میونها که از برخورد پرتوهای کیهانی با جو زمین ایجاد می شوند در تشخیص مواد هسته ای به کار گرفته خواهند شد.

ذرات کوچکی که از برخورد پرتوهای کیهانی با جو زمین ایجاد شده و میون نام دارند، احتمالا از این پس در خدمت مبارزه با تروریسم و قاچاق مواد هسته ای قرار خواهند گرفت.

گروهی از فیزیکدانان در آزمایشگاه ملی لس آلاموس ( محلی که نخستین بمب اتمی در آن ساخته شد) اعلام کردند که می توانند با کمک میونها به بررسی مواردی بپردازند که مشکوک به قاچاق مواد هسته ای نظیر اورانیوم است. این بررسی همانند بررسی است که توسط اشعه ایکس انجام می شود. با بررسی میونی اشیا می توان درون آنها را به شکل کامل بررسی کرد.

پرتوهای کیهانی که از سوی خورشید و فراسوی کیهان به سوی ما گسیل می شوند همواره لایه های فوقانی جو زمین را بمباران می کنند و موجب به وجود آمدن ذرات جدیدی نظیر میونها می شوند. میونها ساختاری مشابه الکترونها دارند با این تفاوت که حدود 200 برابر ازآن سنگین تر است .این ذرات با سرعت معادل 99% سرعت نور به سمت سطح زمین حرکت می کنند و طول آنها تنها حدود یک میلیونیوم ثانیه است. با وجود این عمر کوتاه اکثر این میونها فرصت آن را می یابند که به سطح زمین برسند.چراکه بنابر نظریه نسبیت خاص زمان برای این ذرات آهسته تر اززمان در روی زمین می گذرد. بنابرابن از دید یک میون رسیدن آن تا سطح زمین تنها کسری از عمرش طول خواهد کشید. برای استفاده از این میونها در بررسی موارد مشکوک باید آنها را مهار کرد این مهار توسط دو سری آرایه از حسگرها انجام می شود که در دو سوی بالا و پایین مورد مشکوک (مثلا یک کامیون) قرار داده می شود. هنگامیکه میونها از منطقه هدف می گذرند یک ا لگوریتم کامپیوتری به بررسی میزان انحراف مسیر میونها هنگام عبور از شی مشکوک می پردازد. با کمک محاسبه این انحرافها امکان تهیه تصویری سه بعدی از جسم مورد نظر مهیا می شود. آزمایشها نشان می دهد که این روش می تواند یک بلوک یک لیتری اورانیوم را در بین یک کانتینرمخصوص انتقال بار در یک کشتی، آشکار کند. این روش برای اندازه های بزرگتر با دقت و شفافیت بیشتری عمل می کند.
این روش پیش از این نیز یکبار در سال 1349 به کار گرفته شده بود در آن سال لوییس آلوارز که یک فیزیکدان علاقمند به کاوشهای مصر باستان بود، با استفاده از این روش نقشه ای را از درون دومین هرم بزرگ دشت جیزه موسوم به هرم خفرا (khofre) تهیه کرد. فواید زیادی که این روش دارد دانشمندان را برآن داشته تا با رفع نقاط ضعف آن از آن به عنوان روشی در تشخیص ابزارهای مشکوک استفاده کنند. از آنجا که در ین روش از حسگرهای آشکار ساز میون استفاده می شود ، سرعت تهیه یک اسکن کاامل بستگی به میزان میونهای گذرنده از حسگرها دارد. اما میونها با آهنگی تقریبا یکنواخت از تمامی جهات آسمان به ما می رسند و بنابراین اسکن یک کامیون مشکوک حدود یک دقیقه به طول می انجامداز سوی دیگر مواد اولیه این روش (میونها) به صورت رایگان در تمام زمین در دسترس است.

قابل ذکر است این روش نخستین فناوری جدیدی است که در راستای پروژه افزایش ضریب امنیت ملی و مقابله با حملات تروریستی ایالات متحد به انجام رسیده است.

پیشرفت علم و فناوری ضمن دستاوردهای فراوان برای آسایش و رفاه بشر همواره مشکلات تازه ای را با خود به همراه آورده است. مثال ملموس در این مورد آلودگی های زیست محیطی ناشی از سوختهای فسیلی است.
اهمیت استفاده از این منابع به حدی است که حتی لحظه ای توقف در این کار روند زندگی در جهان مدرن را مختل خواهد کرد.

 می دانیم که برای ماده سه حالت جامد ، مایع و گاز در نظر گرفته میشود. اما در مباحث علمی معمولا یک حالت چهارم نیز برای ماده فرض میشود. حدوث طبیعی پلاسما در دماهای بالا ، سبب تخصیص عنوان چهارمین حالت ماده به آن شده است. یک نمونه بسیار طبیعی از پلاسما آتش است بنابراین خورشید نمونهای از پلاسمای داغ بزرگ است.

