فهرست مطالب

فصل اول : مقدمه

1-1-مقدمه
امروزه علم امواج و الکترونیک آنقدر پیشرفت کرده است که ما بتوانیم اتفاقات به وقوع پیوسته در بعضی از نقاط جهان را ثبت کنیم و چقدر خوب بود اگر اتفاقات پس از مهبانگ در گوشه ای از عالم هستی ثبت می شد. در این صورت بشر می توانست به هزاران سوالی که امروز فکرش را مشغول کرده است جواب بدهد.ماهیت شرایط ترمودینامیک یا فیزیک سوپ کوارک گلوئونی پس از مهبانگ، شرایط تشکیل ذرات بنیادی موجود در این سوپ، تعادل تابش با انرژی و ماده ،تعداد ذرات بنیادی، خواص ذرات عامل شکل گیری این سوپ و اجزای آن و تشکیل هسته ها گوشه ای از ابهاماتی است که ذهن فیزیکدانان ذرات بنیادی را به خود مشغول کرده است.این سوال ها و سوالاتی دیگر مانند اینکه آیا ما تمام ذرات بنیادی را شناخته ایم و یا ممکن است تعداد دیگری ذرات بنیادی وجود داشته باشد که هنوز نتوانسته ایم آنها را آشکارسازی نماییم و یا ذرات کاندیدای ماده تاریک ،ذهن فیزیکدانان را به خود مشغول کرده است.از طرفی فیزیکدانان خیلی مشتاق هستند تا یک نمونه آزمایشگاهی از مهبانگ بسازند تا شاید بتوانند به بعضی از سوالات مذکور جواب دهند.

1-2-تلاش های تجربی در زمینه شناخت پلاسمای کوارک-گلوئونی
یکی از دلایل پیشرفت و دست یابی به بعضی از تکنولوژی های جذاب و مفید در زندگی ،مطالعه و شناخت دقیق یک پدیده طبیعی و سپس نمونه سازی آن در راستای کاربرد نمونه در زندگی بشر می باشد.اما تعدادی از پدیده های طبیعی به دلیل شرایط سخت فضا-زمان قابل آزمایش و تجربه نیستند و یا ممکن است تجهیزات زیادی برای انجام آزمایش نیاز داشته باشند.در مواردی همزمان انجام آزمایش آنقدر کوچک است که ثبت نتایج امکان پذیر نمی باشد.بی شک شبیه سازی مهبانگ در آزمایشگاه کار ساده ای نیست،چون باید در یک بازه زمانی بسیار کوچک، انرژی، دما و چگالی فوق العاده زیادی در یک نقطه خلق شود که اولا تجربه بسیار دشواری است و ثانیا ثبت اطلاعات و نتایج آزمایش هم کار آسانی نخواهد بود.اما برای نخستین بار در سال 1984 دانشمندان آزمایشگاه برکلی و آزمایشگاه GSI در بوالاک آلمان اقدام به چنین آزمایشی کردند.آنها سعی کردند با متراکم کردن هسته تا دما و چگالی بالا پلاسمای کوارک گلوئونی را تولید کنند.هرچند که بعضی از پژوهشگران اعتقاد دارند که به این روش نمی توان به پلاسمای کوارک گلوئونی رسید.شاید از نظر آنها شرایط فیزیکی ایجاد شده در آزمایشگاه های بوالاک و برکلی از نظر چگالی، انرژی و دما در حد شرایط مهبانگ نمی باشد.اما با وجود این مخالفت ها گروهی از دانشمندان ناامید شده و سعی و تلاش خود را در این زمینه ادامه دادند.در سال 2000 گزارش رسیده از آزمایشگاه سرن CERN حاکی از آن بود که طبق اطلاعات بدست آمده از یک آزمایش در انرژی به مراتب بالاتر از انرژی آزمایشگاه برکلی، کوارک ها در پیکربندی جداگانه به نام پروتون و نوترون قرار ندارند بلکه درون هسته به طور آزادانه مانند محتویات یک سوپ قرار گرفته اند[1]. پژوهشگران سرن گزارش دادند که به کمک یک باریکه از هسته های سرب با انرژی بالا ، دمایی فوق العاده داغ و به مراتب داغتر از دمای مرکز خورشید ایجاد کرده اند و توانستند در مرکز این برخوردها ،گلوله های آتشین با انرژی بسیار زیاد تولید کنند.در این آزمایش یک حالت سوپ مانند از ماده ایجاد شد که همان پلاسمای کوارک گلوئونی می باشد.از طرفی قبلا در سال 1986 گزارشاتی در مورد ایجاد این سوپ یا پلاسمای کوارک گلوئونی داده شده بود، تا اینکه در سال 2003 محققین(RHIC) در آزمایشگاه ملی بروکهون اعلام کردند که آن حالتی از ماده که در سرن ایجاد شد پلاسمای کوارک گلوئون نبوده بلکه یک مرحله قبل از تشکیل آن بوده است.در این آزمایشگاه به جای سرب از هسته طلا استفاده شد و انرژی آن 10 برابر انرژی آزمایش هسته ای با سرب در SPS بود.سرانجام در سال 2005 در آمریکا نتایج آزمایشگاهی گروه های مختلف در RHIC اعلام شد که این نتایج وجود یک پلاسمای کوارک گلوئونی را تایید کرد[2] .لازم به ذکر است نتایج تجربی با پیش بینی تئوری های مطرح شده در این مورد کاملا هماهنگی لازم را داشته است .

