به نقل از «همشهری آنلاین»

فیلم| تابش چرنکوف چیست؟ چرا نور رآکتور اتمی آبی است؟

تاریخ انتشار: ۳۰ دی ۱۳۹۸ | کد خبر: ۲۶۵۹۷۲۶۸

دریافت 2 MB

به گزارش همشهری آنلاین به نقل از تاپ دیجیت، تابش چرنکوف (Cerenkov Radiation) نوعی تابش الکترومغناطیسی تعریف می‌شود که در آن یک ذره باردار در یک محیط دی‌الکتریک با سرعتی بیشتر از سرعت نور حرکت می‌کند، این اثر همچنین تابش وایویلف-چرنکوف (Vavilov-Cherenkov) نیز نامیده می‌شود. این پدیده به خاطر کارهای فیزیکدان شوروی سابق پائول آلکسیویچ چرنکوف (Pavel Alekseyevich Cherenkov) که در سال ۱۹۵۸ جایزه نوبل فیزیک را با همکاری ایلیا فرانک (Ilya Frank) و ایگور تام (Igor Tamm) برای تأیید تجربی این اثر دریافت کرد، نامگذاری شد.

بیشتر بخوانید: اخباری که در وبسایت منتشر نمی‌شوند!

چرنکوف اولین بار در سال ۱۹۳۴ متوجه شد هنگامی که یک بطری آب در معرض پرتوزایی رادیواکتیو قرار گیرد، با نور آبی می‌درخشد. منشا این نور آبی برای فیزیکدانها یک معما بود، تا اینکه تقریباً سه سال بعد ایلیا فرانک و ایگور تام با استفاده از معادلات نسبیت خاص اینشتین موفق شدند منشأ نور آبی اسرار آمیز را توضیح دهند.

تابش چرنکوف چگونه کار می کند؟

سرعت نور در خلاء یک مقدار ثابت (c) است، در عین حال سرعت نور هنگام عبور از یک محیط همانند آب کاهش می‌یابد (۷۵ درصد سرعت نور در خلا)، بنابراین ذرات می‌توانند در این محیط سریعتر از نور حرکت کنند اما هنوز هم سرعت آنها کمتر از سرعت نور در خلاء است.

ذره مورد نظر در اینجا یک الکترون است. هنگامی که یک الکترون پرانرژی از محیط دی‌الکتریک متوسط عبور می‌کند،  میدان الکترومغناطیسی دچار اختلال شده و سبب قطبی شدن الکتریکی می‌شود. در نتیجه این پدیده، محیط به سرعت واکنش نشان می‌دهد و یک اختلال یا شوک دائمی در ذره به وجود می‌آید. یکی از ویژگی‌های جالب تابش چرنکوف این است که به صورت طیف ماوراء بنفش است نه آبی روشن، اما به شکل یک طیف پیوسته رخ می‌دهد.

چرا آب یک راکتور هسته‌ای آبی است؟

همانطور که تابش چرنکوف در آب حرکت می‌کند، ذرات باردار در آن محیط سریعتر از نور حرکت می‌کنند. بنابراین، نوری که مشاهده می‌شود دارای فرکانس بالاتر (یا طول موج کوتاه تر) از طول موج عادی است. از آنجایی که نور بیشتری با طول موج کوتاه وجود دارد، رنگ نور آبی به نظر می‌رسد.

اما چرا روشن است؟ به این دلیل که، ذرات بارداری که با سرعت در آب حرکت می‌کنند، الکترون‌های مولکول‌های آب را تحریک می‌کنند. این الکترون‌ها انرژی را جذب کرده و آن را به صورت فوتون (نور) آزاد می‌کنند تا به تعادل بازگردند. به طور معمول برخی از این فوتون‌ها می‌توانند در یکدیگر تداخل مخرب ایجاد کنند، بنابراین نمی‌توان درخشش آنها را دید. اما هنگامی که ذرات بتوانند در آب سریعتر از نور حرکت کنند، امواج شوک (shock wave) باعث ایجاد تداخل سازنده‌ای شده و به صورت یک درخشش دیده می‌شود.  