تعریف پلاسما

پلاسما گاز شبه خنثایی از ذرات باردار و خنثی است که رفتار جمعی از خود ارائه میدهد. به عبارت دیگر میتوان گفت که واژه پلاسما به گاز یونیزه شدهای اطلاق میشود که همه یا بخش قابل توجهی از اتمهای آن یک یا چند الکترون از دست داده و به یونهای مثبت تبدیل شده باشند. یا به گاز به شدت یونیزه شدهای که تعداد الکترونهای آزاد آن تقریبا برابر با تعداد یونهای مثبت آن باشد، پلاسما گفته میشود.

حدود پلاسما

اغلب گفته میشود که 99% ماده موجود در طبیعت در حالت پلاسماست، یعنی به شکل گاز الکتریسته داری که اتمهایش به یونهای مثبت و الکترون منفی تجزیه شده باشد. این تخمین هر چند ممکن است خیلی دقیق نباشد ولی تخمین معقولی است از این واقعیت که درون ستارگان و جو آنها، ابرهای گازی و اغلب هیدروژن فضای بین ستارگان بصورت پلاسماست. در نزدیکی خود ما ، وقتیکه جو زمین را ترک میکنیم بلافاصله با پلاسمایی مواجه می شویم که شامل کمربندهای تشعشعی وان آلن و بادهای خورشیدی است.

در زندگی روزمره نیز با چند نمونه محدود از پلاسما مواجه میشویم. جرقه رعد و برق ، تابش ملایم شفق قطبی ، گازهای داخل یک لامپ فلورسان یا لامپ نئون و یونیزاسیون. مختصری که در گازهای خروجی یک موشک دیده میشود. بنابراین می توان گفت که ما در یک درصدی از عالم زندگی میکنیم که در آن پلاسما بطور طبیعی یافت نمیشود.

آیا کلمه پلاسما یک کلمه بامسما است؟

کلمه پلاسما ظاهرا بیمسما به نظر میرسد. این کلمه از یک لغت یونانی آمده است که هر چیز به قالب ریخته شده یا ساخته شده را گویند. پلاسما به علت رفتار جمعی که از خودشان نشان میدهد، گرایشی به متاثر شدن در اثر عوامل خارجی ندارد، و اغلب طوری عمل میکند که گویا دارای رفتار مخصوص به خودش است.

حفاظ دبای

یکی از مشخصات اساسی رفتار پلاسما ، توانایی آن برای ایجاد حفاظ در مقابل پتانیسیلهای الکتریکی است که به آن اعمال میشوند. فرض کنید بخواهیم با وارد کردن دو گلوله بارداری که به یک باتری وصل شدهاند یک میدان الکتریکی در داخل پلاسما بوجود آوریم. این گلوله ها ، ذرات یا بارهای مخالف خود را جذب میکنند و تقریبا بلافاصله ، ابری از یونهای اطراف گلوله منفی و ابری اطراف گلوله مثبت را فرا میگیرند.

اگر پلاسما سرد باشد و هیچگونه حرکت حرارتی وجود نداشته باشد، تعداد بار ابر برابر بار گلوله میگردد، در این صورت عمل حفاظ کامل میشود و هیچ میدان الکتریکی در حجم پلاسما در خارج از ناحیه ابرها وجود نخواهد داشت. این حفاظ را اصطلاحا حفاظ دبای می گویند.

معیارهای پلاسما

طول موج دبای (لاندای دی) باید خیلی کوچکتر از ابعاد پلاسما ( L ) باشد.

تعداد ذرات موجود در یک کره دبای (ND ) باید خیلی بزرگتر باشد.

حاصلضرب فرکانس نوسانات نوعی پلاسما ( W ) در زمان متوسط بین برخوردهای انجام شده با اتمهای خنثی ( t ) باید بزرگتر از یک باشد.

کاربردهای فیزیک پلاسما

- تخلیه های گازی :

قدیمیترین کار با پلاسما ، مربوط به لانگمیر ، تانکس و همکاران آنها در سال 1920 میشود. تحقیقات در این مورد ، از نیازی سرچشمه میگرفت که برای توسعه لوله های خلائی که بتوانند جریانهای قوی را حمل کنند، و در نتیجه میبایست از گازهای یونیزه پر شوند احساس میشد.

- همجوشی گرما هسته ای کنترل شده:

فیزیک پلاسمای جدید ( از حدود 1952 که در آن ساختن راکتوری بر اساس کنترل همجوشی بمب هیدروژنی پیشنهاد گردید، آغاز میشود.

