سرانجام رمز و راز قطعات اتمی چرخان حل شد



برای بیش از 40 سال ، یک رمز و راز زیر اتمی دانشمندان را متحیر کرده است: چرا قطعات هسته اتمی شکاف پذیر خارج می شوند و از بقایای هواپیما می چرخند؟ محققان اکنون دریافتند كه این زرافه های گیج كننده را می توان با تأثیری شبیه به آنچه هنگام کلیک روی نوار الاستیك اتفاق می افتد ، توضیح داد.

برای اینکه تصور کنید چرا این چرخش گیج کننده است ، تصور کنید یک دسته سکه بلند دارید. تعجب آور نخواهد بود اگر این برج ناپایدار سقوط کند. با این وجود ، به محض فرو ریختن این پشته ، احتمالاً انتظار ندارید که تمام سکه ها هنگام برخورد به زمین شروع به چرخیدن کنند.

مانند یک انبوه سکه ، هسته های اتمی غنی از پروتون و نوترون ناپایدار هستند. به جای فروپاشی ، چنین هسته های سنگینی تمایل به شکافتن دارند ، واکنشی که به شکافت هسته ای معروف است. قطعات حاصل به صورت چرخشی خارج می شوند ، که به ویژه هنگامی که هسته هایی که در حال انشعاب هستند به خودی خود نمی چرخند ، گیج کننده است. همانطور که انتظار ندارید جسمی خود به خود حرکت کند و هیچ نیرویی به آن وارد نشود ، بدنه ای که در غیاب گشتاور شروع به چرخش می کند کاملاً طبیعی به نظر می رسد و این کاملاً نقض قانون حفاظت از حرکت زاویه ای است .

جاناتان ویلسون ، نویسنده اصلی ، فیزیکدان هسته ای در آزمایشگاه ایرنه جولیوت-کوری در دانشگاه پاریس-ساکلی در اورسی ، فرانسه ، گفت: “این” به نظر می رسد که چیزی از هیچ چیز ایجاد شده است. ” “طبیعت یک طلسم طلسم را به ما جلب می کند. ما بدون چرخش با یک شی شروع می کنیم و پس از تقسیم هر دو قطعه چرخش می کنیم. اما ، البته ، حرکت زاویه ای هنوز هم باید حفظ شود. “

تحقیقات قبلی نشان داده است که شکافت از آنجا شروع می شود که در اثر برخورد بین پروتون ها ، شکل هسته ناپایدار شود. چون بار مثبت دارند ، طبیعتاً یکدیگر را دفع می کنند. با طولانی شدن هسته ، قطعات تازه وارد گردنی بین آنها ایجاد می شود. هنگامی که هسته در نهایت متلاشی می شود ، این قسمت ها به سرعت از هم جدا می شوند و گردن به سرعت شکسته می شود ، این روند به عنوان شکاف شناخته می شود.

ویلسون گفت ، طی دهه ها ، دانشمندان دوازده نظریه مختلف در مورد این چرخش ایجاد کرده اند. در یک طبقه از توضیحات ، با توجه به خم شدن ، پیچ خوردن ، کج شدن و چرخش ذرات تشکیل دهنده هسته قبل از شکافتن ، حرکات حاصل از تحریکات حرارتی ، نوسانات کوانتوم یا هر دو ، فرض بر این است که چرخش قبل از شکافتگی اتفاق می افتد. مجموعه دیگری از ایده ها استدلال می کنند که چرخش پس از برش به دلیل نیروهایی مانند دافعه بین پروتون ها به صورت تکه تکه رخ می دهد. ویلسون گفت: “نتایج آزمایشاتی که همه این موارد را بررسی می کند متناقض بوده است.”

اکنون ویلسون و همکارانش به این نتیجه رسیده اند که این چرخش نتیجه تقسیم است ، یافته های آنها در 24 فوریه به طور آنلاین در طبیعت. جورج بیرچ ، فیزیکدان هسته ای از دانشگاه واشنگتن در سیاتل ، که در این مطالعه دخیل نبود ، گفت: “این داده های بسیار خوبی است.” این واقعاً پیشرفت مهمی در درک ما از شکافت هسته ای است.

در مطالعه جدید ، محققان هسته های حاصل از شکافت ایزوتوپ های بنیادی ناپایدار مختلف را مطالعه کردند: توریم 232 ، اورانیوم 238 و کالیفرنیوم 252 آنها بر روی پرتوهای گاما که پس از شکافت هسته ای آزاد می شوند ، متمرکز بودند که اطلاعات چرخش قطعات حاصل را رمزگذاری می کند.

اگر چرخش نتیجه اثرات قبل از تقسیم باشد ، می توان انتظار داشت که قطعات دارای چرخش های برابر و مخالف باشند. ویلسون گفت: “این چیزی نیست که ما شاهد آن هستیم.” در عوض ، به نظر می رسد که هر قطعه به روشی مستقل از شریک خود می چرخد ​​، نتیجه ای که برای همه دسته های هسته بررسی شده ، صرف نظر از ایزوتوپ های مربوطه صادق است.

محققان گمان می کنند با طولانی شدن و شکافتن هسته ، بقایای آن شبیه اشک می شود. ویلسون توضیح می دهد ، هر یک از این قطعات دارای کیفیتی مانند کشش سطحی هستند که باعث می شود با گرفتن شکل های کروی پایدارتر مانند حباب ها سطح خود را کوچک کنند. آزاد شدن این انرژی باعث گرم شدن و چرخش پسماند می شود ، کمی شبیه کشیدن یک نوار لاستیکی تا نقطه کلیک منجر به لرزش آشفته و الاستیک قطعات می شود.

