است وممكن است رابطه كا ملي نباشد اما سعي براين است كه تمام پارامترهاي درگيردرآزمايش واردشوند.همانگونه كه گفته شدچون اين روش ا ندازه گيري به نوعي ابتكاري بوده است لذا انتظارمي رود مقدارخطاي حاصل نيز زياد باشد.

نمونه آزمايش بر روي هواي درون يك آزمايشگاه:
نتايج اندازه گيريهاي پياپي وميانگين گيري ازآ نها مقدارغلظت تريتيم موجود درهواي اين آزمايشگاه را كه به نوعي قسمتي از هواي محيط (شهر تهران) است در حدود 8/2 × 10^-5 Bq/mLit نشا ن داده است .كه تقريبا داراي خطاي نسبتا زيادي مي باشد. براساس استا نداردهاي جهاني ( EPA, DOE(U.S.A), ICRP ) ماكزيمم حد مجاز گازتريتيم درهوا مي تواند مقدار 3/7 × 10^-3(Bq/mLit) باشد كه مقدارفوق كمتر از اين است بنابراين مي توان گفت هواي اين محيط از لحاظ آلودگي به گاز تريتيم يك هواي تميز است . نتايج بررسي مقدارگاز تريتيم درنقاط مختلف كشورهاي جهان موجوداست كه اكثرآنها درهواي عادي شهرهايشان كه به دورازنقاط مختلف آلودگيهاي هسته اي باشد بطور ميانگين اعدادي در رنج 1/6 ± 0.05 × 10^-7 (Bq/mLit) را بدست آورده اند كه اين عدد با نتيجه بدست آمده ازاين اندازه گيري قابل مقايسه است.همچنين بر اساس استاندارد DOE (Department Of Energy) كه مربوط به قوانين حفاظت هسته اي آمريكا مي باشد مقدارغلظت توصيه شده

Derived Concentration Guides = DCG

اين گازدرهوا مي بايست در حدود ( 1 x 10^-4mCi/L) 3/7 × 10^-3 (Bq/mL) باشد.نتايج اندازه گيريها در ايالات متحده نشان مي دهد كه حداكثر غلظت اين گاز در نواحي مختلف اين ايالت درحدود 6 x 10^-12 Ci/mL (2.6 x 10^-7 Bq/mL of air) مي باشد.

تابش های هسته ای-۲

امروز تصميم گرفتم تا كمي مبحث گذشته مان در مورد پرتوهاي الفا، بتا و گاما رو گسترده تر و جزئي تر بيان كنم و با توجه به اين كه دوست عزيزي در قسمت نظرات پست قبل، سوالي را ايراد نمودند، در اينجا من بر خود لازم مي دانم تا به آن پاسخ دهم:

“سوال: آيا وقتي ماده اي راديواكتيو، از خود پرتو گسيل مي كند، جرم آن تغييري مي كند؟”

پاسخ ما به اين سوال 100% مثبت است. وقتي ماده اي راديواكتيو پرتوهاي آلفا، بتا و گاما رو از خود گسيل مي كند به تدريج كم و كم تر مي شود.

اگر در ابتدا مقدار معيني از يك ماده راديواكتيو داشته باشيم، وقتي به مرور زمان اتم هاي بيش تر و بيش تري تلاشي حاصل مي كنند، اين مقدار(جرم ماده) به تدريج كاهش مي يابد.

قانوني كمي نيز براي اين كاهش جرم مواد راديواكتيو وجود دارد كه طبق بيانات زير ايراد مي شود:

“ اگر در فاصله زماني معين، كسر معيني از ماده راديواكتيو اوليه تلاشي يابد، در فاصله زماني مساوي بعد نيز همين كسر از ماده كاهش مي يابد و همين طور در فواصل زماني مساوي، مقدار معيني از ماده كاهش يافته تا اينكه ماده به پايان برسد.

در اينجا ذكر دو تعريف براي تكميل و اتمام مطلب ضروري است:

1- نيمه عمر: زمان لازم براي تلاشي(نابودي) نيمي(نصفي) از ماده مادر(ماده اوليه) را نيمه عمر مي نامند، براي مثال نيمه عمر استرانسيوم 29 سال است.

2- فعاليت نمونه: در هر نمونه از راديو اكتيو در هر ثانيه تعداد معيني تلاشي روي مي دهد كه اين ميزان تلاشي، فعاليت نمونه ناميده مي شود كه بر حسب كوري محاسبه مي گردد.

اين هم بحث امروز ما در مورد تابش هاي هسته اي بود.

اگر در حين مطالعه اين پست و 3-4 پست قبل به سوال يا نكته اي در اين مورد پي برده ايد در قسمت نظرات آن را ابراز نماييد.

