تاریخچه

طیف اشعه ایکس

• پرتو حد پایینی طول موج طیف ، بیشترین اهمیت را در پرتو نگاری دارد. زیرا توانایی نفوذ آن بیشتر است.
  
  

مشخصه‌های بارز اشعه ایکس

• بزرگی جریان لامپ بر پخش طول موج اشعه ایکس تولید شده تأثیر ندارد. اما بر روی شدت پرتو موثر است.
  
  
• طول موج اشعه ایکس یا اشعه گاما بسیار مهم است. با کاهش طول موج ، نفوذپذیری پرتو به درون محیط افزایش می‌یابد. به بیان دیگر در مقایسه با پرتوی با طول موج بزرگتر ، پرتوی با طول موج بسیار کوتاه قادر به نفوذ به ماده معینی با ضخامت بیشتر و یا چگالی بیشتر خواهد بود. بنابراین ، اگر حداقل طول موج پرتو تولید شده با افزایش ولتاژ لامپ کاهش یابد، نفوذپذیری پرتو افزایش خواهد یافت.
  
  
  
  
  
  
   

بررسی کمی اشعه ایکس

• پرتو ناشی از لامپ 200 کیلوولتی به درون فولادی به ضخامت حدود 25mm نفوذ می‌کند.
  
  
• اگر ولتاژ لامپ به 1Mv افزایش یابد، پرتو به درون فولادی به ضخامت حدود 130mm نفوذ خواهد کرد.
  
  
• حد بالای عملی برای لامپهای اشعه ایکس رایج در حدود 1000Kv است و این امر سبب تولید اشعه ایکس با کوتاهترین طول موج می شود. این پرتو انرژی فوتونی تقریبا برابر 1Mev دارد.
  
  
• پرتو ایکس با انرژی فوتونی تا 30Mev را با استفاده از الکترونهای پرانرژی (الکترونهای سریع) بوجود آمده بوسیله مولد واندوگراف شتاب دهنده خطی یا چشمه بتاترون می‌توان تولید کرد.

نفوذ پذیری اشعه ایکس

نفوذ پذیری پرتوهای ایکس تولید شده از پرتوهای گاما کمتر بوده اما برای پرتوهای ایکس تولید شده در لامپهای اشعه ایکس بوسیله چشمه‌های پرانرژی در خصوص فولاد نیز دیده می‌شود. باید توجه کرد که بیشترین ضخامتهای استفاده از زمانهای پرتودهی چند دقیقه‌ای و فیلمی با سرعت متوسط می‌توان مورد بررسی قرار داد. مقاطع ضعیفتر را با استفاده از زمانهای پرتودهی طولانی و فیلمی با سرعت زیاد می‌توان بازرسی کرد.

نحوه تولید اشعه ایکس


پرتوهای ایکس را بوسیله بمباران هدفی فلزی با باریکه‌ای از الکترونهای سریع تولید می کنند. قطعات اصلی لامپ اشعه ایکس شامل کاتد برای گسیل الکترونها و آند به عنوان هدف می‌باشد، که هر دو درون لامپ خلا جای گرفته‌اند. با توجه به میزان نفوذ اشعه ایکس و فرکانس مربوطه‌اش از لامپهای اشعه ایکس متنوعی در کارهای تحقیقاتی ، پزشکی ، صنعت و ... استفاده می‌کنند.