1-1-مقدمه…………………………………………………………………………….2
1-2- تلاش های تجربی در زمینه شناخت پلاسمای کوارک-گلوئونی…………..2
1-3-تاریخچه فیزیک هسته ای ………………………………………………………4
1-4-پیشینه تاریخی فیزیک هسته ای………………………………………………5

برای دانلود رایگان قسمت های بیشتراز فایل به انتهای مطلب مراجعه کنید

فصل دوم: مدل های هسته ای

بر همکنش متقابل میان نوکلئون ها هنگامی که برای تشکیل هسته های سنگین و متوسط متراکم می شوند ، برای مدت طولانی مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته اند.در غیاب یک تئوری دقیق ، تعدادی از مدل های هسته ای توسعه یافته اند.برای این کار فرضیات بسیاری برای ساده سازی روابط به کار رفته اند.هر مدل تنها قادر به توضیح بخشی از دانش تجربی ما راجع به هسته می باشد . اگر فرض کنیم در سطوح پایه و پایین ترین سطوح برانگیخته شده ، هسته ها و نوکلئون ها دارای برهمکنش بسیار پایینی باشند ، آنگاه مدل های ذره مستقل پدیدار می شوند.

-3- مدل هسته ای لایه ای
در سال 1932 ، چادویک با کشف نوترون راهی برای توسعه مدل های ساختار هسته باز کرد.
در قیاس با ساختار الکترونی فوق هسته اتم ، Guggenheimer،Bartlett،Elsasser و دیگران [11] توانستند مدل های ذره منفرد که شامل پوسته های با 2(2L+1) نوترون و پروتون می باشند را توسعه دهند، که L عدد کوانتوم اندازه حرکت زاویه ای مداری هسته می باشد.از سال 1936 تا 1948 علاقه به مدلهای هسته ای از مدلهای ذره منفرد به سمت توسعه ایده بوهر (Bohr) هسته های قطره مایع، مدل واحد [12 ] و تئوری ایزوباری اسپین تغییر یافت.
در سال 1948 کارهای مایر (M.Mayer) سبب شد تا نگاه ها به سمت شواهد تجربی برای لایه های بسته در هسته برای اعداد جادویی بالاتر ، بخصوص در تعداد نوکلئون های 50،80 و126 متمرکز شود [13 ]. با توجه به اینکه مدل قطره مایع و مدل یکنواخت به طور ذاتی قادر به پیش بینی چنین ناپیوستگی هایی نیستند ، تمامی توجه دوباره به سمت مدلهای ذره منفرد سوق داده شد.
قدمهای موثر در معرفی جفت شدن jj توسط مایر (Mrs,Mayer) و به طور مستقل توسط هاکسل (Haxel) [14 ] ،جنسن (Jensen) و سیس (suess)، برداشته شد.با فرض نیروهای قوی اسپین مدار برای خود نوکلئونها ، رفتار تناوبی از ترازهای انرژی ذره مستقل نمودار شد که به طور تجربی با اعداد جادویی مطابقت دارد.توجیه برهمکنش قوی اسپین مدار و ترتیب جفت شدن jj بر موفقیت آن در تطبیق حقایق تجربی استوار است.اگر چه با ظهور نیروهای تانسو] 15 [ما را به آینده امیدوار می کند ، اما دلایل نظری کافی برای جفت شدن jj در هسته یافت نشده است.