پرتوهای آلفا، بتا و گاما

به طور كلي دو نوع پرتو شناخته شده مي باشند و اقسام پرتوها را در آن ها مورد بررسي قرار مي دهند،كه عبارت اند از 1- پرتوهاي مرئي و 2- پرتوهاي نامرئي، مهمترين، پركاربردترين و اساسي ترين پرتوي زندگي ما نور مي باشد كه در زمره پرتوهاي مرئي شناخته مي گردد. و مهمترين پرتوهاي نامرئي، آلفا، بتا و گاما هستند كه توسط رادرفورد كشف شدند و خود ارنست رادرفورد نيز سه آزمايش روي آن ها انجام داد كه يكي از آن آزمايشات بررسي قدرت نفوذ اين سه پرتو بود.

پس از ازمايشات فراوان، رادرفورد دريافت كه قدرت نفوذ آلفا كم تر از بتا و قدرت نفوذ بتا كم تر از گاما مي باشد، به طوري كه پرتوهاي آلفا از يك ورقه كاغذي نسبتا ضخيم با ضخامت حداقل يك سانتي متر نمي توانند بگذرند، پرتوهاي بتا از كاغذ عبور مي كنند اما در برخورد با ورقه ضخيم آلومينيمومي متوقف مي شوند و بلاخره پرتوهاي گاما از كاغذ و آلومينيموم عبور مي كنند اما قابليت عبور از ورقه سربي نسبتا ضخيم را ندارند.

يكي از دوستان در نظرسنجي قبل سوالي را بيان نمودند كه بنده با توجه به حس جوابگويي ام اين سوال را در قالب توضيحي به اين پست افزودم، اميدوارم تا مورد قبول آن دوست عزيز و گرانقدر و همچنين مخاطبان گرامي اين وبلاگ واقع گردد:

“چرا پرتوهاي گاما نمي توانند از صفحه ي سربي عبوركنند؟”

در پاسخ به اين سوال مي توان گفت كه : اين عدم عبور از يك مانع به دو علت بستگي دارد: الف) ماهيت خود ذرات گاما ب) ماهيت آن مانع(كه در اينجا همان ورقه سربي است).

الف) ماهيت ذرات گاما: ذرات گاما همان پرتوهاي X پر انرژي هستند، و پرتوهاي ايكس هم از برخورد الكترون ها ي پرانرژي با هسته اتم به وجود مي آيند بنابر اين مي توان نتيجه گرفت كه پرتوهاي گاما بسيار پرانري و ريز(كوچك) هستند كه مي توانند از يك ديوار كلفت بتوني عبور كنند اما اين پرتوهاي ريز نمي توانند از سرب عبوركنند و قابليت عبور از سرب را فقط پرتوهاي كيهاني دارا مي باشند.

ب) ماهيت ورقه سربي: عنصر سرب(Pb) داراي اتم هايي متراكم مي باشد كه در زبان عامه؛ عبور از آن ها كار هر پرتويي نمي باشد و هر پرتوي كوچك و بزرگي نمي تواند از آن عبور كند و به همين علت پرتوهاي گاما قابليت عبور از ورقه ي سربي ضخيم را ندارند.

اين هم جواب بنده به اين سوال بود كه اميدوارم از نظر اساتيد محترم درست واقع شده باشد.

نويسنده: محمدرضا فولادي

Writed by: muhammad reza fouladi

منابع:

كتب:

1- شيمي عمومي/ دكتر غلامرضا قاضي مقدم/ انتشارات دانشگاه تهران/ سال1375/ چاپ سوم/ تهران

2- درآمدي بر فيزيك امروز/ هانس اهانيان/ ترجمه مهدي گلشني، ناصر مقبلي/ انتشارات خوارزمي/ سال 1378/ چاپ اول/ تهران

3- مباني فيزيك نوين/ ريچارد وايدنر، رابرت سلز/ ترجمه علي اكبر بابايي، مهدي صفا/ مركز نشردانشگاهي/ سال 1382/ چاپ هفتم/ تهران

سايت هاي اينترنتي:

1- سايت اينترنتي: www.ngdir.ir / مقاله اي راجع به واپاشي

2- سايت اينترنتي: www.hupaa.com / مقاله اي راجع به تريتيم

3- سايت اينترنتي: www.irgenetics.com / مقاله اي راجع به رادرفورد

تحقیقات در ضمینه مباحث شیمی توسط رفقا

Diagnostik

Corrosion

Contents

Electrochemical theory

Galvanic corrosion

Galvanic series

Resistance to corrosion

Intrinsic chemistry

Passivation

Corrosion in passivated materials

Pitting corrosion

Weld decay and knifeline attack

Crevice corrosion

Microbial corrosion

High temperature corrosion

Surface treatments

Applied coatings

Reactive coatings

Anodization

Controlled Permeability Formwork

Cathodic protection

Economic impact

Corrosion in nonmetals

Corrosion of glasses

Glass corrosion tests

References

See also

چكيده

مواد پرتوزا و تابش هاي هسته اي

مقدمه

تاريخچه كشف مواد پرتوزا

ماده پرتوزا چيست؟

ماهيت پرتوهاي آلفا، بتا و گاما

واپاشي پرتوهاي آلفا، بتا و گاما

قانون سدي

نويسنده: محمدرضا فولادي

Writed by: muhammad reza fouladi

نوشته‌های پیشین

نویسندگان