کاربرد تابش چرنکوف

تابش چرنکوف بیش از آنکه فقط درخشش آبی رنگ باشد در یک آزمایشگاه هسته‌ای میتواند مفید باشد. در رآکتور اتمی استخری (pool-type reactor)، از میزان نور آبی می‌توان برای اندازه‌گیری رادیواکتیویته میله‌های سوخت استفاده کرد. این تابش در آزمایش‌های فیزیک ذرات برای کمک به شناسایی ماهیت ذرات مورد بررسی، مورد استفاده قرار می‌گیرد. همچنین در تصویربرداری پزشکی برای برچسب گذاری و کشف مولکول‌های زیستی در درک بهتر مسیرهای شیمیایی استفاده می‌شود.

علاوه بر موارد گفته شده وقتی که پرتوهای کیهانی و ذرات باردار با اتمسفر زمین برخورد می‌کنند تابش چرنکوف تولید می‌شود، بنابراین در ردیاب‌هایی که برای کشف پدیده‌هایی نظیر تشخیص نوترینوها و همچنین مطالعه اشعه‌های گامایی که از اشیاء نجومی مانند باقی‌مانده‌های ابرنواخترها، از تابش چرنکوف استفاده می‌شود.   

در ویدئوی زیر لحظه آغاز به کار یک رآکتور هسته‌ای نوع تریگا (TRIGA) را می‌بینید که با انتشار نور آبی یا همان تابش چرنکوف همراه است. رآکتور هسته‌ای تریگا رآکتورهای تحقیقاتی کوچک و از نوع رآکتور استخری هستند.  

کد خبر 479480 برچسب‌ها تکنولوژی (فناوری)

منبع: همشهری آنلاین

کلیدواژه: تکنولوژی فناوری

درخواست حذف خبر:

«خبربان» یک خبرخوان هوشمند و خودکار است و این خبر را به‌طور اتوماتیک از وبسایت www.hamshahrionline.ir دریافت کرده‌است، لذا منبع این خبر، وبسایت «همشهری آنلاین» بوده و سایت «خبربان» مسئولیتی در قبال محتوای آن ندارد. چنانچه درخواست حذف این خبر را دارید، کد ۲۶۵۹۷۲۶۸ را به همراه موضوع به شماره ۱۰۰۰۱۵۷۰ پیامک فرمایید. لطفاً در صورتی‌که در مورد این خبر، نظر یا سئوالی دارید، با منبع خبر (اینجا) ارتباط برقرار نمایید.

با استناد به ماده ۷۴ قانون تجارت الکترونیک مصوب ۱۳۸۲/۱۰/۱۷ مجلس شورای اسلامی و با عنایت به اینکه سایت «خبربان» مصداق بستر مبادلات الکترونیکی متنی، صوتی و تصویر است، مسئولیت نقض حقوق تصریح شده مولفان در قانون فوق از قبیل تکثیر، اجرا و توزیع و یا هر گونه محتوی خلاف قوانین کشور ایران بر عهده منبع خبر و کاربران است.

خبر بعدی:

دست یاری صنعت هسته‌ای به صنعت نفت

وزارت نفت و سازمان انرژی اتمی ایران، به‌عنوان صنایع حیاتی در کشور، اوایل این هفته تفاهم‌نامه امضا کردند تا از دستاوردهای یکدیگر به‌صورت متقابل بهره‌ ببرند اما در این میان شاید برای خیلی از مردم این سؤال پیش بیاید که به‌واقع این دو صنعت چه کمکی می‌توانند به‌ یکدیگر کنند؟

یکی از مدیران صنعت هسته‌ای که روزگاری در زمان جنگ تحمیلی سکان وزارت نفت را در دست داشت و نقش اساسی نیز در رشد سال‌های اخیر سازمان انرژی اتمی ایفا کرد، غلامرضا آقازاده، از مدیران موفق وزارت نفت است. ارتباط این دو صنعت راهبردی در ایران از دیرباز به‌دلیل حضور وی وجود داشته است، اما به نظر می‌رسد در دولت سیزدهم این ارتباط رشد و ارتقا خواهد یافت. یکی از نشانه‌های آن هم امضای تفاهم‌نامه جامع همکاری‌های دو مجموعه با یکدیگر است. شاید در جامعه، صنعت هسته‌ای محدود به چرخه سوخت هسته‌ای و نیروگاه‌های اتمی تلقی شود، به همین دلیل در این نوشتار تلاش می‌شود کاربردهای صنعت هسته‌ای در صنعت نفت به‌صورت خلاصه بیان شود.