طیف الکترومغناطیسی (بیناب الکترو مغناطیس) تابش الکترو مغناطیس در زندگی: در مبحث اپتیک بیشتر بررسی ها در ناحیه نور مرئی است در صورتیکه نور در داخل طیف الکترو مغناطیسی جا گرفته و خواص و محاسبات آن تمام گسترده طول موجی را شامل می شود امّا در الکترومغناطیس شاید تا به حال پرتو های ایکس (X) ، پرتوهای گاما (γ) ، پرتو های کیهانی ، موج رادیویی ، امواج تلویزیونی ، امواج ماکرو ویو و...به گوشتان خورده است. در چنین حالتی می خواهید بدانیدکه .... اشعه ایکس چی هست؟ مکانیزم عمل عکس برداری ها و رادیو لوژی چیست؟ با تابش ایکس و گاما و ...چگونه عکس می گیرند؟ چرا فقط عکس استخوانها می افتد؟ اموج رادیویی چیست و سرعت آن چقدر است؟ فرستنده و گیرنده رادیویی چگونه کار می کنند و یا ساخته می شوند؟ انتقال نور و تصویر در امواج تلویزیونی مشاهده و دریافت تصویر از آن چگونه صورت می گیرد؟ ماهواره ها چگونه کار می کنند؟ برای چه پشت بام آنتن گذاشته ایم ؟ و هزاران پدیده دیگر....... کاربرد و بررسی طول موج های مختلف طیف الکترومغناطیسی: در حالت کلی بایستی چگونگی بازتاب ها و شکست ها از مرز های مختلف هادی ها و عایق ها و مواد قطبی و مواد غیر قطبی و....و چگونگی عبور تابش از آزمایش‌های مربوط به هوا و روش های تمرکز پرتو ها ، روش های انتشار و چگونگی انتشار و ماهیت امواج الکترو مغناطیسی و چگونه تولید می شوند و قوانین حاکم بر آن را بدانیم. امّا باید بدانیم در تمام ناحیه الکترو مغناطیسی تمامی دستگاه ها نمی توانند، کارایی خوبی داشته باشند. و اکثر سیستم های کاربردی محدود به ناحیه خاصی از این گسترده طول موجی می باشند. مثلا سیستم رادیو فقط ناحیه موج رادیویی را پوشش می دهد . دوربین های مادون قرمز برای این ناحیه ساخته شده اند و برخی ناسازگاری هایی از قبیل اینکه ناحیه پرتو ایکس هیج ماده ای با توان شکست ثابت برای ساختن عدسی وجود ندارد زیرا اشعه ایکس از شیشه نمی تواند عبور کند بر خلاف نور مرئی که راحت عبور می کند لذا برای هر نوع تمرکز و تصویر در گستره اشعه ایکس از آینه استفاده می کنند. نحوه تولید امواج الکترو مغناطیسی: جسم سیاه که با نظریه مکانیک کوانتومی توضیح داده می شود تمام ناحیه طول موجی بیناب الکترو مغناطیسی راتولید می کند«نشر) و بر عکس کلیه طول موج هایش را جذب می کند اکثر لامپ ها ی تخلیه الکتریکی ناحیه خاصی را ایجاد می کند. مواد رادیواکتیو با تشعشع هسته ای پرتوهای ایکس و پرتوهای گاما را شامل هستند.تحریکات اتمی بیشتر ناحیه مرئی را شامل می شوند. تحریکات داخلی اتمی به پرتو های ایکس منجر می شوند رشته های تنگستن برای نورهای مرئی مناسبند. در تخلیه های الکتریکی دریک گاز، نظیر لوله منور لامپ های نئونی ، یک سری از طول موج های گسسته گسیل (نشر) می کندوقتی نور حاصل از لامپ هیدروژن را به یک منشور منتقل نماییم خطوط طیفی اتم هیدروژن به طول موج های اصلی خود تجزیه می گردد و با رنگ های مختلف نمایان می گردد. اصطلاح خط طیفی به خاطر پایداری طول موج های خاص تولید آن طول موج های اصلی در هر گستره طول موجی به نور های آن سیستم استفاده شده است. لامپ سدیم:چراغ های خیابان نیز از آن است طیف زرد رنگی دارد که گسیل اصلی آْن در دو طول موج 589 و 590 نانو متر صورت می گیرد طیف اتم هیدروژن نه تنها از تحریک اتمی آن مشاهده شده که خطوط طیفی گسسته ای دارد و برخی رنگ ها از قبیل (نیلی و سبز و زرد و آبی و ....) را شامل می شود بوسیله طیف خورشید نیز دیده می شود. این خطوط توسط دانشمندان خورشید شناسی از جمله جوزف فرانهوفر(Joseph Von Fraungofer) با حروف الفبا علامت گذاری شده اند،مثلا خط D سدیم و.... با اختراع ««لیزر ))(Laser)، اکنون وجود دارند که می توان خروجی های قوی در یک طول موج منفرد تولید کنند.ما در طبیعت طیف گسسته، منفرد نداریم مثلا برای نور زرد یک گستره طول موجی حدودآ 0.6 نانومتر داریم. چشمه های طبیعی: خورشید و ستارگان که ناحیه مرئی را پوشش می دهند. مواد رادیواکتیو طبیعی ( گسیلنده پرتوهای ایکس و گاما) مانند کبالت (Co- 60)و اورانیوم(U-137) و ... که ناحیه ایکس و گاما را شامل می شوند. پرتو های کیهانی که از فضای یونسفر خارج ازجو زمین می آیند. پرتو های مادون قرمز و فرو سرخ و ماورای بنفش که از خورشید و ستارگان ایجاد می کردند. برخی مولکولهای ویژه دو ساختاری یا چند ساختاری که ناحیه های لیزری و میزری را دارند، مانند آمونیاک، یاقوت و .... چشمه های مصنوعی: انواع لامپ ها که مکانیزم های قوس های الکتریکی و تخلیه های الکتریکی و ... را دارند مانند لامپ فلاش ،لامپ سدیم و ... کاواک های جسم سیاه : شاید تا به حال دیده باشید که وقتی آهن را گرم می کنیم ازخود نور تابش می کند. لیزر ها که از موادفعالی مانند یاقوت (نئودنیوم یق ND:YAG) و... که در طیف های گسترده یا طول موج های منفردبصورت پالسی یا گسترده ساخته می شوند. میزرها(Masers) که ناحیه طول موجی ماکروویو را می پوشانند. مانند میزرهای آمونیاک و... اشعه مادون قرمز یا فرو سرخ ، انرژی الکترومغناطیسی است که برای چشم انسان نامرئی است و در طیف الکترومغناطیسی ، بین امواج رادیویی و نور مرئی قرار دارد و با سطوح انرژی اتمی ارتباط دارد. این اشعه که در نور خورشید و منابع مصنوعی وجود دارد، اگر توسط ماده جذب شود، آن را گرم می‌کند.