2-3-1-فرضیات مدل ذره منفرد
برعکس اتمها ، هسته ها دارای بدنه مرکزی حجیم که به عنوان مرکز نیرو عمل می کند ، نمی باشد. این ویژگی به این دلیل است که فرض میشود هر نوکلئون یک نیروی جاذبه مرکزی را تجربه می کند و می توان آن را به اثر متوسط دیگر نوکلئونها (A-1) در هسته نسبت داد.بر اساس این فرض ، هر نوکلئون طوری رفتار می کند که گویی به طور مستقل در یک میدان مرکزی در حرکت است که به عنوان چاه پتانسیلی کوتاه برد توصیف می شود.دیگر این که این پتانسیل برای تمام مقادیر L یکسان فرض می شود.
2-3-2- تناوب حالتهای نوکلئون برای سطوح پایه ایزوتوپها و ایزوتونهای متوالی
ارزش مدل ذره مستقل اصولا بر پایه توانایی آن در ارائه تناوب درست انرژی برای حالتهای نوکلئون با مقادیر مختلف L قرار دارد.این مسئله نشان دهنده آن است که ترتیب حالتهای نوکلئون ، تا زمانیکه پتانسیل خارج از شعاع هسته ای به سرعت کاهش می یابد ، به شکل پتانسیل فرضی حساس نمی باشد. یک چاه مستطیلی ساده با عمقU_0 و شعاعی معادل شعاع هسته ای R ، مثال خوبی برای چنین نیروهای کوتاه برد است. تابع موج برای ذرات مستقل داخل این چاه در r<R از معادله شعاعی موج تبعیت می کند و در r=R مثل بیرون چاه (r>R) برابر صفر است.آنگاه مقدار انرژی مجاز متناظر با حل معادله شعاعی موج تعیین می شود که در r=R دارای مقدار صفر است.

 

2-1- مدل های هسته ای…………………………………………………………..9
2-2-خلاصه ای از شواهد تجربی که توسط یک مدل ارائه می شود………….. 9
2-3-مدل هسته ای لایه ای…………………………………………………………11
2-3-1- فرضیات مدل ذره منفرد ……………………………………………………12
2-3-2- تناوب حالتهای نوکلئون برای سطوح پایه ایزوتوپها و ایزوتونهای متوالی……………………………………………………………………………… 12
الف : ترتیب حالتها در مدل جفت شدن اسپین مدار…………………………….13
ب : تقاطع در لایه های اصلی…………………………………………………….. 14
ج : انرژی جفت شدگی در مدل پوسته ای……………………………………….14
د : دامنه موفقیت های مدل لایه ای……………………………………………….15
2-4- مدل قطره مایع………………………………………………………………..15
2-4-1- مبنای کیفی فرمول نیمه تجربی جرم ……………………………………16
الف : انرژی حجمی…………………………………………………………………..17
ب : انرژی سطحی …………………………………………………………………..18
ج : انرژی کولنی …………………………………………………………………….. 18
د : انرژی عدم تقارن…………………………………………………………………. 19
ه : انرژی جفت شدن ………………………………………………………………19

فصل سوم : پدیده شناسی هسته ای

در این فصل بعضی از خواص هسته مورد بررسی قرار می گیرد. از جمله ویژگی های هسته واپاشی هسته و شکافت هسته می باشد که بیشتر در هسته های سنگین رخ می دهد.

