
تقدیم به فیزیک دوستان جهان
مي خوام شما را با يكي از رشته هاي دانشگاهي به نام فیزیک پزشکی (Medicale Physics) آشنا كنم.
فیزیک پزشکی به معنی کاربرد فیزیک در حرفه پزشکی است، مانند رادیوگرافی ، سونوگرافی ، بیناییسنجی و غیره. چون بیوفیزیک به معنی فیزیک حیات است، فیزیک پزشکی درباره فیزیک حیات بشر بحث میکند. مانند گردش خون ، آناتومی گوش ، آناتومی چشم و غیره. از طرفی بکارگیری اصول و قوانین این گروههای علمی در طرحریزی و یا ساختن یک سیستم ، به ترتیب مهندسی پزشکی و بیومهندسی نامیده میشود.
تأسیس دورههای آموزشی مهندسی پزشکی و بیومهندسی از ضروریات یک جامعه پشرفته است. از طرف دیگر ، آموزش فیزیک و بیوفیزیک پزشکی ، مقدم بر آموزش تکنولوژی و یا مهندسی پزشکی است. به عبارت دیگر ، میتوان چنین بیان کرد که فیزیک پزشکی ، ابزاری بسیار قوی و قدرتمند است که میتواند در اختیار پزشکان و مهندسان پزشکی قرار گیرد.



با دبیران فیزیک شهرستان نطنز
۱- آقای شفائی مقدم
۲- آقای شهبازی
۳- آقای اطعامی
![]()




نخستين بمب از اين نوع ، در سال 1945 م در ايالات نيو مکزيکو در ايالات متحده آمريکا آزمايش شد . اين بمب ، انفجاري با قدرت 19 کيلو تن ايجاد کرد ( يک کيلو تن برابر است با انرژي اتمي آزاد شده 190 تن ماده منفجره تي . ان . تي ) انفجار بمب اتمي موج بسيار نيرومند پرتوهاي شديد نوراني ، تشعشعات نفوذ کننده اشعه گاما و نوترونها و پخش شدن مواد راديو اکتيو را همراه دارد . انفجار بمب اتمي چندين هزار ميليارد کالري حرارت را در چند ميليونيوم ثانيه ايجاد مي کند .
اين دماي چند ميليون درجه اي با فشار بسيار زياد تا فاصله 1200 متري از مرکز انفجار به افراد بدون پوشش حفاظتي صدمه مي زند و سبب مرگ و بيماري انسان و جانوران مي شود . همچنين زمين ، هوا آب و همه چيز را به مواد راديو اکتيو آلوده مي کند .
بمب هاي اتمي شامل نيروهاي قوي و ضعيفي اند که اين نيروها هسته يک اتم را به ويژه اتم هايي که هسته هاي ناپايداري دارند، در جاي خود نگه مي دارند. اساسا دو شيوه بنيادي براي آزادسازي انرژي از يک اتم وجود دارد: 1- شکافت هسته اي: مي توان هسته يک اتم را با يک نوترون به دو جزء کوچک تر تقسيم کرد. اين همان شيوه اي است که در مورد ايزوتوپ هاي اورانيوم (يعني اورانيوم 235 و اورانيوم 233) به کار مي رود.
براي توليد يک بمب اتمي موارد زير نياز است:
يک منبع سوخت که قابليت شکافت يا همجوشي را داشته باشد.
دستگاهي که همچون ماشه آغازگر حوادث باشد.
راهي که به کمک آن بتوان بيشتر سوخت را پيش از آنکه انفجار رخ دهد دچار شکافت ياهمجوشي کرد.
در اولين بمب هاي اتمي از روش شکافت استفاده مي شد. اما امروزه بمب هاي همجوشي از فرآيند همجوشي به عنوان ماشه آغازگر استفاده مي کنند.بمب هاي شکافتي (فيزيوني): يک بمب شکافتي از ماده اي مانند اورانيوم 235 براي خلق يک انفجار هسته اي استفاده مي کند. اورانيوم 235 ويژگي منحصر به فردي دارد که آن را براي توليد هم انرژي هسته اي و هم بمب هسته اي مناسب مي کند. اورانيوم 235 يکي از نادر موادي است که مي تواند زير شکافت القايي قرار بگيرد.اگر يک نوترون آزاد به هسته اورانيوم 235 برود،هسته بي درنگ نوترون را جذب کرده و بي ثبات شده در يک چشم به هم زدن شکسته مي شود. اين باعث پديد آمدن دو اتم سبک تر و آزادسازي دو يا سه عدد نوترون مي شود که تعداد اين نوترون ها بستگي به چگونگي شکسته شدن هسته اتم اوليه اورانيوم 235 دارد. دو اتم جديد به محض اينکه در وضعيت جديد تثبيت شدند از خود پرتو گاما ساطع مي کنند. درباره اين نحوه شکافت القايي سه نکته وجود دارد که موضوع را جالب مي کند.