گسترده اشعه مادون قرمز

• طول موجهای بین 0.8 میکرومتر تا 4 میکرومتر.
  
  
• طول موجهای بلندتر از 4 میکرومتر که اغلب بوسیله مواد جذب می‌شوند، بخصوص طول موجهای بلندتر از 10 میکرومتر بوسیله هوا کاملا جذب می‌شوند.

جذب اشعه مادون قرمز

• آب یکی از مواد خیلی جاذب اشعه مادون قرمز است. محلول نمک طعام در حدود 20 برابر آب خالص اشعه را جذب می‌کند.
  
  
• شیشه معمولی برای اشعه مادون قرمز بلند به کلی غیر قابل نفوذ است و مورد استفاده آن در ساختن گلخانه‌ها برای حفظ گلها از سرما به سبب همین خاصیت است.

منابع اشعه مادون قرمز

منبع طبیعی

بزرگترین منبع طبیعی اشعه مادون قرمز ، خورشید است. مقداری از نور آفتاب که به ما می‌رسد، دارای اشعه مادون قرمز کوتاه است، زیرا پرتوهای مادون قرمز بلند آن در طبقات هوا جذب شده‌اند.

منبع مصنوعی

• اجسام ملتهب
  
  بهترین منبع مصنوعی برای اشعه مادون قرمز ، اجسام ملتهب می‌باشند که طول موج آنها بر حسب درجه حرارت تغییر می‌کند. اگر بخواهیم اشعه مادون قرمز تنها داشته باشیم، باید نور این قبیل منابع مصنوعی را بوسیله شیشه‌هایی که در ترکیب آنها ید و یا اکسید منگنز دو (MnO) وجود دارد، صاف کنیم. این نوع صافیها طیف مرئی را جذب می‌کند و فقط اشعه مادون قرمز کوتاه را عبور می‌دهند.
  
  
• عبور حریان الکتریکی از مقاومتها
  
  روش دیگر که سهل و عملی است، عبور جریان الکتریکی از مقاوتهای فلزی است، بطوری که این مقاوتها سرخ می‌شوند. این مقاومتها غالبا از آلیاژهای آهن و نیکل ساخته شده‌اند.
  
  
• چراغ با مفتول زغال چراغهایی که مفتول آنها از زغال چوب ساخته شده است، نیز به نسبت زیاد اشعه مادون قرمز دارند. در این چراغ نسبت اشعه کوتاه بین 1 میکرومتر و 7 میکرومتر خیلی کم ، ولی نسبت اشعه مادون قرمز بلند آن زیاد است.
  
  
• چراغ بخار جیوه چراغ بخار جیوه نیز ، اشعه مادون قرمز با طول موج کوتاه بین 0.92 میکرومتر و 1.3 میکرومتر تولید می‌کند، ولی نسبت اشعه حاصله نسبت به سایر منابع کمتر است.

اندازه گیری اشعه مادون قرمز

برای اندازه گیری اشعه مادون قرمز از جذب انرژی حرارتی آن استفاده می‌نمایند، یعنی این اشعه را به جسمی می‌تابانند که بتواند کلیه انرژی را جذب کند و سپس مقدار حرارتی را که در جسم مزبور تولید گشته ، اندازه می‌گیرند.

• پیل ترموالکتریکی : وسیله دقیق دیگر برای اندازه گیری اشعه مادون قرمز ، استفاده از پیل ترموالکتریک می‌باشد که در آن انرژی حرارتی تبدیل به انرژی الکتریکی می‌شود و به سهولت قابل اندازه گیری است.
  
  
• سوزن ترموالکتریک : برای اندازه گیری درجه حرارت در داخل نسوج زنده از دستگاهی به نام سوزن ترموالکتریک استفاده می‌کنند.

خواص فیزیولوژیکی اشعه مادون قرمز

• اشعه مادون قرمز سبب گرم شدن پوست و نسج سلولی زیر جلدی می‌شود.
  
• اشعه مادون قرمز ممکن است در پوست سوختگی‌های نسبتا شدیدی ایجاد نماید.
  
• اگر اشعه مادون قرمز را به مقدار مناسب بکار برند، در نتیجه اتساع رگهای زیر پوست ، سبب تسهیل اعمال فیزیولوژیک پوست می‌شود و حتی از راه عکس‌العمل پوستی در بهبودی حال عمومی ‌نیز می‌تواند موثر واقع شود.
  
• این اشعه خاصیت تسکین درد را نیز دارد که علت آن همان اتساع عروق و بهتر انجام گرفتن عمل رفع سموم و تغذیه بافتها است.