3-2- شکافت
شکافت خود به خود به عنوان فرایندی تعریف می شود که طی آن یک هسته مادر به دو هسته دختر با جرم تقریبا یکسان وبدون دخالت خارجی شکافته می شود .این که دو هسته دختر کاملا دارای یک جرم باشند بسیار غیر محتمل است ودر اغلب حالات هسته های دختر دارای اعداد جرمی با اختلاف تقریبا 45هستند وقله توزیع در اعداد جرمی 95 و140 قرار دارد . منحنی انرژی بستگی نشان میدهد که شکافت خود به خود از لحاظ انرژی برای هسته های 100<A امکان پذیر است .

3-3- محدودیت¬های ثابت در مقابل شکافت خودبخود
هنگامی که هسته همچون قطره کوچکی از مایع تراکم ناپذیر مجسم می¬شود، ساختار اصلی انرژی سطح پایه، به خوبی بوسیله فرمول نیمه تجربی جرم نشان داده می¬شود. با این وجود، مدل قطره مایع نمی¬تواند نمایش قابل قبولی از سطح تحریک شده هسته ها را به نمایش بگذارد. انرژی تحریک باید همانند ارتعاشات سطحی که با تغییر شکلهای دوره ای قطره کوچک مطابقت دارد، مجسم شود. انرژی این نوسانات متناسب با کشش سطحی و بنابراین متناسب با ضرائب انرژی سطحی a_s می-باشد.
می¬توان نشان داد که پایین ترین مد مجاز نوسانات سطح مطابق با یک انرژی تحریکی که خیلی بزرگتر از انرژی سطوح تحریک شده پایین در هسته هاست، می¬باشد [23] .مدل قطره مایع نمی تواند فاصله¬بندی مشاهده شده سطوح تحریک شده هسته¬ای را، حتی اگر یک پارامتر اضافی که مطابق با تراکم پذیری محدود ماده هسته¬ای در این مدل ارائه شود، تطبیق دهد.
با این وجود، شباهت ظاهری و احتمالی بین هسته و قطره نوسان کننده مایع تراکم¬ ناپذیر مستقیماً منتج به مدلی پذیرفتنی می¬شود که محدودیتهای پایداری هر هسته سنگین و انرژی فرایند شکافت هسته¬ای را توصیف می¬کند.

الف- انرژی موجود برای شکافت هسته¬ای
انرژی بستگی ماکزیمم بر هر نوکلئون در هسته¬هایی که در آنها 60~ A اتفاق می¬افتد. در هسته های سنگین تر، مثلاً 100<A انرژی بستگی کل نوکلئونهای A را می¬توان با تجزیه هسته اصلی به دو هسته کوچکتر افزایش داد. پس اگر U238 به دو هسته تقسیم شود و با داشتن اعداد جرمی A= 238/2 انرژی بستگی هر نوکلئون از (نوکلئون/ Mev) B/A≈7/6 تا (نوکلئون / Mev) B/A≈8/5 افزایش خواهد یافت. این یک افزایش Mev/نوکلئون 9/0 و یا حدود Mev 210 برای تقسیم یک هسته 238 می¬باشد. به طور کلی، تقسیم هر هسته (A,Z) به دو هسته سبکتر از نظر انرژی مفید است . واکنش های شکافت خودبخودی در عناصر معمولی اتفاق نمی¬افتد، چون توسط یک سد احتمالی که در مورد آن بحث خواهد شد، از آنها جلوگیری می¬شود. تقسیم یک هسته (A,Z) به دو نصف (Z/2 , A/2) شکافت متقارن نامیده می¬شود. از فرمول نیمه تجربی جرم انرژی آزاد شده در شکاف متقارن،، Q به صورت زیر بدست می آید:

