05-02-2024

 

محاسبهٔ سرعت پلاسمای کامل، توجیه تابش سیکلوترون و سنکروترون

 

ما در مورد دما و حرارت در هر حالت فیزیکی، با تعاریف بخصوص خود سروکار داریم. به طور مثال با کم‌شدن دما، مایع آب یخ‌زده و جامد یخ می‌شود و با افزایش حجم روبرو می‌شود. اگر گرم شود در اول یخ ذوب و حجم آن آب کاهش پیدا کرده، سپس بخار می‌شود و با افزایش دما به فشار بخار آب افزوده می‌شود. ولی با کاهش دمای فلزات، آنها منقبض می‌شوند و با گرم‌شدن و ذوب‌شدن، منبسط می‌شوند. ولی نافلزی همچون سیلیسیم بدین‌گونه نیست. یعنی با ذوب‌شدن، حجمش کم می‌شود و در حالت انجماد مثل آب، افزایش حجم پیدا می‌کند. دما در ذرات باردار با سرعت تعریف می‌شود و با تعاریف دما و حرارت در حالت اتم، مولکول، ترکیبات، گاز و... بسیار متفاوت است. یعنی هرقدر سرعت و انرژی جنبشی ذرات باردار زیاد شود، اصطلاحاً گفته می‌شود که دمای آنها بالا رفته است. پس برای افزایش دما و حرارت یا همان انرژی جنبشی ذرات باردار، از شتاب‌دهنده‌ها استفاده می‌شود. ولی قوی‌ترین و بزرگ‌ترین شتاب‌دهنده‌های مدرن روز دنیا همچون سرن، در شتاب‌دهی به ذرات محدودیت دارند. بهتر است بگوییم یک مشکل یا معضل جدی و حاد یا بغرنج لاینحل دارند که با نوشیدن الکل یا شامپاین (شراب گازدار) حل نمی‌شود. در این مبحث سعی می‌کنیم این محدودیت دما یا سرعت ذرات را توضیح داده و یا توجیه کنیم. در مبحث قبلی عنوان کردیم که با افزایش انرژی یک ذره تا مقدار ۷۰٫۱۱ درصد از انرژی یا جرم اولیه حالت سکونش، بار الکتریکی آن کلاً از بین رفته و به پلاسمای کامل یا مطلق تبدیل می‌شود که افزایش سرعت آن دیگر غیرممکن و غیرعملی خواهد شد. چون تأثیر نیروی الکترومغناطیسی بر آن صفر می‌شود. یعنی برای افزایش سرعت، دیگر هیچ نیروی پیشرانی در دسترس نخواهد بود. اینک باید حد نهایی سرعت این ذره باردار یا پلاسمای مطلق را محاسبه کنیم:

 

 

 

در این وب‌سایت ما سه بار به این عدد برای ماکزیمم سرعت رسیدیم. دو بار قبلی در دو مبحث :