کاربرد اشعه مادون قرمز

• ترموگرافی
  
• طیف سنجی
  
• بالا بردن متابولیسم

دستگاه تولید اشعه مادون قرمز

دید کلی

اشعه مادون قرمز بخشی از طیف الکترومغناطیسی است که با سطوح انرژی اتمی ارتباط دارد. بطوری که وقتی این اشعه توسط ماده جذب شود، تولید آثار حرارتی می‌کند. محدوده طول موجهای مادون قرمز 0.78 تا 1000 میکرو متر است.

دستگاه غیر نورانی

نوع اول

نوع ساده آنها برای تولید امواج مادون قرمز شامل سیم پیچی است که به دور مواد عایقی نظیر خاک نسوز یا موادی از جنس چینی پیچیده شده است. این المانها شبیه همان المانهایی هستند که در اجاقهای الکتریکی وجود دارد. طرز کار این المانها به این شکل است که یک جریان الکتریکی از درون سیم عبور می‌کند و بر طبق قانون ژول تولید حرارت می‌نمایند. امواج مادون قرمز هم توسط سیم داغ و هم واسطه‌ای (خاک نسوز یا چینی) که به طریقه هدایت گرم شده است، انتشار می‌یابد. ممکن است در این المانها علاوه بر تولید امواج فرو سرخ ، اندکی امواج مرئی نیز تولید شوند و یا این که به واسطه داغ شدن سیمها المان اندکی قرمز رنگ بشود. این مساله نشان می‌دهد که این المانها کاملا غیر نورانی نیستند.

نوع دوم

ممکن است سیم پیچهایی را درون موادی از جنس خاک نسوز یا در پشت صفحاتی از همین جنس که با رنگ سیاه رنگین شده قرار داد. بدین طریق کلیه امواج فرو سرخ از خاک نسوز گرم شده ساطح می‌گردد و به واسطه سیاه رنگ بودن آن میزان انتشار امواج مرئی نیز به حداقل می‌رسد.

نوع سوم

نوع سوم از ژنراتورهای نورانی وجود دارد که شامل یک لوله استیلی به قطر تقریبا 8 میلیمتر است که درون یک سیم مارپیچی قرار داده شده است. این سیم به دور یک سری مواد عایق الکتریکی که هدایت کننده خوبی برای گرما می‌باشند، پیچیده شده است. جریان الکتریکی از درون این سیم مارپیچی می‌گذرد و تولید حرارت می‌کند. این حرارت به واسطه ماده عایق الکتریکی به لوله استیلی می‌رسد و آن را گرم می‌کند. با گرم شدن این لوله استیل صدور امواج فروسرخ نیز آغاز می‌شود. این لوله استیلی دارای 2 یا 3 پیچ و خم خوردگی بزرگی می‌باشد و به طریقه مناسبی در درون یک منعکس کننده ، کار گذاشته شده است.

زمان لازم برای تولید اشعه مادون قرمز

همه المانهای نورانی از لحظه روشن شدن تا زمانی که تولید و تابش امواج فرو سرخ به حداکثر شدت برسند، محتاج صرف مدت زمان می‌باشد. المانهای نوع اول که امواج را مستقیما از سیم گرم شده صادر می‌نمودند، برای رسیدن به حداکثر شدت صدور امواج به 5 دقیقه صرف وقت از لحظه روشن نمودن دستگاه احتیاج دارند. این زمان برای دستگاههای دیگر طولانی تر می‌باشد و بسته به ساختمان دستگاه به 10 و یا حتی 15 د قیقه نیز خواهد رسید.

دستگاه نورانی

امواج صادره از ژنراتورهای نورانی بوسیله یک یا دو لامپ نئون تولید می‌گردند. هر لامپ نئون از یک فیلامان که در درون یک حباب شیشه‌ای قرار داده شده است، ساخته می‌شود. ممکن است در درون این لامپها ایجاد خلا بنمایند و یا ممکن است آنها را با گاز بی اثر در فشار اندک پر نمایند. فیلامانها سیم پیچی با رشته‌های بسیار نازک می‌باشند که از فلز تنگستن ساخته می‌شوند. فیلامان را در مجاورت هوا قرار نمی‌دهند. زیرا آن را اکسید می‌کند. در صورت وجود این اکسیداسیون ، موادی در دیواره این حباب رسوب می‌کند که پوشاننده اشعه هستند. عبور جریان الکتریکی از درون فیلامان سبب تولید امواج فرو سرخ ، نور مرئی و مقداری نیز امواج فرابنفش می‌گردد.