3-1- مقدمه …………………………………………………………………………….22
3-2- شکافت ……………………………………………………………………………22
3-3- محدودیت¬های ثابت در مقابل شکافت خودبخود ……………………………22
الف : انرژی موجود برای شکافت هسته¬ای ………………………………………23
ب : سد پتانسیل احتمالی در مقابل شکافت خودبخودی …………………………25
ج : محدودیت¬های پایداری برای هسته¬های سنگین…………………………..27
د : انرژی تحریک کننده برای شکافت القایی ……………………………………….30
ه : جرم نامتقارن در شکافت دارای انرژی پایین …………………………………….32
3-4- واپاشی پرتوزا ی هسته ها ……………………………………………………..36
3-4-1 – واپاشی آلفایی ……………………………………………………………….37
3-4 -2- واپاشی بتایی …………………………………………………………………..38
3-4-3- واپاشی گامایی ………………………………………………………………… 38

فصل چهارم: مدل کوارکی

در فیزیک هسته ای ، مدلهای پوسته ای و قطره مایع ، دو مدل شناخته شده می باشند که علیرغم موفقیتشان در بیان بعضی خواص هسته ای ، ضعف های عمده ای نیز داشته اند.
مدل پوسته ای یکی از مدل های هسته ای اتمی است که با استفاده از اصل طرد پائولی ،ساختار هسته را بر اساس سطوح انرژی بیان می کند.این مدل در سال 1949 بطور مستقل توسط J.Hans D.Jensen،Maria Geopper-Mayer،Eugene Paul Wigner که در سال 1963 جایزه نوبل فیزیک را دریافت کردند، توسعه داده شد [31-32] . مدل پوسته ای هسته ای مشابه با مدل پوسته ای اتمی است که آرایش الکترونها را در یک اتم بیان می کند و پر شدن هر لایه منجر به یک پایداری می شود.
مدل قطره مایع ، از دیگر مدلهای موفق در فیزیک هسته ای است که اولین بارتوسط George Gamov پیشنهاد شد و توسطJohn Archibald و Niels Bohr توسعه داده شد [33]. فرضهای اساسی این مدل عبارتند از : 1- هسته از ماده غیر متراکم تشکیل شده است . 2- نیروی هسته ای برای هر نوکلئون یکسان است و به نوع آن ، پروتون باشد یا نوترون، بستگی ندارد. 3- نیروی هسته ای اشباع می شود.
مدلهای هسته ای دیگری در طی سالیان اخیر، به منظور توصیف جنبه های متفاوت هسته ها ،توسط گروه های متعددی ارائه شده است مانند : مدل آلفا- ذره ای هسته ای [34-35]و مدل شبه کوارکی که اخیرا ارائه شده است.این مدل توانسته است اعداد جادویی نوکلئونی را محاسبه نموده و همچنین عدد جادویی جدید 184 را پیش بینی نماید[36]. همچنین این مدل توانسته است انرژی بستگی هسته ای را به طور دقیق محاسبه نماید.در این رساله با استفاده از این مدل سعی در محاسبه انرژی آزاد شده در شکافت هسته ای و واپاشی آلفا داریم که گامی دیگر در توسعه و پیشرفت این مدل می باشد.