شرح و بسط علمی تفاهم‌نامه اخیر بین این دو صنعت بزرگ کشور در فرصتی دیگر و در مجامع علمی و صنعتی باید در دستور کار دو طرف باشد. بی‌شک مهم‌ترین نقش انرژی هسته‌ای در جهان امروز، تولید برق هسته‌ای است که به‌صورت میانگین حدود ۱۰درصد برق جهان را تأمین می‌کند. متأسفانه کشور ما در این شاخص با میانگین جهانی فاصله دارد، که امید است با اقدام‌های در حال انجام سازمان انرژی اتمی، در سال‌های آینده کمتر شود. باید توجه داشت که به‌ دلیل ناترازی برق در سال‌های اخیر، دولت صنایع بزرگ را به‌سمت مشارکت در تأمین برق مورد نیاز خود سوق داده است.

همچنین، از محل صرفه‌جویی ناشی از مصرف سوخت فسیلی، مشوق‌هایی برای نیروگاه‌های تولیدکننده برق پاک و سایر صنایع قرار داده شده است که در هر دو زمینه، وزارت نفت می‌تواند کمک شایانی به توسعه برق هسته‌ای کند. رادیوایزوتوپ‌ها به‌دلیل خواص خود نقش بارزی در صنعت ابزار دقیق و سنجش‌گرها دارند و به همین دلیل رادیومتریک و ابزار دقیق هسته‌ای یکی از مهم‌ترین زمینه‌های کاربرد فناوری هسته‌ای در صنعت نفت است. سازمان انرژی اتمی در این زمینه فعالیت موفق و بسیار پرثمری از سال‌های دور داشته و بسیاری از صنایع را از واردات این تجهیزات بی‌نیاز کرده است.

چاه‌پیمایی و اکتشاف مخازن نفت و گاز، ردیابی سیال با مواد نشان‌دارشده با رادیوایزوتوپ‌ها و نشت‌یابی با رادیوایزوتوپ‌ها ازجمله نشت‌یابی خطوط لوله زیرزمینی نفت، ضخامت‌سنجی، تشخیص عیوب به روش رادیوگرافی، جریان‌سنج/غلظت‌سنج دوفازی، سطح‌سنج و ارتفاع‌سنج هسته‌ای نقطه‌ای و پیوسته مخازن به‌ویژه در سیالات دوغابی و تشخیص سطوح مرزی، چگالی‌سنج هسته‌ای، چگالی – سطح‌سنج هسته‌ای، رسوب‌سنج هسته‌ای برای اندازه‌گیری آنلاین و غیرمخرب ضخامت رسوبات درون خطوط لوله، بازرسی برای تشخیص عیوب ساختاری یا عملکردی برج‌های فرایندی با گاما اسکن، تصویربرداری نوترونی از اجزای داخلی قطعات و درکل بسیاری از آزمون‌های غیرمخرب، از موارد در حال انجام در این حوزه است.

از خدمات جانبی واحدهای مختلف این سازمان در این بخش می‌توان به تولید چشمه‌های رادیواکتیو مورد نیاز دستگاه‌های مختلف از نوع نقطه‌ای و میله‌ای، خدمات پسمانداری برای مراقبت از چشمه‌های رادیواکتیو استفاده‌شده، تولید چشمه‌های مورد استفاده در کالیبراسیون و تعمیرات و استانداردسازی تجهیزات ابزار دقیق پرتوی اشاره کرد.

از دیگر کاربردهای فناوری هسته‌ای در صنعت نفت و دیگر صنایع وابسته می‌توان به کاربرد پرتوها در تبدیل مواد یا بهبود خواص مواد اشاره کرد. ازجمله این موارد می‌توان شیرین‌سازی میعانات خام ترش، کراکینگ مشتقات نفتی سنگین و تبدیل به نفت سبک، ارتقای خواص فیزیکی و مکانیکی پلیمرها، و استحصال سوخت از پسماندهای پلاستیک به روش پیرولیز حرارتی - پرتوی را نام برد.