شکافت ، نمونه‌ای از واکنشهای زنجیری

مرحله آغاز زنجیر

مرحله انتشار زنجیر

مرحله پایان زنجیر

>

واکنش گاز و گاز

واکنش بین گاز و بخار ، در 200 نمونه‌ای دیگر از واکنش زنجیری است. می‌توان مراحل این نوع واکنش را بصورت زیر نشان داد:

• مرحله انتشار زنجیر: رادیکالهای ، واسطهای فعالی هستند که پیشبرنده‌های زنجیر نامیده می‌شوند. یک رادیکال Br با یک مولکول ترکیب می‌شود:
  
  

در این واکنش ، یک مولکول محصول ، و یک پیشبرنده دیگر ، یک اتم (رادیکال) ، تولید می‌شود. رادیکال با مولکول ترکیب می‌شود:

در این واکنش یک مولکول دیگر و یک رادیکال که پیشبرنده اصلی زنجیر است، تولید می‌شود. اتم با یک مولکول دیگر ترکیب می‌شود و این چرخه مجددا آغاز می گردد. این دو مرحله ، چندین بار تکرار می‌شود.

• مرحله بازداری زنجیر: با برخورد یک رادیکال با یک مولکول ، واکنشها رخ می‌دهد که بازدارنده واکنش کل است:
  
  

چون در این مرحله ، یک مولکول محصول () مصرف شده و یک مولکول واکنش دهنده () تولید می‌گردد، این مرحله واکنش کل را آهسته می‌کند، ولی موجب گسسته شدن زنجیر یا توقف واکنش نمی‌شود. زیرا پیشبرنده زنجیر () نیز در این مرحله تولید می‌شود.

شکافت هسته‌ای

• مرحله پایان زنجیر: وقتی دو پیشبرنده بهم می‌رسند، انتهای دو زنجیر بسته می‌شود:
  
  

باور بر این است که مکانیسم واکنش و نظیر این مکانیسم باشد مخلوطی از این دو گاز را می‌توان در دمای معمولی و در تاریکی به مدت مدیدی نگهداری کرد، بدون اینکه باهم ترکیب شوند. ولی اگر این مخلوط در معرض نور قرار گیرد، واکنشی بسیار سریع صورت می‌گیرد. باور بر این است که مولکولهای در معرض نور به اتمهای کلر تفکیک شده و واکنش زنجیری را آغاز می‌کنند. واکنش و نیز به نور حساسیت دارد ولی این واکنش در دمای معمولی آهسته‌تر است.

بازدارنده‌های واکنش زنجیری

هر جسمی که حتی به مقدار کم از سرعت یک واکنش بکاهد و یا آن را متوقف کند، بازدارنده نامیده می‌شود. مدت زمانی را که در جریان آن عمل بازدارندگی طول می‌کشد و بعد از آن ، واکنش بطور عادی پیشرفت می‌کند، دوره بازداری می‌نامند. بازداشتن بوسیله مقدار نسبتا" کم از یک ماده افزودنی ، یکی از ویژگیهای انواع واکنشهای زنجیری است و اغلب یکی از سرنخهایی است که در مراحل ابتدایی به ما می‌گوید با یک واکنش زنجیری سر و کار داریم.

فهمیدن این مطلب که چگونه شمار کمی مولکول می‌توانند از واکنش آن همه مولکول جلوگیری کنند، دشوار است. به عنوان مثال مقدار کمی اکسیژن از سرعت واکنش کلراسیون متان برای مدتی ، که به مقدار اکسیژن بستگی دارد، می‌کاهد و بعد از آن واکنش با سرعت معمولی خود پیش می رود. تصور می‌رود که اکسیژن با رادیکال متیل می‌دهد و یک رادیکال جدید بوجود می‌آورد:

رادیکال خیلی واکنش ناپذیرتر از رادیکال است و برای ادامه زنجیر ، کارآیی چندانی ندارد. وقتی یک مولکول اکسیژن با یک رادیکال متیل ترکیب می شود، یک زنجیر را می‌شکند و به این ترتیب از تشکیل شدن هزاران مولکول متیل کلرید جلوگیری می‌کند. البته این کار فوق‌العاده از سرعت واکنش می‌کاهد. بعد از آنکه تمام مولکولهای اکسیژن موجود با رادیکالهای متیل ترکیب شدند، واکنش آزاد است که با سرعت معمولی خود پیشرفت کند.

اجزای اصلی هسته

ذرات اساسی که کلیه هسته‌ها از آنها ترکیب شده است، عبارتند از:

• پروتون‌ها
  
  
• نوترون‌ها

خواص اساسی هسته

این خواص بر دونوع است که عبارتند از :
خواص مستقل از زمان : خواصی هستند که وابسته به زمان نیستند. مانند جرم ، اندازه ، بار
خواص وابسته به زمان : خواصی هستند که وابستگی به زمان دارند. مانند واپاشی پرتوزا و واکنشهای هسته‌ای
جرم و بار هسته

جرم هسته را می‌توان با این فرمول زیر پیدا کرد : M=Z×Mh + N×Mn که در آن ، M جرم هسته ، Mh جرم یک اتم هیدروژن یا جرم پروتون و Mn جرم نوترون می‌باشند.