1 - احتمال اينکه اتم اورانيوم 235 نوتروني را که به سمتش است، جذب کند، بسيار بالا است. در بمبي که به خوبي کار مي کند، بيش از يک نوترون از هر فرآيند فيزيون به دست مي آيد که خود اين نوترون ها سبب وقوع فرآيندهاي شکافت بعدي اند. اين وضعيت اصطلاحا «وراي آستانه بحران» ناميده مي شود.
2 - فرآيند جذب نوترون و شکسته شدن متعاقب آن بسيار سريع و در حد پيکو ثانيه (12-10 ثانيه) رخ مي دهد.
3 - حجم عظيم و خارق العاده اي از انرژي به صورت گرما و پرتو گاما به هنگام شکسته شدن هسته آزاد مي شود. انرژي آزاد شده از يک فرآيند شکافت به اين علت است که محصولات شکافت و نوترون ها وزن کمتري از اتم اورانيوم 235 دارند. اين تفاوت وزن نمايان گر تبديل ماده به انرژي است که به واسطه فرمول معروف mc2= E محاسبه مي شود.
حدود نيم کيلوگرم اورانيوم غني شده به کار رفته در يک بمب هسته اي برابر با چندين ميليون گالن بنزين است. نيم کيلوگرم اورانيوم غني شده انداز ه اي معادل يک توپ تنيس دارد. در حالي که يک ميليون گالن بنزين در مکعبي که هر ضلع آن 17 متر (ارتفاع يک ساختمان 5 طبقه) است، جا مي گيرد. حالا بهتر مي توان انرژي آزاد شده از مقدار کمي اورانيوم 235 را متصور شد.براي اينکه اين ويژگي هاي اروانيوم 235 به کار آيدبايداورانيوم را غني کرد. اورانيوم به کار رفته در سلاح هاي هسته اي حداقل بايد شامل نود درصد اورانيوم 235 باشد.در يک بمب شکافتي، سوخت به کار رفته را بايد در توده هايي که وضعيت «زير آستانه بحران» دارند، نگه داشت. اين کار براي جلوگيري از انفجار نارس و زودهنگام ضروري است. تعريف توده اي که در وضعيت «آستانه بحران» قرار داد چنين است: حداقل توده از يک ماده با قابليت شکافت که براي رسيدن به واکنش شکافت هسته اي لازم است. اين جداسازي مشکلات زيادي را براي طراحي يک بمب شکافتي با خود به همراه مي آورد که بايد حل شود.
1 - دو يا بيشتر از دو توده «زير آستانه بحران» براي تشکيل توده «وراي آستانه بحران» بايد در کنار هم آورده شوند که در اين صورت موقع انفجار به نوترون بيش از آنچه که هست براي رسيدن به يک واکنش شکافتي، نياز پيدا خواهد شد.
2 - نوترون هاي آزاد بايد در يک توده «وراي آستانه بحران» القا شوند تا شکافت آغاز شود.
3 - براي جلوگيري از ناکامي بمب بايد هر مقدار ماده که ممکن است پيش از انفجار واردمرحله شکافت شود براي تبديل توده هاي «زير آستانه بحران» به توده هايي «وراي آستانه بحران» از دو تکنيک «چکاندن ماشه» و «انفجار از درون» استفاده مي شود.تکنيک «چکاندن ماشه» ساده ترين راه براي آوردن توده هاي «زير بحران» به همديگر است. بدين صورت که يک تفنگ توده اي را به توده ديگر شليک مي کند. يک کره تشکيل شده از اورانيوم 235 به دور يک مولد نوترون ساخته مي شود. گلوله اي از اورانيوم 235 در يک انتهاي تيوپ درازي که پشت آن مواد منفجره جاسازي شده، قرار داده مي شود.کره ياد شده در انتهاي ديگر تيوپ قرار مي گيرد. يک حسگر حساس به فشار ارتفاع مناسب را براي انفجار چاشني و بروز حوادث زير تشخيص مي دهد:
1 - انفجار مواد منفجره و در نتيجه شليک گلوله در تيوپ
2 - برخورد گلوله به کره و مولد و در نتيجه آغاز واکنش شکافت
3 - انفجار بمب
در «پسر بچه» بمبي که در سال هاي پاياني جنگ جهاني دوم بر شهر هيروشيما انداخته شد،تکنيک «چکاندن ماشه» به کار رفته بود. اين بمب 5/14 کيلو تن برابر با 500/14 تن TNT بازده و 5/1 درصد کارآيي داشت. يعني پيش از انفجار تنها 5/1 درصد ازماده مورد نظر شکافت پيدا کرد.