تابش پس زمينه كيهانی يا اثر دوپلر ( داپلر ) در سرعتهای بالای منابع نوری

افزایش سرعت و محاسبه انرژی پتانسیل گرانشی - برسی عمق دید ما در كیهان

یعنی بیشینه یا حد نهایی سرعت ذرات باردار در شتاب‌دهنده‌های الکترومغناطیسی ۸۱ درصد سرعت نور است. اگر شتاب‌دهنده‌ای، سرعت بیشتری را اعلام کند، دو حالت کلی دارد. یا در محاسبه سرعت خطا کرده یا پدیده‌ای در آن شکل‌گرفته که نیاز به توجیه علمی دارد و آن را بعداً ارائه خواهیم کرد و شاید نشانه عوارض سوءمصرف الکل باشد. ولی ما باید چگونگی افزایش انرژی جنبشی و دما و همچنین کاهش یا نابودی بار الکتریکی ذرات را اولاً درک و سپس توجیه علمی کنیم. وگرنه بروز فاجعه اجتناب‌ناپذیر است. نظر نسبیت این است که با افزایش سرعت، انرژی جنبشی نیز افزایش می‌یابد. در نتیجه به جرم ذره افزوده می‌شود و در حد سرعت نور، این جرم بی‌نهایت می‌شود و رسیدن به‌سرعت نور را غیرممکن می‌داند. آن‌هم تنها به دلیل افزایش جرم به‌صورت نامحدود. ولی بعداً توضیح خواهیم داد که برسی آزمایشگاهی و یا کارگاهی انرژی جنبشی اجسام در سرعت‌های بالا، برای استفاده نظامی به‌عنوان یک جنگ‌افزار کارآمد، برای اولین‌بار توسط نازی‌ها در ارتش رآیش آلمان بوده است که اغلب از کاربید تنگستن یا خود فلز تنگستن (وزین سنگ) استفاده می‌شده است و بعدها امریکایی‌ها از اورانیوم ضعیف شده استفاده کرده‌اند که نتایج نهایی این تحقیقات، فوق‌محرمانه و در نوع خود بسیار پیشرفته و بدیع، منجر به ارائه نظریه نسبیت در این زمینه از فیزیک مکانیک شده است. به طور خیلی خلاصه ژرمن‌ها موفق به توجیه علمی پدیده‌های مشاهد شده در آزمون‌های نظامی نشدند. بعدها خود انیشتین نه‌تنها موفق به درک مفهوم انرژی جنبشی و اینرسی نشد، بلکه توضیح و توجیه خوبی هم ارائه ننموده است. چون نتیجه تحقیقات، کدنویسی شده و غیرقابل‌درک و تحلیل برای آلبرت کدگشا بوده‌اند. یعنی طبق نظریه او با شتاب دادن و افزایش سرعت یک پرتابه کوچک مثلاً کالیبر ۸٫۵۷ ماوزر، می‌توان به جرمی به‌اندازه کل کیهان دست‌یافت که عقلانی و منطقی هم به نظر نمی‌رسد. اما واقعیت چیست؟
بدون درنظرگرفتن انتزاع یا نظریات ایده آلیستی نسبیت انیشتین. خوب ممکن است این سؤال مطرح شود که اصلاً دانستن این مطالب به چه درد ما می‌خورد؟ جواب اینکه ممکن است علت عدم دسترسی به‌سرعت نور در شتاب‌دهنده‌ها، توهمات یا برداشت‌های اشتباه و غلط آلبرت رمزگشا از چک نویس‌های ارتش آلمان نازی بوده باشد و بعد از گذر از این مرز، با ذرات ناشناخته و دردسر سازی روبرو و مواجه شویم! و صدالبته گمراه‌کننده که ما را قرن‌ها از تمدن و دانش پیشرفته و درست دور کند. ابتدا باید بدانیم سیکلوترون چیست؟

 

سیکلوترون نوعی شتاب‌دهنده حلقوی ذرات کوچک باردار است که توسط ارنست لارنس در سال ۱۹۲۹-۱۹۳۰ در دانشگاه کالیفرنیا اختراع و در سال ۱۹۳۲ ثبت شد. این نوع شتاب‌دهنده برای شتاب دادن به ذراتی همچون پروتون و تحریک عناصر و تبدیل آنها برای تولید رادیوایزوتوپ کاربرد دارد. آنها به‌گونه‌ای کیمیاگری را ممکن می‌سازند؛ اما نه به‌صورت دائمی بلکه موقتی. یعنی کارشان تغییر عدد اتمی عناصر است تا در آینده واپاشی بتا مثبت داشته باشند. به طور خلاصه با استفاده از یک میدان مغناطیسی بسیار قوی عمود بر سطح زمین، یک میدان الکتریکی حلقوی بسیار قوی افقی و موازی با سطح زمین ایجاد می‌شود. یعنی همان زاویه ۹۰ درجه‌ای خودمان در مباحث قبلی. سپس داخل این میدان الکتریکی حلقوی فرضی، یک جریان الکتریکی متناوب دیگر راه می‌اندازند تا ذرات باردار همانند پروتون که از مرکز سیستم تزریق می‌شوند، اولاً چپ و راست شده، سپس روی مسیرهای حلقوی شتاب و سرعت بگیرند. این دایره‌ها بسته و طول آنها بی‌نهایت است. یعنی جریان الکتریکی متناوب آنها را عقب جلو می‌کند، ولی میدان مغناطیسی این مسیرهای مستقیم را خم و منحنی‌وار می‌کند.