4-1-1- مدل کوارکی و اعداد جادویی
مدل شبه کوارکی فرض بر این دارد که در محیط ترمودینامیکی پلاسمای کوارک-گلوئونی،کوارکهای تقریبا مجزا سعی درتشکیل نوکلئونها دارند واگر بپذیریم که تعادل وپایداری هر سیستم ترمودینامیکی در بیشینه بی نظمی و بیشترین مقدار ترکیبها رخ می دهد ، آنگاه با در نظر گرفتن سیستمهای جداگانه ای شامل یک کوارک مرکزی و تعداد 2،3،4،5،6،7 و نهایتا 8 کوارک اطراف به حالت های بیشینه ای برابر با اعداد جادویی می رسیم. اگر پلاسمای کوارک- گلوئونی را به عنوان یک محیط ترمودینامیکی فرض نماییم بایستی تحقیق نمود این محیط ترمودینامیکی که همانند هر محیط دیگر از این نوع ، به سمت بیشینه بی نظمی پیش می رود، چگونه به تعادل نزدیک می شود.اگر دقیقتر به محیط پلاسمای کوارک -گلوئونی نگاه کنیم، می بینیم که در سوپ کوارک گلوئونی آزادی محض وجود ندارد و این موضوع از نظریه کرومودینامیک کوانتومی شبکه ای شناخته شده است .
بعنوان مثال به شکل (4-1) دقت کنید. در این شکل کوارکها همانند یک محیط شبکه ای در اطراف یکدیگر قرار دارند. کوارک u مرکزی برای تشکیل یک نوترون در حال تلاش است و برای این امر بایستی دو کوارک d را گیر بیندازد. اگر چنین فرض کنیم که از تمام کوارک های اطراف این کوارک u، دو کوارک d باشند ، آنگاه رقابت دو کوارک رقابت ساده ای است.در نگاه اول یک حالت ممکن بیشتر وجود ندارد و آن هم حالت udd است.در نگاه دقیقتر دو حالت وجود دارد، یعنی uقرمز به همراهd_1 آبی و d_2 سبز یا u قرمز به همراه d_1 سبز و d_2 آبی. پس دو حالت بدست می آید. حال شرایطی در نظر بگیرید که سه کوارک d در اطراف u جهت پیوند با آن رقابت کنند. در چنین شرایطی ترکیبات ممکن عبارتند از :ud_1 d_2 ، ud_2 d_3و .ud_1 d_3 اگر رنگ کوارکها را نیز منظور کنیم 6 حالت ممکن بوجود می آید که این 6 حالت با 2 حالت قبل روی هم 8 حالت را نشان می دهند.ذکر این نکته لازم است که هر کدام از این حالتها می تواند تشکیل یک نوکلئون بدهد ولی حداکثر حالاتی که می تواند با 3 کوارک اتفاق بیفتد ، 8 حالت است . مشابه حالت 3 کوارکی عدد بدست آمده برای حالت4 کوارکی ، برابر20میباشد[37].
4-1- مقدمه …………………………………………………………………………..41
4-1-1- مدل کوارکی و اعداد جادویی ………………………………………………42
4-1-2- انرژی بستگی هسته ای بر اساس مدل شبه کوارکی ………………..43
4-2- انرژی آزاد شده در واپاشی آلفا‌زا و محاسبه آن در مدل شبه کوارکی …….47
4-3- انرژی حاصل از شکافت و محاسبه آن در مدل شبه کوارکی ……………….50

برای دانلود رایگان قسمت های بیشتراز فایل به انتهای مطلب مراجعه کنید

فصل پنجم : نتیجه گیری و پیشنهادات

5-1- نتیجه گیری ………………………………………………………………………53
5-2- پیشنهادات ……………………………………………………………………….54

فهرست منابع و ماخذ ………………………………………………………………..

 

Abstract

In this dissertation , the nuclear models and the strengths and weaknesses of these models have been discussed in order to justify the nuclear properties.
Using the quark – like energy released in the alpha decay and nuclear fission was calculated and the results were compared with experimental data.
Nuclear quark – like model have been able to give magic numbers and predict a new magic number namely 184 and also provide a simple formula for nuclear binding energy which depends upon N and Z.
According to the achieved results, this research could be seen as a foundational investigation , useful and important from the point of view the elementary particle and subatomic physics



بلافاصله بعد از پرداخت به ایمیلی که در مرحله بعد وارد میکنید ارسال میشود.


فایل pdf غیر قابل ویرایش

قیمت25000تومان

خرید فایل word

قیمت35000تومان

.