فروشگاه اینترنتی فایل ها این وبلاگ در زمینه فروش انواع مختلف فایل های آموزشی تحصیلی و دانشگاهی فعالیت می نماید

محاسبه انرژی آزاد شده در واپاشی آلفا و شکافت هسته ای با استفاده از مدل شبه کوارکی هستهword

چکیده

در این رساله مدل های هسته ای مطرح و نقاط قوت و ضعف این مدل ها در توجیه این خواص مورد توجه و بررسی قرار گرفته است . با استفاده از مدل کوارک- گلوئونی انرژی آزادشده در واپاشی آلفا و شکافت هسته ای محاسبه شد و نتایج بدست آمده با داده های تجربی و مدل قطره مایع مقایسه شد.لازم به ذکر است که پیش از این بر اساس مدل کوارک- گلوئونی اعداد جادویی بدست آمده و عدد جادویی 184 هم پیش بینی شده است و همچنین فرمولی ساده و متقارن برای انرژی بستگی هسته که تابع هسته می باشد ، بدست آمده است. با توجه به نتایج بدست آمده ، این تحقیق را می توان پژوهشی در زمینه فیزیک ذرات بنیادی و فیزیک هسته ای توصیف کرد .

فهرست مطالب

عنوان صفحه

فصل اول : مقدمه

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

 فصل دوم: مدل های هسته ای

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

3-1- مقدمه ....................................................................................................................................22

3-2- شکافت..................................................................................................................................22

3-3- محدودیت­های ثابت در مقابل شکافت خودبخود..................................................................22

الف : انرژی موجود برای شکافت هسته­ای.................................................................................23

ب : سد پتانسیل احتمالی در مقابل شکافت خودبخودی...........................................................25

ج : محدودیت­های پایداری برای هسته­های 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

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

 

فصل پنجم : نتیجه گیری و پیشنهادات

5-1- نتیجه گیری ...........................................................................................................................53

5-2- پیشنهادات.............................................................................................................................54

 

فهرست منابع و ماخذ.......................................................................................................................55

فهرست شکل ها

عنوانصفحه

شکل 3-1 : نشان دادن سد بالقوه که از شکافت خودبخودی جلوگیری می کند...........................................25

شکل 3-2 : نوسان یک قطره مایع تراکم ناپذیر ، برای بررسی ثبات در مقابل شکافت خود به خودی...................28

شکل 3-3 : بررسی پارامتر قابلیت شکافت برای چند هسته نمونه .............................................................. 29

شکل 3-4 : شکافت خودبه خودی هسته­های Z زوج سنگین...........................................................................30

شکل 3-5 : منحنی جرمی شکافت U²³⁵.......................................................................................................34

شکل 3-6 :واپاشی اورانیوم .........................................................................................................................34

شکل 3-7 : پراکنگی محصولات جرمی...........................................................................................................35

شکل 4-1 :مدل کوارکی و اعداد جادویی........................................................................................................43

فهرست جدول ها

عنوان صفحه

جدول 3-1 : ویژگی های نا متقارن منحنی های شدت جرم برای شکافت دارای انرژی پایین............................33

جدول 4-1 : مقایسه انرژی بستگی هسته ای در مدل با داده های تجربی...........................................45

جدول 4-2 : مقایسه انرژی آزادشده در واپاشی آلفا در مدل با مقادیر تجربی ...................................49

جدول 4-3 : مقایسه انرژی آزادشده در شکافت در مدل با مقادیر تجربی..............................

-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() 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 بود.سرانجام در سال 2005 در آمریکا نتایج آزمایشگاهی گروه های مختلف در 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 .

آنها اعلام کردند که این ماده مانند یک سوپ مایع تشکیل شده از کوارک و گلوئون می باشد و نمی تواند حالت گازی شکل داشته باشد.بنابراین می توان گفت قبل از تشکیل هادرونها و ادامه آن تشکیل هسته ها ،حالت ماده ماقبل یک سوپ از کوارک و گلوئون های آزاد بوده که با سرد شدن دما ، شرایط تشکیل هادرونها و سپس هسته ها ایجاد شده است.هم اکنون در سرن و دیگر آزمایشگاه های جهان که شرایط انجام چنین آزمایشهایی را دارند تلاش در این زمینه ادامه دارد.امید بر این است که با پیشرفت علم و تکنولوژی پژوهشگران بتوانند شناخت بیشتری از حالت پیش زمینه تشکیل هادرونها و هسته ها بدست آورند.