 

 

نقطه B مرکز سیستم و محل تزریق ذرات باردار است و دوایر آبی‌رنگ مسیر چرخش و حرکت بی‌نهایت وار ذرات باردار است. نقطه A محل فرضی برای خروج ذرات باردار است. یعنی اگر سرعت و انرژی آنها کم و ثابت باشد، نزدیک به مرکز هستند. ولی با افزایش سرعت و انرژی، از مرکز فاصله گرفته و به شعاع‌های بالاتر صعود یا پرش می‌کنند. یعنی هسته یا یک اتم عنصر شبیه‌سازی یا مهندسی معکوس شده است. آن‌هم به‌صورت وارونه همانند یک ژنراتور معکوس شکافت هسته‌ای. یعنی درست عکس یک سیستم کوانتومی پیاده‌سازی شده است و اگر سرعت و انرژی ذرات از محدوده مشخص و تعریف شده‌ای گذر کند، ذرات از محیط خارجی سیستم (نقطه A) به‌طرف بیرون پرتاب می‌شوند و در یک خط مستقیم به حرکت خود ادامه می‌دهند. به بیان ساده سیکلوترون یک نوع سانتریفیوژ ذرات باردار است که از نیروی جانب مرکز در آن استفاده می‌شود. تصور کنید ساچمه‌های فولادی را داخل یک استوانه با دریچه‌های فنری وارد کنیم که این استوانه با سرعت زاویه‌ای در حال چرخش است. با افزایش نیروی جانب مرکز، این ساچمه‌ها می‌توانند از دریچه‌های فنری عبور کرده و به‌طرف بیرون پرتاب شوند وگرنه مجبورند داخل استوانه و پشت درهای فنری بسته شده، باقی بمانند و بچرخند. ما نام آنها را سانتریفیوژ الکترومغناطیسی، مغناطیس ثابت و الکتریک سیکلی (پریودی - متناوب یا متغیر) ذرات باردار می‌گذاریم که در کیمیاگری موقت کاربرد دارند. مثلاً تنگستن را به رنیوم ۱۸۶ یا آهن را به کبالت ۵۵ تبدیل می‌کند که بعدها واپاشی بتا مثبت کرده و به حالت قبلی خود برمی‌گردند.

 

 

اما آنچه که مدنظر ماست نه کیمیاگری بلکه توجیه تابش سیکلوترون است. یعنی طیف حاصل از سیکلوترون طیفی پیوسته است که انرژی‌های بالا در محدوده طیفی از امواج میلیمتری تا اشعه ایکس را شامل می‌شود.

 

 