یکی دیگر از زمینه‌های کاری سازمان انرژی اتمی و صنعت هسته‌ای، کار روی انواع ایزوتوپ‌ پایدار ازجمله آب‌ سنگین است. استفاده از اکسید دوتریوم (آب سنگین) به‌عنوان ردیاب در صنایع بالادستی و مخازن و چاه‌های نفت و گاز، شناسایی هویت سیالات (Finger Printing) میدان‌های نفتی منتخب با استفاده از آنالیز غنای ایزوتوپ‌های پایدار سیالات مخزنی (آب و نفت) میدان‌های نفتی و آنالیز ایزوتوپی ایزوتوپ‌های پایدار سبک (هیدروژن، اکسیژن، کربن، نیتروژن و گوگرد) ازجمله خدمات قابل ارائه در این بخش است.

فناوری پلاسما از دیگر زمینه‌های فعالیت در صنعت هسته‌ای به‌ شمار می‌رود که در سال‌های اخیر با اقبال دوچندان همراه شده است و ازجمله کاربردهای آن در صنعت نفت می‌توان به ساخت مشعل و چشمه پلاسمایی، ازدیاد برداشت نفت با استفاده از فناوری پلاسما، امحای پسماندها به کمک زباله‌سوز پلاسمایی و گوگردزدایی از ترکیبات نفتی اشاره کرد. شایان ذکر است که برخی از موارد بالا در مرحله تحقیقاتی است.

وزارت نفت در حوزه اکتشاف چاه‌های نفت و گاز و سازمان انرژی اتمی در حوزه اکتشاف و استخراج اورانیوم و دیگر عناصر پرتوزا نقشی بی‌بدیل و منحصربه‌فرد دارند. تجربه ممتد چنددهه‌ای هر دو سازمان در این حوزه، کمک شایانی به طرف مقابل است. تبادل گزارش و نتایج مطالعات زمین‌شناسی، اطلاعات ژئوفیزیک هوابرد و ژئوفیزیک زمینی شامل مغناطیس‌سنجی، ثقل‌سنجی، تبادل اطلاعات در زمینه مطالعات انجام‌شده روی شیل‌های سیاه (Black Shale) و حضور عناصری ازجمله وانادیوم، مولیبدن و نیکل و اورانیوم در این مناطق و تبادل نتایج و اطلاعات چاه‌پیمایی، از ضروری‌ترین حوزه‌ها برای هم‌افزایی این دو سازمان خواهد بود.

در زمینه محیط‌زیست، فناوری هسته‌ای با تصفیه پساب‌ها و کاهش آلاینده‌های پساب‌های پتروشیمی ازجمله کاستیک مستعمل، با استفاده از پرتودهی و فناوری پلاسما می‌تواند کمک شایانی به صنعت نفت کند. همچنین، سازمان انرژی اتمی به‌دلیل نیاز به ساخت تجهیزات با کاربرد در اتمسفر خلأ، تجربه مناسبی در این زمینه از جمله ساخت انواع شیرآلات خلأ و فشارسنج خلأ خازنی نیز دارد.

وانگهی باید به نقش تنظیم‌گری سازمان انرژی اتمی و مرکز نظام ایمنی هسته‌ای آن در حوزه کنترل پرتوگیری مردم و کارکنان نیز اشاره کرد. باید توجه داشت که مواد پرتوزای طبیعی در تمام فرایندهای اکتشافی نفتی و غیرنفتی همراه مواد در پوسته زمین حضور دارند و با استخراج مواد، کارکنان و دیگر مصرف‌کنندگان در معرض این عناصر پرتوزا خواهند بود. مرکز نظام ایمنی هسته‌ای ایران با چند دهه فعالیت در این بخش می‌تواند در زمینه بررسی سطح پرتودهی و پرتوزایی، مدیریت پسماندهای حاوی مواد پرتوزای طبیعی، مشاوره، آموزش ضوابط، تنظیم دستورعمل‌ها و دیگر موارد کمک‌کار صنعت نفت باشد.

جواد اصغری