ویلسون می افزاید که این سناریو با این واقعیت پیچیده است که هر قطعه از بقایای هسته ای فقط یک قطعه لاستیک یکنواخت نیست ، بلکه با توجه به نحوه حرکت ذرات آن و اغلب برخورد آنها با یکدیگر ، مانند کیسه ای از زنبورهای وزوز به نظر می رسد. وی می گوید: “آنها مانند دو دسته کوچک هستند که از هم جدا می شوند و شروع به انجام کارهای خود می کنند.”

به طور کلی ، “این یافته ها پشتیبانی زیادی از این ایده می کنند که شکل هسته ها در نقطه ای که تقسیم می شوند ، همان چیزی است که انرژی و خصوصیات قطعات را تعیین می کند.” “این مهم است که نظریه تقسیم را قابل پیش بینی تر می کند و به ما امکان می دهد با اطمینان بیشتری در مورد چگونگی ایجاد عناصر بحث کنیم.”

یکی از دلایلی که ویلسون پیشنهاد می کند که تجزیه و تحلیل قبلی از اتم های شکاف پذیر منشا این زرافه ها را تأیید نکرده است ، این است که آنها از آشکارسازهای مدرن با وضوح فوق العاده بالا و روش های تجزیه و تحلیل داده های محاسباتی مدرن استفاده نکرده اند. کارهای قبلی اغلب بیشتر به مطالعه ساختارهای عجیب هسته های فوق سنگین “شدید” غنی از نوترون می پرداختند تا ببینند چگونه تئوری هسته ای استاندارد می تواند چنین موارد بسیار غیرمعمولی را توضیح دهد. وی توضیح می دهد ، بیشتر این کارهای قبلی به طور عمدی از جمع آوری و تجزیه و تحلیل مقدار زیادی اطلاعات اضافی مورد نیاز برای بررسی چگونگی چرخش قطعات هسته ای اجتناب می کرد ، در حالی که این مطالعه جدید صریحاً به تجزیه و تحلیل چنین جزئیاتی متمرکز است. برچ می گوید: “برای من ، تعجب آورترین چیز در مورد اندازه گیری این است که می توان آن را با چنین نتایج روشنی انجام داد.”

ویلسون هشدار می دهد که برای توضیح دقیق نحوه چرخش پس از جدایی ، به کار بیشتری نیاز است. وی گفت: “تئوری ما مطمئناً ساده است.” “این می تواند حدود 85 درصد از تغییراتی را که در چرخش می بینیم به عنوان تابعی از جرم توضیح دهد ، اما یك نظریه پیچیده تر می تواند پیش بینی های دقیق تری داشته باشد. این نقطه شروع است. ما چیزی بیشتر از این نمی گوییم. وی افزود: “دانشمندان دیگری از تاسیسات كمیسیون اروپا در مركز تحقیقات مشترك در گیل بلژیك” نیز مشاهدات را با روشهای مختلف تأیید كردند و این نتایج مستقل باید به زودی منتشر شود.

این اکتشافات نه تنها می تواند رمز و رازی را که برای دهه ها به طول انجامیده است حل کند ، بلکه می تواند به دانشمندان در طراحی راکتورهای هسته ای بهتر در آینده کمک کند. به طور خاص ، آنها می توانند به روشن شدن ماهیت پرتوهای گاما ساطع شده توسط قطعات چرخشی هسته ای در حین شکافت ، که می توانند هسته های راکتور و مواد اطراف را گرم کنند ، کمک کنند. در حال حاضر ، این اثرات گرمایشی به طور کامل درک نشده اند ، به ویژه اینکه چگونه بین انواع مختلف سیستم های هسته ای متفاوت هستند.

ویلسون می گوید: “بین مدل ها و داده های واقعی در مورد این اثرات گرمایشی تا 30 درصد اختلاف دارد.” “یافته های ما تنها بخشی از تصویر کاملی است که شخص در شبیه سازی راکتورهای آینده می خواهد ، اما نیاز به یک تصویر کامل است.”

این مطالعات در مورد حرکت زاویه ای زیر اتمی همچنین می تواند به دانشمندان کمک کند تا درک کنند که کدام عناصر فوق سنگین و دیگر هسته های اتمی عجیب و غریب را می توانند برای ایجاد روشنایی بیشتر در اعماق تاریک ساختار هسته ای ترکیب کنند. ویلسون می گوید: “از لحاظ تئوریك ممكن است حدود 7000 هسته وجود داشته باشد اما فقط 4000 مورد از آنها در آزمایشگاه قابل دسترسی هستند.” “درک بیشتر در مورد چگونگی تولید چرخش در قطعات شکافت می تواند به ما کمک کند تا درک کنیم که به چه کشورهای هسته ای می توانیم دسترسی پیدا کنیم.

به عنوان مثال تحقیقات آینده می توانند بررسی کنند که چه اتفاقی می افتد که هسته ها از هم بپاشند ، هنگامی که آنها با ذرات نور یا بار بمباران می شوند. در چنین مواردی ، ویلسون می گوید ، انرژی دریافتی می تواند به طور بالقوه منجر به اثرات قبل از تجزیه بر روی چرخش قطعات حاصل شود.

ویلسون گفت: “اگرچه این تقسیم 80 سال پیش کشف شد ، اما آنقدر پیچیده است که امروز نیز نتایج جالبی را شاهد هستیم.” “تاریخ تقسیم کامل نیست – آزمایشات بیشتری وجود دارد که باید انجام شود.”


منبع: khabar-nab.ir

دیدگاهتان را بنویسید

Comment
Name*
Mail*
Website*