موضوع خیلی ساده است. خطوط قرمز مسیر پرش، ارتقا یا صعود و همچنین مسیر نزول یا سقوط الکترون‌ها در مدارهای دایره‌ای‌شکل است و منحنی آبی‌رنگ مسیر کلی افزایش یا کاهش انرژی جنبشی الکترون‌ها است نه مسیر حرکت کلی الکترون‌ها. مسیر حرکت الکترون‌ها بسیار فشرده‌تر از این و اختلاف بسیار جزئی و اندکی با محیط یک دایره دارد. در واقع اگر انرژی جنبشی ذرات زیاد شود، هم‌ارز آن از توان یا نیرو یا انرژی بار الکتریکی ذره تخلیه می‌شود. یعنی از بار الکتریکی آنها کاسته می‌شود و این مقدار کاهش بار الکتریکی به‌صورت تابش الکترومغناطیسی ذره به‌طرف میدان خواهد بود و برعکس اگر از انرژی جنبشی آنها کاسته شود، هم‌ارز آن به توان یا نیرو یا انرژی بار الکتریکی ذره شارژ می‌شود. یعنی به بار الکتریکی آنها افزوده می‌شود و این مقدار افزایش بار الکتریکی، به‌صورت تابش الکترومغناطیسی میدان به‌طرف ذره خواهد بود. در این سیستم کوانتومی وارونه یا معکوس یک اتم، ساخته شده به دستان هنرمند بشریت همانند ژنراتورهای هسته‌ای معکوس شکافت، فرض بر این است که تابش نوع اول تابش مثبت ولی تابش نوع دوم تابش منفی خواهد بود. حال میدان چیست؟
همان میدان واحد تعریف شده در مباحث قبلی . ولی شما کل این سیستم را میدان در نظر بگیرید فهم و درک آن راحت‌تر است. در واقع ما در این نوع از شتاب دهند با یک سیستم تبادل انرژی کوانتومی مابین ذره باردار و میدان نیروی واحد سروکار داریم. یعنی در مرکز سیستم بار الکتریکی یک یا بیشینه، انرژی جنبشی و سرعت صفر است. ولی در محیط و خروجی سیستم، بار الکتریکی نزدیک به صفر یا کمینه، انرژی جنبشی بیشینه و نهایت سرعت قابل‌دسترس ۸۱ درصد سرعت نور خواهد بود. یعنی خروجی سیستم در حد پلاسمای کامل یا مطلق است و اما معادله دیراک شاگرد ارشد و وفادار انیشتین.

 

 

معادله اول و خط عمود سمت راست مربوط به ذره باردار در مرکز سیستم شتاب‌دهنده یا یک مثلث قائم‌الزاویه است که طول یکی از ضلع‌های آن صفر است و علت آن اینکه ذره ثابت بوده و تکانه یا اندازه حرکت زاویه‌ای ندارد. ولی معادله دوم و شکل هندسی سمت چپ مربوط به جرم کل نسبیتی یک ذره باردار با سرعت ۸۱ درصد سرعت نور است که مسلماً تکانه و اندازه حرکت خواهد داشت. وتر همان مقدار انرژی کل در دو حالت خواهد بود. اشکال فوق و زوایای به‌دست‌آمده را خوب به‌خاطر بسپارید. ما آنها را در جایی بسیار مهم و درخور توجه مربوط به آزمایشگاه ذرات بنیادی ردیابی کرده‌ایم و با نشان‌دادنش به شما، شگفت‌زده و شوکه خواهید شد. مخصوصاً بعد از تجزیه‌وتحلیل نتایج و توجیه‌های کوانتومی ما. پس منتظر باشید.

 

 

که الکترون در این شرایط بار الکتریکی خود را از دست می‌دهد.

 

 

 

بیانگر این واقعیت است که حاصل‌ضرب تکانه فوتون در ثابت نور می‌تواند بیانگر واحد انرژی بوده باشد.

 

 

باتوجه‌به اینکه رابطه دیراک تکانه یا اندازه حرکت ذرات باردار را مدنظر گرفته و بحث ما پیرامون بار الکتریکی و انرژی جنبشی ذرات است، از معادلات قبلی خودمان استفاده خواهیم کرد یعنی:

 

 

به‌هرحال سازندگان سیکلوترون عنوان می‌کنند که انرژی الکترون‌های شتاب‌دار، از رابطه زیر به دست می‌آید:

 

 