شعاع هسته

آزمایش‌های دقیق‌تر با بهره‌گیری از پراگندگی ذرات هسته‌ای دیگر و الکترون‌ها نشان داده‌اند. شعاعی که در آن ، آثار هسته‌ای ظاهر می‌شود، از رابطه زیر بدست می‌آید:

R=R₀ A^1/3
که در آن ، R0 ثابت شعاع دارای این مقادیر است:R₀=1.2 F , 1.4 F که در آن F نماد فرمی ، واحد طول هسته‌ای است و A جرم اتمی می‌باشند.
خواص دینامیکی هسته

• هسته‌ها مانند اتم‌ها می‌توانند در حالت برانگیخته با انرژی‌های معین باشند. گذارهای بین حالت‌های برانگیخته با گسیل تابش الکترو مغناطیسی صورت می گیرد (اشعه گاما).
  
  
• هسته‌ها همچنین می‌توانند به یگدیگر تبدیل شوند. بعضی از تبدیل‌ها خود به‌ خود با گسیل الکترون‌های مثبت یا منفی (ذره بتا) یا گسیل ذره آلفا صورت می‌گیرد.
  
  
• تبدیل‌های متنوعی را می‌توان توسط بمباران هسته‌ای القاء کرد.
  
  
• قانون بقای ذرات: تعداد نوکلئون‌ها تحت هر شرایطی و هر تبدیلی پایسته است(مجموعشان ثابت است).

پروتون

جرم پروتون

بار الکتریکی

پاد پروتون (ضد پروتون)

ترتیب در هسته اتم

ایزوتوپها

کاربرد

الکترون

نگاه اجمالی

سیر تحولی و رشد

ساختار اتم الکترونی

انتقال الکترونها

گسیل الکترون

انواع الکترونها

الکترون آزاد

الکترونی که از اتم جدا شده و به آن بستگی ندارد. الکترونهای بیرونی‌ترین لایه‌های اتمهای فلزات بستگی کمتری نسبت به اتمهای خود دارند و با گرفتن انرژی کوچکی از این اتمها کنده می‌شوند و به شکل توده‌ای از ابر یا گاز ، شبکه‌های اتمی فلزات را در بر می‌گیرند. هنگامی که الکترونهای آزاد در میدان الکتریکی قرار گیرند، جریان الکتریکی بوجود می‌آید.

الکترون اوژه

الکترون اوژه نوعی الکترون آزاد است که از اتم یا یون گسیل می‌شود. الکترون اوژه از بازآرایی الکترونهای مقید از اتم یا یون اولیه سرچشمه می‌گیرد. این بازآیی از واکنش الکترون - الکترون که مولد نیروی دافعه است و می‌تواند بر نیروی جاذبه ناشی از برهمکنش الکترون - هسته فایق آید، صورت می‌گیرد. با آن همه بازآیی یاد شده تنها هنگامی می‌تواند رخ دهد که حداقل جای یک الکترون در تراز انرژی معین اتم یا یون اولیه خاصی باشد و در تراز با انرژی بیشتر از انرژی تهی جا حداقل دو الکترون وجود داشته باشد، یکی از الکترونهای تراز بالاتر به تراز دارای تهی جا سقوط می‌کند و الکترون دیگر به صورت الکترون آزاد از اتم خارج می‌شود.

الکترون ظرفیت یا الکترون والانس

هر یک از الکترونهای لایه خارجی اتم که در ایجاد پیوندهای شیمیایی شرکت می‌کنند.

الکترون رسانش

اتمهای هر فلزی با پیوندهای کووالانسی که راستای کاملا مشخص ندارند و میان چندین اتم پخش شده‌اند، به همدیگر مقید هستند. بنابراین الکترونهایی که قیدشان در ضعیفترین حد است (الکترون ظرفیت) می‌توانند در سراسر فلز حرکت کنند. این الکترونهای متحرک که الکترون رسانش نامیده می‌شود در خواص الکترونی و انتقال گرما در فلزها دخالت دارد.

• مدل گاز آزاد فرمی: برای فلزهای ساده مانند (pb , TI , In , GA , Al , Ba , Sr, Ca , Mg , Be , Rb , Cs , Ka , Na , Li) سهم الکترون رسانش در رسانندگی گازی از فرمیونها بدون برهمکنش و با چشم پوشی از انرژی پتانسیل ناشی از بخش مرکزی یونها ، می‌توان محاسبه کرد. در این مدل ، انرژی مجاز الکترونهای رسانشی پیوسته‌اند و در انرژی فرمی ε_f با یک سطح کروی فردی روبرو هستیم.
  
  
• خواص الکترونی: وقتی یک میدان الکتریکی خارجی به فلز اعمال می‌شود الکترونهای رسانش شروع به شتاب گرفتن می‌کنند. اما برخورد این الکترونها با ناخالصیها به فوتونها ، ناکاملیهای شبکه ، حرکتشان را کند می‌کند، این فرآیند منجر به حالتی مانا می‌شوند که در آن سرعت سوق برای الکترون رسانش عبارت است از: v = -eET/m

که در آن e بار الکترون ، E میدان الکتریکی ، T زمان میانگین بین برخورد (یا زمان واهلش) و m جرم الکترون است.