در همان ابتداي «پروژه منهتن»، برنامه سري آمريکا در توليد بمب اتمي، دانشمندان فهميدند که فشردن توده ها به همديگر و به يک کره با استفاده از انفجار دروني مي تواند راه مناسبي براي رسيدن به توده «وراي آستانه بحران» باشد. البته اين تفکر مشکلات زيادي به همراه داشت. به خصوص اين مسئله مطرح شد که چگونه مي توان يک موج شوک را به طور يکنواخت، مستقيما طي کره مورد نظر، هدايت و کنترل کرد؟افراد تيم
پروژه «منهتن» اين مشکلات را حل کردند. بدين صورت، تکنيک «انفجار از درون» خلق شد. دستگاه انفجار دروني شامل يک کره از جنس اورانيوم 235 و يک بخش به عنوان هسته است که از پولوتونيوم 239 تشکيل شده و با مواد منفجره احاطه شده است. وقتي چاشني بمب به کار بيفتد حوادث زير رخ مي دهند:
1 - انفجار مواد منفجره موج شوک ايجاد مي کند.
2 - موج شوک بخش هسته را فشرده مي کند.
3 - فرآيند شکافت شروع مي شود.
4- بمب منفجر مي شود.
در «مرد گنده» بمبي که در سال هاي پاياني جنگ جهاني دوم بر شهر ناکازاکي انداخته شد، تکنيک «انفجار از درون» به کار رفته بود. بازده اين بمب 23 کيلو تن و کارآيي آن 17درصد بود.شکافت معمولا در 560 ميلياردم ثانيه رخ مي دهد.بمب هاي همجوشي: بمب هاي همجوشي کار مي کردند ولي کارآيي بالايي نداشتند. بمب هاي همجوشي که بمب هاي «ترمونوکلئار» هم ناميده مي شوند، بازده و کارآيي به مراتب بالاتري دارند. براي توليد بمب همجوشي بايد مشکلات زير حل شود:دوتريوم و تريتيوم مواد به کار رفته در سوخت همجوشي هر دو گازند و ذخيره کردنشان دشوار است. تريتيوم هم کمياب است و هم نيمه عمر کوتاهي دارد بنابراين سوخت بمب بايد همواره تکميل و پر شود.دوتريوم و تريتيوم بايد به شدت در دماي بالا براي آغاز واکنش همجوشي فشرده شوند. در نهايت «استانسيلا اولام» دريافت که بيشتر پرتو به دست آمده از يک واکنش فيزيون، اشعه X است که اين اشعه X مي تواند با ايجاد درجه حرارت بالا و فشار زياد مقدمات همجوشي را آماده کند. بنابراين با به کارگيري بمب شکافتي در بمب همجوشي مشکلات بسياري حل شد.
در يک بمب همجوشي حوادث زير رخ مي دهند:
1 - بمب شکافتي با انفجار دروني ايجاد اشعه X مي کند.
2 - اشعه X درون بمب و در نتيجه سپر جلوگيري کننده از انفجار نارس را گرم مي کند.
3 - گرما باعث منبسط شدن سپر و سوختن آن مي شود. اين کار باعث ورود فشار به درون ليتيوم - دوتريوم مي شود.
4 - ليتيوم - دوتريوم 30 برابر بيشتر از قبل تحت فشار قرار مي گيرند.
5 - امواج شوک فشاري واکنش شکافتي را در ميله پولوتونيومي آغاز مي کند.
6 - ميله در حال شکافت از خود پرتو، گرما و نوترون مي دهد.
7 - نوترون ها به سوي ليتيوم - دوتريوم رفته و با چسبيدن به ليتيوم ايجاد تريتيوم مي کند.
8 - ترکيبي از دما و فشار براي وقوع واکنش همجوشي تريتيوم - دوتريوم ودوتريوم - دوتريوم و ايجاد پرتو، گرما و نوترون بيشتر، بسيار مناسب است.
9 - نوترون هاي آزاد شده از واکنش هاي همجوشي باعث القاي شکافت در قطعات اورانيوم 238 که در سپر مورد نظر به کار رفته بود، مي شود.
10 - شکافت قطعات اروانيومي ايجاد گرما و پرتو بيشتر مي کند.
11 - بمب منفجر شود.
محققان مؤسسه ملی استاندارد و فنآوری (NIST) آمریکا موفق به ساخت نانولوله آزمایشهایی شدند که به کمک آن میتوان مولکولهای پروتئینی را در شرایطی مشابه با محیط سلول زنده مورد مطالعه قرار داد.