- فیزیک فضا:

کاربرد مهم دیگر فیزیک پلاسما ، مطالعه فضای اطراف زمین است. جریان پیوستهای از ذرات باردار که باد خورشیدی خوانده میشود، به مگنتوسفر زمین برخورد میکند. درون و جو ستارگان آن قدر داغ هستند که میتوانند در حالت پلاسما باشند.

- تبدیل انرژی مگنتو هیدرو دینامیک ( MHD ) و پیشرانش یونی:

دو کاربرد عملی فیزیک پلاسما در تبدیل انرژی مگنتو هیدرو دینامیک ، از یک فواره غلیظ پلاسما که به داخل یک میدان مغناطیسی پیشرانده میشود، میباشد.

- پلاسمای حالت جامد :

الکترونهای آزاد و حفرهها در نیمه رساناها ، پلاسمایی را تشکیل میدهند که همان نوع نوسانات و ناپایداریهای یک پلاسمای گازی را عرضه می دارد.

- لیزرهای گازی:

عادیترین پمپاژ ( تلمبه کردن ) یک لیزر گازی ، یعنی وارونه کردن جمعیت حالاتی که منجر به تقویت نور میشود، استفاده از تخلیه گازی است.

- شایان ذکر است که کاربردهای دیگری مانند چاقوی پلاسما ، تلویزیون پلاسما ، تفنگ الکترونی ، لامپ پلاسما و غیره نیز وجود دارد که در اینجا فقط کاربردهای پلاسما در حالت کلی بیان شده است.

 پرتو انتقال دهنده انرژی از راه تابش است. هنگامی ‌که پرتوی انرژی خود را از دست بدهد، دیگر پرتو نیست. پرتو می‌تواند وارد اتم بشود و با برخورد به الکترونها و یا هسته اتم را از حالت عادی و طبیعی خارج کند.

اصول کلی حفاظت در برابر پرتوزاها

پرتو در هر برخورد بخشی از انرژی خود را از دست می‌دهد و در نهایت متوقف می‌شود. برای مثال پرتوهای آلفا پس از متوقف شدن از حالت پرتوی خارج شده و به هسته اتمی ‌تبدیل می‌گردند. پرتوها می‌توانند ذره یا امواج الکترومغناطیسی باشند. پرتوگیری بدن از مواد رادیواکتیو می‌تواند منبع داخلی و یا خارجی داشته باشد، ولی برای حفاظت از پرتوها باید به حفاظت از بدن در برابر ورود مواد پرتوزا به بدن توجه کرد و این مستلزم این است که محیط اطراف از مواد پرتوزا عاری باشد و در صورت آلودگی محیط باید راه‌های ورود آلودگی به بدن مسدود شود.

مواد پرتوزا می‌توانند از راه تنفسی ، خوردن و آشامیدن مایعات و مواد غذایی آلوده و یا از راه پوست جذب شوند. خطر آلودگی شیمیایی یک ماده به مراتب کمتر از خطر آلودگی پرتوی همان ماده پرتوزا است. لذا تکنیک کنترل آلودگی محیط به مواد پرتوزا به مراتب مهمتر از کنترل ترکیبات شیمیایی غیرفعال است.

حداکثر مقادیر مجاز آلودگی

باید توجه داشت که هر مقدار آلودگی ، حتی اگر به مراتب کمتر از حداکثر میزان آلودگی مجاز باشد، باز هم کاملا بی‌خطر و بدون عارضه نمی‌باشد. برای آب و هوا حدود آلودگی مجازی که بدن انسان می‌تواند تحمل کند و برای بدن عارضه‌ای پیش نیاید، تعیین شده است.

نکات اساسی در تعیین مقادیر مجاز آلودگی

- تمام محاسبات ، با منظور کردن خصوصیات اندامهای یک انسان با هیکل استاندارد (70 کیلوگرم وزن و 170سانتیمتر قد) انجام می‌شود.

- برای تعیین حداکثر آلودگی مجاز در آب ، محاسبات بر اساس میزان مصرف و دفع روزانه آب از بدن انجام می‌شود.

- حداکثر آلودگی مجاز در هوا بر اساس میزان استنشاق هوا در محیط کار حساب می‌شود.

- طرز توزیع ماده پرتوزا در اندام ، در مجموع پرتوزاهایی که می‌توانند در اندام خاصی جایگزین شوند، منظور می‌گردد.

- نوع و همچنین نیم عمر فیزیکی و نیم عمر بیولوژیکی و بالاخره نیم عمر موثر ماده پرتوزا در نظر گرفته می‌شود.

- کلیه محاسبات بر اساس حداکثر مجاز پرتوگیری بدن انجام می‌شود.