یعنی اگر شعاع مدار چرخش الکترون‌ها زیاد شود، انرژی جنبشی آنها زیاد شده است و به همین میزان تابش سیکلوترون خواهیم داشت که به باور ما این تابش مثبت است. چون از طرف ذره به میدان است. ولی اگر شعاع مدار چرخش الکترون‌ها کم شود، انرژی جنبشی آنها کم شده و به همین میزان تابش سیکلوترون خواهیم داشت که این تابش منفی بوده؛ چون از طرف میدان به ذره است. تابش‌ها در نزدیکی مرکز از نوع مایکروویو است. ولی در سرعت نزدیک به ۸۱ درصد سرعت نور از نوع اشعه ایکس خواهد بود. لازم به توضیح است حرکت کلی الکترون‌ها به‌سوی مدارهای بالا با شعاع بیشتر است. ولی حرکت‌های روبه‌پایین هم وجود دارند که همگی باعث‌وبانی تابش سیکلوترون خواهند شد و در میان مرکز و محیط بیرونی، تابش‌های مرعی نیز خواهیم داشت. سیستم درست برعکس و وارونه یک اتم کوانتومی پیاده‌سازی شده است. یعنی مقدار انرژی جنبشی ذره و مقدار بار الکتریکی ذره رابطه عکس دارد.

 

 

به باور ما یک ذره باردار چه در حال سکون و چه در حالت حرکت با میدان واحد در کنش است. با ذخیره انرژی جنبشی در آن، بار الکتریکی به‌صورت تابش، آن را ترک می‌کند و دلیل تداوم سرعت نیز همان است. چون ذره همواره سعی می‌کند بار ازدست‌داده‌اش را از میدان پس بگیرد و این کنش، تبدیل به یک نیروی پیشران دائمی برای آن می‌شود. اینک باید بدانیم که سنکروترون چیست؟

 

 

وضعیت کاملاً مشابهی در یک سیکلوترون و سنکروترون برای ذرات باردار تا زیر سرعت حد نهایی ۸۱ درصد سرعت نور وجود دارد. ولی مشکل حاد زمانی روی می‌دهد که مقدار الکل خون محققین ذرات بنیادی بالا رود و سعی شود سرعت ذرات باردار از این حد مجاز و بحرانی تعریف شده فراتر رود. یعنی ابر پلاسما تولید شود. سیستم‌های معمولی شتاب‌دهی به ذرات باردار برای تولید ابر پلاسما کارساز نیست. بلکه سیستم‌های بسیار پیچیده و گران قیمتی همچون شتاب دهند سرن یا برخورددهنده بزرگ هادرون (LHC) لازم است. کار این شتاب‌دهنده‌ها واردکردن نیروی الکتریکی فوق‌العاده قوی لحظه‌ای به ذرات باردار است. تا بتوانند زیر این حد مجاز، انرژی لازم برای شکستن این محدوده سرعت را کسب کنند. نتیجه کاملاً مشخص است. چندین حالت ممکن وجود دارد. ما در این مبحث در مورد (LHC) مطالبی ارائه نمی‌کنیم و بعداً در مورد آن توضیحاتی ارائه خواهیم کرد. بحث ما در مورد شتاب‌دهنده‌های مشابه سرن است که در آنها تابش‌های سنکروترون در محدوده اشعه ایکس وجود دارد.

 

 

پدیده جالبی که در بالا و پایین این محدوده از سرعت روی می‌دهد اینکه، با گذر از این محدوده از سرعت، نه‌تنها بار الکتریکی ذره از بین می‌رود، بلکه بار الکتریکی قبلی کم‌کم وارونه شده و بار مخالف حالت قبلی و در مقدار ضعیف پدیدار می‌شود. یعنی جهت نیروی الکتریکی شتاب‌دهنده نسبت به جهت حرکت ذره معکوس می‌شود که نه‌تنها مثل ترمز عمل می‌کند، بلکه سعی می‌کند سرعت و شتابی منفی در خلاف جهت حرکت قبلی به آن ذره بدهد. نتیجه کاملاً مشخص است سرعت ذره به زیر حد مجاز می‌رسد و بار الکتریکی اولیه، کم‌کم پدیدار می‌شود و جهت نیروی الکتریکی شتاب دهند، می‌تواند دوباره به آن سرعت و شتاب مثبت در جهت اولیه بدهد. یعنی ذره در سرعت بالا و پایین این حد مجاز، شروع به نوسان آونگی می‌کند و انرژی مکانیکی این حرکت رفت و برگشتی به جلو و عقب (افزایش و کاهش سرعت یا شتاب نسبت به‌شتاب دهند) به‌صورت تابش اشعه ایکس آشکار می‌شود. اینک اگر انرژی بیشتری در شتاب‌دهنده اعمال شود، یا از پروتون به‌جای الکترون استفاده شود، انرژی تابش‌ها تا سطح گاما افزایش پیدا کرده و... که بعداً توضیح داده خواهد شد. در سنکروتورن‌ها، این تابش تپشی است و ساختار زمانی مشخصی دارد. مدت‌زمان هر تپ بین ۶۰ تا ۶۰۰ پیکوثانیه و فاصلهٔ زمانی بین تپ‌ها می‌تواند بین ۶۰ تا ۶۰۰ نانوثانیه باشد.