به گزارش ايسنا، اين محققان با محدود كردن مولكول پروتئين در يك نانو قطره آب، توانستند مستقيماً ديناميك و تغييرات ساختاري اين زيست مولكولها را مورد مطالعه قرار دهند.
اين نانوقطرهها مشابه محيط واقعي سلول و محل رشد پروتئينها طراحي شدهاند و به كمك آن ميتوان به بررسي مبناي مولكولي بيماريها پرداخته و اطلاعاتي براي توسعه روشهاي درماني جديد بدست آورد.
به عنوان مثال پروتئينهاي آسيب ديده در بسياري از بيماريها و از جمله ديابت نوع 2، آلزايمر و پاركينسون نقش دارند. محققان با مشاهده چگونگي نقص پروتئينهايي كه در اين نانوقطرههاي قرار گرفتهاند، اطلاعات تازه اي درباره بيماريها پيدا كرده و ميتوانند روشهاي درماني جديدي بيابند.
اين نانوقطرهها با استفاده از ميكروپيپتهاي ريز شيشهيي در سيال روغني زير ميكروسكوپ غوطه ور شده و مورد مطالعه قرار ميگيرند. براي نگهداشتن اين قطرههاي كوچك (با قطر معمولاً كمتر از يك ميكرون) در زير ميكروسكوپ، از يك پرتو ليزري استفاده شد. پرتو ليزر ديگري هم به ايجاد تحريك فلورسانس در مولكول يا مولكولهاي داخل اين قطره ميپردازد.
به اين ترتيب تعداد مولكولهاي داخل نانو قطرهها مشخص شده و حركت و يا تغييرات ساختاري مولكول يا مولكولهاي محدود شده آشكار ميشود.
به گزارش ايسنا از ستاد ويژه توسعه فنآوري نانو، با اين روش محققان ميتوانند چگونگي برهم كنش دو پروتئين يا بيشتر را مورد مطالعه قرار دهند.
اين آزمايش با استفاده از تنها چند مولكول و مقدار كمي معرف قابل انجام است و ديگر نياز چنداني به مواد شيميايي سمي يا گران نخواهد بود. مزيت ديگر اين روش آن است كه عملكرد اين مولكولها تحت تأثير محدوديت ايجاد شده قرار نگرفته و به جدارهها نميچسبند
گفتني است گزارشي از اين تحقيق در نشريه لانگموئر و با عنوان «پروتئين داراي فلورسانس سبز واقع در نانوقطرههاي آبي» به چاپ رسيده است.
فیزیک پدر مهندسی است. امابدون ریاضیات نمی تواند نفس بکشد. مهندسی مربوط به جهان محسوسات است و آن را می فهمیم. ولی مثلا کسی ادعا نکرده که فیزیک کوانتم را فهمیده است.
این وضع در ریاضیات پیچیده تراست. زیرا در ریاضیات خود فرآیند فهمیدن مسئله ای است. فهمیدن چیست؟ چه وقت می توانیم بگوییم که یک مطلب را فهمیده ایم؟ ریاضیات ریسمانی است بین زمین وآسمان. هم ابزار است وهم هدایت کننده. در مهندسی، از ریاضیات بیشترمثل یک ابزار استفاده می شود واین بعضی ازریاضی کارها را ناراحت می کند. مثل ناراحتی آهنگسازی که ازقطعه موسیقی وی در
پس زمینه صحبتهای گوینده رادیو استفاده شده است. ریاضیات یک هنر است.
هنر فکرواندیشه.
از سخنرانی افتتاحیه ریمان ۶۲ سال(به اندازه عمر یک انسان) باید میگذشت تا جهان فیزیک یک فیزیکدان علاقمند به هندسه بیاورد. انیشتین که اهمیت کارهای ریمان را درک کرده بود در سال ۱۹۱۶ پس از حدود ۱۰ سال (سالهای بین ۱۹۰۵ تا ۱۹۱۶)نسبیت عمومی خود را بر پایه مفاهیم هندسی بنا نهاد.
البته در این ۶۲ سال هندسه نیز پیشرفتهای زیادی کرده بود و مفاهیم پیچیده ای مانند هندسه منیفیلد(Manifold Geometry) و جبر تانسورها(Tensor Algebra) به آن افزوده شده بود. اما این تنها انیشتین بود که توانست زیر فشار ناسازگاری فیزیک و هندسه دوام بیاوردو دست آخر با تعریف پیوستار چهار بعدی فضا-زمان دنیای فیزیک را در هندسه دوباره تعریف کند.
