المپياد جهاني فيزيك
 پيوندهاي المپياد فيزيك
 
 نانولوله‌هاي آب (زنگ تفريح شماره‌ي 92)
نانولوله‌هاي آب (زنگ تفريح شماره‌ي 92)زنگ تفريح فيزيك
پراش نوترون

نانولوله‌هاي آب:
پراش نوترون








فيزيكدانان ساختار نويني از آب ايجاد كرده‌اند كه در صدها درجه سانتيگراد زير صفر نيز به حالت مايع باقي مي‌ماند. اين حالت جديد H2O زماني‌ست كه مولكول‌ها درون كربني كه به تازگي كشف شده و خويشاوند نزديك فلورين كروي هم هستند،‌ در يك نانولوله به دام مي‌افتند. مولكول آب قطبي است،‌ بنابراين الكترون‌ها توزيع ناهمساني دارند به اين شكل كه يك بار منفي اضافي روي اتم اكسيژن و بار مثبت روي دو اتم هيدروژن قرار دارد. در نتيجه‌ي نيرو هاي الكتروستاتيكي مابين مولكول‌هاي آب همسايه‌ي هم،‌ بين اتم اكسيژن يكي و هيدروژن ديگري پيوندهاي هيدروژني برقرار است (در مجموع 4 پيوند براي هر مولكول تشكيل مي‌شود كه ساختار بلوري يخ را ايجاد مي‌كند). آرايش اتمي باز در يخ (مطلبق شكل 1) موجب كاهش چگالي H2O در حين يخ‌زدن است.

شكل 1 - ساختار آب‌مايع-بالا
و يخ پايين.آرايش ثابت پيوندهاي
هيدروژني بين فضاي باز بين
اتم‌هاي اكسيژن و هيدروژن مولكول يخ.



ساختار آب نانولوله‌اي با استفاده از پراش نوتروني مورد بررسي قرار مي‌گيرد. ترديدي براي ايجاد طيف‌هاي رنگي وجود ندارد. برخورد نور سفيد به ديسك فشرده، نمونه‌اي از پراش است، كه خاصيت اصلي موج‌هاست كه براي پراش نور ماهيت مواد به كار مي‌رود. پراش حاصل از يك جسم زماني نمود پيدا مي‌كند كه طول موج با طول‌موج با مشخصه‌ي فاصله و براي نور انتشار يافته از CD و غيره قابل مقايسه باشد.

براي بررسي مواد،‌نور مرئي كاربرد ندارد، چراكه طول موج نور هزاران اتم براي فاصله‌گذاري اتمي نمونه بزرگتر از حد لازم است. دانشمندان مواد، پرتو X را به كار مي‌برند. پرتو X بوسيله‌ي الكترون‌هاي اتم، متناسب با تعداد الكترون‌ها پراكنده مي‌شوند. بنابراين پرتو X براي اغلب بلورهاي مورد بررسي كاربرد دارد. ولي براي قرار دادن اتم‌هاي هيدروژن نمي‌توان از آن استفاده كرد؛ زيرا هيدروژن يك الكترون منفرد دارد و آن هم پرتو X را خيل ضعيف پراكنده مي‌كند.

در اينجاست كه نوترون‌ها از راه مي‌رسند. نوترون‌ها نيز مانند ذرات اتمي و زيراتمي ديگر، خاصيت موجي‌-ذره‌اي دارند. در واقع بين طول‌موج و اندازه حركت آن‌ها رابطه‌اي برقرار است آن‌ها همزمان و معكوس هم‌ديگر هستند. اين ويژگي‌ براي موج‌مادي و فوتون‌ها يكسان است.

از آنجا كه نوترون‌ها بدون بار هستند، نفوذپذيري زيادي دارند. به علاوه به شدت از هسته‌ي اتم‌ها پراكنده شده و به وضوح موقعيت‌ اتم‌هاي هيدروژن را در حضور عناصر سنگين‌تر مشخص مي‌كنند (مسأله‌اي كه در بررسي يخ مورد نياز است. همچنين در اين روش، پراكندگي ناكشسان نوترون با داده‌هايي درباره‌ي چگونگي حركت اتم‌ها، نشان مي‌دهد كه انرژي چگونه از پرتو نوتروني جذب مي‌شود).

ايراد استفاده از نوترون اين‌ست كه وسيله‌ي بسيار بزرگ و گراني براي تهيه‌ي نوترون لازم دارد. آزمايش‌هاي پراكندگي نوترون در واقع در رآكتورهاي هسته‌اي اجرا مي‌شود، اما در وسايل جديد،‌هم‌چون منابع انتشار نوترون  (IPNS) آزمايشگاه ملي آرگون (Argonne National)، نوترون‌ها از پالس پرتو  پروتون‌هاي شتاب‌دار تهيه مي‌شود (تصوير). پرتو به صورت پالس به يك هدف فلزي چگال (در IPNS اورانيم است) برخورد كرده و منفجر مي‌شود. در فعل و انفعالات هسته‌اي، حاصل بارش نوترون‌هاست.

پالس پرتو نوترون حاصل به‌وسيله‌‌ي بازتاب از بلوك‌هاي بريليم تقويت مي‌شود. IPNS پرتو نوترون‌هايي كه آب نانولوله را رديابي كرده، توليد مي‌كند.

شكل 2- منبع انتشار نوترون در آزمايشگاه
Argonne National.فضاي آزمايشگاه.

1387/8/8لينک مستقيم

نظر شما پس از تاييد در سايت قرار داده خواهد شد
نام :
پست الکترونيکي :
صفحه شخصي :
نظر:
تاییدانصراف
 
 المپياد فيزيك

 

     

 

 

صفحه‌ي اصلي

     

 

راهنماي سايت

     

 

 

آموزش

     

 

بانك سوال

     

 

 

مسابقه

     

 

 

زنگ تفريح

     

 

 

مصاحبه و گزارش

     

 

 

معرفي كتاب

     

 

 

مشاوره

     

 

 

پرسش‌و‌پاسخ‌علمي

     

 

اخبار

 

فعاليت‌هاي علمي

 سايت‌هاي المپياد فيزيك
 بازديدها
كاربران غيرعضو آنلاينكاربران غيرعضو آنلاين:  2216
 كاربران عضو آنلاين:  0
  کل كاربران آنلاين:  2216