 

 

اینک باتوجه‌به زحمات نیلز هنریک داوید بور، صلح‌طلب و مخالف جنگ‌افزار هسته‌ای، درست برعکس آلبرت رمزگشا، مطالب فوق را به ایشان تقدیم و اعلام می‌داریم که طرز فکر و اندیشه ایشان در مورد ساختار اتم، کاملاً درست بوده است. چرا که الکترون‌ها، هم در زمان ارتقا در ترازهای انرژی و هم در زمان تنزل در ترازهای انرژی از خود تابش خواهند داشت. با این تفاوت که دو نوع تابش با انرژی مثبت و منفی، خلاف جهت یکدیگر خواهیم داشت. یکی از آنها مربوط به انرژی جنبشی ذره است و دیگری مربوط به بار الکتریکی آن و اگر هیچ تغییری در کمیت‌های فیزیکی الکترون به وجود نیاید، تابشی هم در کار نخواهد بود. پس تعادلی مابین بار الکتریکی الکترون و انرژی جنبشی آن به وجود خواهد آمد که حرکت آن تقریباً تا بی‌نهایت و ابد ادامه خواهد داشت. یعنی ما نمی‌توانیم الکترون‌های مدار یک اتم را ذرات باردار یک سیکلوترون فرض کنیم. چون این خود ما هستیم که با اندازه‌گیری کمیت‌های فیزیکی به آنها مقدار می‌دهیم و تغییراتی در آن مقادیر ایجاد می‌کنیم و اینکه مسئله انرژی گم شده در تابش پرتو بتا چنان شدت گرفت که در سال ۱۹۲۹ نیلز بور پیشنهاد کرد که شاید اصل پایستگی انرژی در حوزه هسته بکار نیاید و واقعاً هم به کار نخواهد آمد. چون انرژی ژولی با میدان الکترومغناطیسی و میدان واحد هم‌ارز و قابل‌تبدیل به یکدیگر هستند.

 

 

مسلماً مقدار این انرژی تابشی برای ذرات بارداری همچون الکترون و پروتون به علت داشتن اختلاف جرم بسیار متفاوت خواهد بود.

 

  

اگر الکترون در یک ثانیه به مقدار ۰.۲ سرعت نور تغییر سرعت داشته باشد از خود پرتو ایکس تابش خواهد کرد.

 

 

از بعد انرژی جنبشی این مقدار ۱۰ درصد روش قبلی محاسبه می‌شود.

 

 

 

یک الکترون (ذره باردار) آزاد و در حال حرکت از خود تابشی ندارد؛ ولی در زمان انحراف مسیر از خود تابش دارد. توجیه آن چیست؟

انحراف مسیر در میدان الکترومغناطیسی اعمال یا ایجاد می‌شود. درست مثل‌اینکه ذره به دام میدان گرانشی قوی افتاده باشد. یعنی ذره وقتی به منحرف‌کننده نزدیک می‌شود به دلیل نیروی میدان شتاب گرفته و سرعتش زیاد می‌شود و به مقدار این افزایش سرعت و شتاب از خود تابش دارد. وسط منحرف کنند سرعت بیشینه می‌شود و در زمان خروج یا دورشدن از منحرف کنند، برعکس حالت قبل شتابش منفی شده و سرعتش کم می‌شود که تابش از طرف میدان به ذره خواهد بود. منطقه نورانی به‌صورت قایق است.