پرتوزاهای آلوده کننده محیط

مواد پرتوزای آلوده کننده محیط زیست به دو دسته "طبیعی" و "مصنوعی" تقسیم می‌شوند. آلوده کننده‌های طبیعی همان مواد رادیواکتیو موجود در طبیعت هستند و آلوده کننده‌های مصنوعی خود به سه گروه تقسیم می‌شوند. اول پرتوهای ناشی از انفجارهای هسته‌ای ، دوم ، زباله‌ها و پسماندهای اتمی ‌و سوم ، پرتوزاهایی که در راکتورهای هسته‌ای و شتاب‌دهنده‌ها تولید می‌گردند.

کنترل آلودگی هوا

مواد پرتوزا به دلیل تنفس هوای آلوده ، خوردن مواد آلوده و یا به علت آلوده شدن پوسته به مواد رادیواکتیو ، وارد بدن شده و موجب پرتوگیری آن می‌گردند. می‌توان از ورود مواد پرتوزا از راه‌های بلع و آلودگی پوستی ممانعت کرد، ولی برای جلوگیری از ورود این مواد به بدن از راه استنشاق ، بهترین راه جلوگیری از آلوده شدن هوای مورد استنشاق است، که انجام آن در محیطهای کار الزامی ‌و اجتناب‌ناپذیر است. در محلهای محدود و سربسته‌ای که احتمال آلودگی هوا وجود دارد، الزاما بایستی میزان آلودگی بطور مداوم تحت کنترل باشد.

موثرترین راه برای کاهش میزان آلودگی هوا در چنین محل‌هایی خارج کردن هوای آلوده و رقیق کردن و پخش کردن آنها در هوای آزاد است. در محلهایی که از چشمه‌های بار پرتوزا استفاده می‌شود، بهترین راه برای جلوگیری از آلوده شدن هوای مورد استنشاق این است که کلیه عملیات بر روی آنها در محفظه‌ای با فشار منفی (فشار کمتر از فشار محیط) انجام شود. برای این کار هوای داخل محفظه بوسیله هواکش مکیده می‌شود و پس از عبور از ورقه‌های صافی به خارج فرستاده می‌شود. برای جلوگیری از ورود مجدد آن به محل اولیه و یا به محلهای مجاور ، عمل تخلیه هوا در ارتفاع مناسبی قرار می‌گیرد.

قسمت هواکش دستگاه در انتهای آن قرار داده می‌شود تا در صورت وجود منفذ یا سوراخ هوای آلوده نتواند به خارج سرایت کند. در صورتی‌که تخلیه هوای آلوده به خارج از محیط کار ممکن نباشد، با گذراندن هوای آلوده از صافی‌های مناسب و مطمئن ، آلودگی از هوا گرفته می‌شود و هوای نسبتا پاک مجددا به همان محل اولیه برمی‌گردد. در صورتی‌که در هوای آلوده گاز رادیواکتیوی وجود داشته باشد، نظر به اینکه جذب آن بوسیله صافیهای معمولی امکان‌پذیر نیست، بایستی نخست هوا از روی مواد جاذب گاز عبور داده شود و سپس بوسیله سیستم تهویه مناسب ، در هوای باز تخلیه گردد.

اصول حفاظت فردی

پس از اینکه تمام اقدامات لازم جهت کنترل آلودگی هوا به مواد پرتوزا انجام شد، باز لازم است که هر فرد جهت رعایت بهداشت و حفظ سلامتی خود از روشها و وسایل خاص استفاده کند و از ورود مواد پرتوزا به بدنش جلوگیری کند. بهترین وسیله برای جلوگیری از ورود مواد پرتوزا به بدن از راه استنشاق استفاده از "ماسکهای مخصوص" است. برای جلوگیری از ورود مواد پرتوزا به بدن از راه دهان باید خوردن و آشامیدن در محیط کار اکیدا ممنوع باشد. همچنین توصیه شده که در محلهای آلوده باید از انجام هر عملی که احتمالا موجب انتقال آلودگی به دهان می‌شود، مانند سیگار کشیدن و حتی استفاده از تلفن در محل کار خودداری شود.

برای جلوگیری از جذب مواد پرتوزا به بدن از راه پوست از دستکش‌های نازک پلاستیکی یکبار مصرف ، روپوش ، کلاه و کفش نایلونی یکبار مصرف یا پارچه‌های قابل شستشو و همچنین از کرم‌های ساده جهت پوشش دادن قسمت باز و بدون حفاظ سطح بدن استفاده کرد. استفاده از این وسایل هنگام کار و استحمام پس از انجام کار بخش مهمی ‌از حفاظت فرد را تامین می‌کند. پس از ورود مواد پرتوزا به بدن و جایگزین شدن آن در اندامی‌ از بدن جلوگیری از اثر بیولوژیکی آن محدود به دفع سریع این مواد از بدن است که این کار تقریبا غیر ممکن است.