• سرعت سوق الکترون: میانگین سرعتی که با آن الکترونها یا یونها ، بر اثر میدان الکتریکی در ماده‌ای رسانا یا نیم رسانا جابجا می‌شوند. نیم رساناهای خالص و آلاییده دارای حاملهای (الکترونها و حفره‌های رسانش) آزادی هستند که تحت تأثیر میدان الکتریکی ممکن است در داخل جسم جابجا شوند. تعداد الکترونها و حفره‌ها به جنس نیم رسانا و میزان و نوع آلایش و دمای آن بستگی دارد. اما در هر نیم رسانای قابل استفاده این تعداد معمولا بین 10²² تا 10²⁶ الکترون یا حفره در هر متر مکعب است. در غیاب میدان الکتریکی این حاملها در جهت کاتوره‌ای در جسم حرکت می‌کنند و بنابراین جریان الکتریکی خالص بوجود نمی‌آورند.
  
  هر گاه میدان الکتریکی برقرار شود، بر حاملها نیروی الکتریکی وارد می‌شود و در جهت نیرو به آنها شتاب داده می‌شود، که این امر به ایجاد جریان الکتریکی می‌انجامد. اما حاملها با اتمها و نقص بلور ، مانند ناخالصیها و دررفتگیها نیز برهمکنش و برخورد نیز دارند و این برخوردها سبب میشوند سرعت الکترون کاتوره‌ای شود. به این ترتیب الکترونها و حفره‌ها در جهت نیروی الکتریکی دارای سرعت متوسطی هستند. و این سرعت متوسط یا سرعت سوق با توازن بین نیروی الکتریکی در زمان T فاصله زمانی میانگین بین برخوردها مشخص می‌شود.
  
  سرعت برخورد برابر است با V_p = eTE/m که در آن ، E میدان الکتریکی اعمال شده بر حسب ولتمتر را ، e بار الکترون و ^*m جرم مؤثر حامل است.

اسپین الکترون

اسپین یکی از ویژگیهای درونی ذرات است. اسپین خاصیتی است که به غیر صفر بودن تکانه زاویه‌ای ذره ساکن مربوط می‌شود، اینکه الکترونها دارای اسپین هستند از اهمیت خاصی برخوردار است. اسپین الکترون در شیمی و در جنبه‌هایی از رفتار ماده معمولی ، بویژه در پدیده‌های مغناطیسی نقش اساسی ایفا می‌کند. الکترون حامل اسپین 2/1 هسته و این بدان معنی است که برای الکترون ساکن اندازه گیری تکانه زاویهای نسبت به یک محور مفروض به یکی از دو نتیجه ممکن ħ/2 ± می‌انجامد ħ = h/2π ثابت کاهیده پلانک است.

اسپین الکترون دو پیامد نیزدیکی دارد: یکی اینکه الکترونها را به صورت آهنربایی میکروسکوپیکی در می‌آورد، که هم میدان مغناطیسی تولید می‌کنند و هم در برابر میدان مغناطیسی واکنش نشان می‌دهند. دیگر اینکه یک درجه آزادی داخلی نمی‌توانند حالت کوانتمی یکسان داشته باشند و این خاصیتی است به فرمیون بودن الکترونها مربوط می‌شود.

پراش الکترون

فیزیک کلاسیک ، الکترونها را ذراتی در نظر می‌گیرد با جرم و بار معین ، برهمکنش الکترون با میدانهای الکتریکی و مغناطیسی را می‌توان بر حسب حرکت ذره توضیح داد. آزمایشهای اولیه با لامپ پرتوی کاتودی که باریکه الکترون را فراهم می‌آورد، نشان داد که اجسام کوچکی که در لامپ قرار داده شوند روی پرده فسفری سایه واضح می‌اندازند. این آزمایش با تصویر کلاسیکی الکترون به صورت ذره کاملا سازگار است.

طول موج دوبروی الکترونی با انرژی 10000v یعنی الکترونی که با پتانسیل 1000v شتاب گرفته باشد، برابر 4X10 متر است. چون این مقدار بسیار کوچکتر از اندازه جسم است، اثر پراش بسیار کوچکتر از آن است که دیده شود. بلافاصله بعد از اینکه دوبروی اظهار نظر کرد که ماده باید خواص موجی از خود نشان دهد، والتر الساسر اعلام کرد که پراش الکترونها باید در سطح بلور قابل مشاهده باشد.

 دید کلی

تاریخچه اولین انفجارهای هسته‌ای

ساختمان بمب هسته‌ای

• ساختار سلاح هسته‌ای به این صورت است که هر گاه مقدار عنصر قابل شکافت ، که از اندازه بحرانی بیشتر باشد، پدیده شکافت شروع می شود. این پدیده خیلی سریع پیشرفت می‌کند و با آزاد شدن مقادیر عظیم انرژی در مدت بسیار کوتاه ، انفجار مهیبی رخ می‌دهد. ولی از آنجایی که بمب باید در لحظه دلخواه منفجر شود، مقداری از ²³⁵U ، یا ²³⁹Pu را که خالص بوده و حجم کلی آن از اندازه بحرانی بیشتر باشد، به چند قسمت مجزا ، که هر یک از آنها از اندازه بحرانی کمتر است، تقسیم می‌کنند و این قسمتها را در محفظه‌ای طوری قرار می‌دهند که نوترونهایی که ممکن است در هر یک از آنها آزاد شوند، در قسمت دیگر نفوذ نکنند.
  