 

 

پیامد مستقیم معادلات ماکسول این است که ذرات باردار شتاب‌دار همیشه تابش الکترومغناطیسی ساطع می‌کنند. تابش سنکروترون حالت خاصی از ذرات باردار است که با سرعت نسبیتی حرکت می کنند و تحت شتاب عمود بر جهت حرکت خود قرار می گیرند، معمولاً در یک میدان مغناطیسی. در چنین میدانی، همانطور که توسط قانون نیروی لورنتس نشان داده شده است، نیروی ناشی از میدان همیشه هم بر جهت حرکت و هم بر جهت میدان عمود است. توان حمل شده توسط تابش (بر حسب واحد SI) با فرمول نسبیتی لارمور یافت می شود:

 

 

ε 0 ثابت گذردهی خلاء است،

q بار الکتریکی ذره است

a مقدار شتاب است

c سرعت نور است،

Г عامل لورنتس است،

شعاع انحنای مسیر ذرات است.

 

 

جت پر انرژی از M87. درخشش تابش سنکروترون است. الکترون های پرانرژی که در مسیرهای مارپیچی در امتداد میدان های مغناطیسی حرکت می کنند.

 

مدل اتمی بور (به انگلیسی: Bohr model) یکی از مدل‌هایی که برای توضیح ساختمان اتم ارائه شده است. کشف مدل اتمی بور، نیلز بور فیزیک‌دان دانمارکی در زمینه چگونگی طیف نشری خطی اتم عناصر با پذیرفتن مدل اتمی رادرفورد چنین پیشنهاد داد که الکترون‌ها در اطراف هسته اتم در سطوح انرژی مشخصی قرار دارند و در این سطوح به‌دور هسته اتم در حال چرخش هستند. انرژی الکترون‌هایی که در سطوح انرژی پایین‌تر به هسته نزدیک‌تر هستند، نسبت به الکترون‌هایی که از هسته دورند، انرژی کمتری دارند. پس برای انتقال الکترون از سطح انرژی پایین به سطح انرژی بالا، باید انرژی معادل اختلاف انرژی بین آن دو سطح را به آن الکترون بدهیم. پس انرژی الکترون‌ها در یک اتم کوانتیده (گسسته) است.

 مدل اتمی بور نشان داد که طیف نشر خطی که از اتم عناصر گسیل می‌شود، بر اثر انتقال الکترون‌ها از سطوح انرژی بالا به سطوح انرژی پایین است که در این انتقال انرژی الکترون کاهش می‌یابد و به‌صورت نور و گرما آزاد می‌شود. اگر نور آزاد شده را از منشور عبور دهیم طیف نشری آن مشخص می‌شود. بور مدل اتمی خود را بر اساس آزمایش‌هایی که با اتم‌های هیدروژن و هلیم انجام شده بود مطرح می‌ساخت به همین دلیل مدل اتمی او (که به مدل منظومه شمسی معروف است) برای اتم‌های سنگینی مانند اورانیوم، آهن و... صدق نمی‌کرد. به همین دلیل مدل اتمی کوانتومی (ابر الکترونی) با همکاری بسیاری از دانشمندان مانند هایزنبرگ، پلانک و شرودینگر مطرح شد. البته اینشتین با ارائه فرمول‌های خود نیز توانست به این مدل اتمی کمک کند.

 

 

ولی همان‌طور که می‌دانیم علت اصلی این تابش تغییر در شعاع مدار، سرعت و شتاب یا تکانه و انرژی جنبشی الکترون است که در سیکلوترون و سنکروترون نیز مشاهده می‌شود؛ ولی درست برعکس یک سیستم کوانتومی به نام اتم. پس سیکلوترون و سنکروترون قرینه و معکوس یک اتم هستند.

 

 

محمدرضا طباطبایی ۷/۱۰/۱۴۰۰

http://www.ki2100.com