  در این تقسیم بندی هرگاه به هر روشی در یکی از اجزای بمب پدیده شکافت شروع شود، در لحظه‌ای که انفجار باید صورت گیرد، رخداد پدیده شکافت زنجیری و مداوم نخواهد بود. این مواد با جرمهای زیر جرم بحرانی عنصر قابل شکافت را به هم نزدیک می‌کنند. تا مجموع آنها از جرم بحرانی بیشتر شود و واکنش زنجیری به وقوع بپیوندد.
  
  نباید فراموش کرد که پیشرفت واکنش زنجیری بسیار سریع است و انفجار اتمی در قطعات اورانیوم فقط در حدود یک میلیونم ثانیه طول می‌کشد. لذا اگر اندازه‌های بحرانی زیر را به آهستگی به هم نزدیک کنیم. ممکن است قبل از تماس ، واکنش زنجیری شروع شود و شدت گرمای حاصل از شکافتهای اولیه به حدی گردد، که قبل از انفجار واقعی ، ماده قابل شکافت را متلاشی سازد و واکنش زنجیری به خاموشی گراید. برای رفع نقایص بمب هسته‌ای به صورت زیر عمل می‌کنیم:
  
  
• اولا اتصال قطعات اورانیوم بوسیله یک ماده منفجره قوی نظامی صورت می‌گیرد.
• ثانیا محفظه ماده اتمی را بسیار ضخیم و محکم می سازد. تا در آغاز واکنش زنجیری از متلاشی شدن ماده مزبور جلوگیری کند و سپس انفجار واقعی صورت گیرد.

بهینه سازی خروجی بمب و افزایش قدرت آن

• طرق مختلف نزدیک کردن قطعات اورانیوم یا پلوتونیوم به یکدیگر هنوز یک موضوع سری نظامی است. ولی واقعیت این است که هر چه سرعت اتصال قطعات زیادتر باشد، واکنش زنجیری سریعتر و و مقدار بیشتری از هسته‌های اورانیوم موجود شکافته شده و بهره سلاح اتمی بیشتر می‌شود.
  
  
• اصولا اتصال سریع قطعات است که انفجار مهیب بمب اتمی را بوجود می‌آورد. اگر منعکس کننده‌ای به دور ماده اتمی قرار داده شود، از فرار نوترونها جلوگیری نموده و شکافت زنجیری تسریع می‌گردد. استفاده از منعکس کننده نوترون ، وزن بحرانی را نیز تقلیل می‌دهد.
  
  
• باید توجه داشت که حتی در بهترین شرایط همه اورانیوم موجود در یک بمب اتمی تحت عمل شکافتن قرار نمی‌گیرد و در شرایط بسیار مناسب تنها در حدود 10 درصد ماده هسته‌ای شکافته می‌شود و بقیه در نتیجه ، انفجار تبدیل به غبار شده و در فضا پخش می‌گردند بدون اینکه هسته‌های آنها شکافته شوند.
  
  
• جرم بحرانی از اسرار نظامی است و ممالکی که آن را می‌دانند به شدت از فاش شدن آن جلوگیری می‌کنند. بنابرین از مطالبی که در این باره منتشر شده است، چنین بر می آید که جرم بحرانی باید بین ا و 10 کیلوگرم باشند.
• وجود جرم بحرانی ، افزایش قدرت بمب اتمی را محدود می‌کند. زیرا برای آنکه بتوانیم انفجاری ایجاد کنیم:
  
  
  • اولا نباید مقدار سوختی کمتر از جرم بحرانی بکار بریم و این مقدار حد پایین بمب اتمی را تعیین می‌کند.
  • ثانیا وزن هر یک از قطعات اورانیوم درون بمب نمی‌تواند بیش از وزن بحرانی باشد. زیرا در آن صورت هر قطعه خود به خود منفجر خواهد شد.
    
    
• ساختن بمبهای بیش از دو قطعه نیز بسیار مشکل است. زیرا اگر دو قطعه از قطعات اورانیوم ، حتی به اندازه یک میلیونم ثانیه قبل از قطعات دیگر به هم وصل شوند، انفجار اتمی صورت خواهد گرفت و باعث پراکندگی قطعات دیگر اورانیوم خواهد شد. قطعات دیگر مجال دخول در قطعات زنجیری را نخواهند یافت. به عبارت دیگر بطور کلی میزان اتمهای اورانیومی که در واکنشهای زنجیری وارد می‌شوند، با افزایش تعداد قطعات داخل بمب ، تقلیل می‌یابد و عمل انفجار ناقص می‌ماند.