*مقاله درباره بعضی از کاربردهای قانون دوم ترمودینامیک*

در این بخش ما تعداد بیشتری از نتایج قانون دومترمودینامیک را بوسیله محاسبات تغییرات آنتروپی همراه با یک جریان گوناگون آزمایش می کنیم . برای سادگی کار ، ما توجه خود را به یک ترکیب سیستم بسته جلب می کنیم . حالتی که بوسیلة دو متغیر از سه متغیر V و T و P مشخص می شود .

انتخاب متغیرهای مستقل :

ترکیب دو قانون اول و دوم نیازمند این است که تغییرات دیفرانسیلی در انرژی داخلی به صورت زیر باشد .

(1)

معادلة (1) برای هر دو واکنش برگشت پذیر و برگشت ناپذیر درست است زیرا مربوط به توابع حالت S و U و V می باشد . محاسبة ds برای یک جریان برگشت ناپذیر نیازمند این است که ما یک راه برگشت پذیر میان حالتهای ابتدایی و انتهایی پیدا کنیم ، اما ds یک دیفرانسیل واقعی است و رابطه ای که در معادلة (1) عنوان شده ، جریانی است که محیط اطراف خود تبعیت نمی‌کند. معادلة (1) اینگونه عنوان می کند که تغییر انرژی در یک جریان به طور مشخصی آشکار است هنگامی که تغییر از ، تغییر دادن حجم هنگامی که آنتروپی ثابت است و برعکس متأثر باشد .

سپس برای S ثابت ، شیب U برخلاف V فقط فشار است و برای V ثابت ، شیب U بر خلاف S فقط دما است . سادگی این تفسیر از سرعتهای تغییر U با توجه به تغییرات S و V و با توجه به متغیرهای P ، V ، T ، S و V را به عنوان متغیرهای مستقل طبیعی تابع U معرفی و طبقه بندی می کنیم .

برای هر تابع حالت ترمودینامیکی ، ما متغیرهای طبیعی را مشخص می کنیم . این تفسیر حاللتی را بوجود می آورد برای معرفی کردن یک دگرگونی متغیرها ، مثل جایی که یک تابع y(x) از متغیر مستقل X بازنویسی شده به عنوان یک تابعی که در آن مشتق y(x) نسبت به x یک متغیر مستقل است . چرا یک فرد باید متغیرهای طبیعی یک تابع حالت ترمودینامیکی را پیدا کند ؟

*مقاله بررسی ایجاد پرتوهای یونی سرد برای نانو‌تکنولوژی*

عنصر اساسی در توانایی ما برای مشاهده، ساخت، و در بعضی موارد به‌کاراندازی دستگاههای بسیار کوچک فراهم بودن پرتوهای ذره‌ای بسیار متمرکز، مشخصا" از فوتون‌ها، الکترون‌ها و یون‌ها می‌باشد.

قانون عمومی حاکم بر اثر ذرات برخوردی، بیان می‌دارد که چنانچه تمایل به تمرکز یک پرتو از ذرات به یک نقطه با اندازه مشخص داشته باشیم، طول موج وابسته به ذرات برخوردی باید کوچک‌تر از اندازه قطر نقطه مورد نظر باشد. روابط حاکم بر انرژی و بالطبع طول موج این ذرات بیان کننده آن است که اتم‌ها و بالطبع یون‌ها مناسب ترین کاندیداها برای این آزمایشات می‌باشند (جدول 1).

جدول 1: طول موج ذرات (mm) در انرژی‌های مختلف Eo(eV)

با نگاهی به جدول 1 مشاهده می‌کنیم که فوتون‌های در ناحیه مریی (eV5/3 – 6/1) برای تمایز تا یک مایکرون و تشخیص اندازه‌های تا چند مایکرون مفید هستند. استفاده از فوتون‌های انرژی بالاتر یعنی در ناحیه UV تا محدود اشعه ایکس (eV1000 – 5) قدرت تمایز پذیری بیشتری را حاصل می‌نماید. اما با افزایش بیشتر انرژی (بزرگ‌تر از (eV) 1000) به علت افزایش اثر پخش شدگی (scattering) فوتون‌ها کاربرد خود را در محدوده طول موج‌های کوتاه به سرعت از دست می‌دهند.

در مورد الکترون‌ها که معمولا" در محدوده انرژی‌های (eV) 105 - 102 به کار می‌روند، محدودیت طول موج در اندازه‌های اتمی، که چند آنگستروم (m10-10) می‌باشد، وجود نداشته اما دوباره محدودیت ناشی اثر بخش شدگی ظاهر میگردد، که توجه به استفاده از الکترون‌ها را کاهش می‌دهد. در خصوص به کارگیری یون‌ها، با توجه به جدول 1 حتی یون‌های با انرژی خیلی کم طول موجی بسیار کوتاهی دارا میباشند، و به علت آنکه دارای اندازه‌ای قابل مقایسه با اندازه‌های آرایه‌های اتمی می‌باشند، حوزه عمل آنها بسیار محدود بوده و دارای پخش شدگی بسیار ناچیز می‌باشند.

*آشنایی با انرژی هسته‌ای و استفاده های صلح جویانه از آن در صنعت و اقتصاد*

1- مقدمه

انرژی هسته ای از عمده ترین مباحث علوم و تکنولوژی هسته ای است و هم اکنون نقش عمده ای را در تأمین انرژی کشورهای مختلف خصوصا کشورهای پیشرفته دارد. اهمیت انرژی و منابع مختلف تهیه آن، در حال حاضر جزء رویکردهای اصلی دولت­ها قرار دارد. به عبارت بهتر، بررسی، اصلاح و استفاده بهینه از منابع موجود انرژی، از مسائل مهم هر کشور در جهت توسعه اقتصادی و اجتماعی است. امروزه بحران­های سیاسی و اقتصادی و مسائلی نظیر محدودیت ذخایر فسیلی، نگرانی­های زیست محیطی، ازدیاد جمعیت، همگی مباحث جهان شمولی هستند که با گستردگی تمام فکر اندیشمندان را در یافتن راه کارهای مناسب برای حل معظلات انرژی در جهان به خود مشغول داشته اند.

در حال حاضر اغلب کشورهای جهان به نقش و اهمیت منابع مختلف انرژی در تأمین نیازهای حال و آینده پی برده و سرمایه گذاری ها و تحقیقات وسیعی را در جهت سیاست گذاری، استراتژی و برنامه های زیربنایی و اصولی انجام می دهند. در میان حامل­های مختلف انرژی، انرژی هسته ای جایگاه ویژه ای دارد. هم اکنون بیش از 430 نیروگاه هسته ای در جهان فعال می باشند و انرژی برخی کشورها مانند فرانسه عمدتا از برق هسته­ای تأمین می شود.

جمهوری اسلامی ایران بیش از سه دهه است که تحقیقات متنوعی را در زمینه های مختلف علوم و تکنولوژی هسته ای انجام داده و براساس استراتژی خود، مصمم به ایجاد نیروگاه­های هسته ای به ظرفیت کل 6000 مگاوات تا سال 1400 هجری شمسی می باشد. در این زمینه، جمهوری اسلامی ایران در نشست گذشته آژانس بین المللی انرژی اتمی، تمایل خود را نسبت به همکاری تمامی کشورهای جهان جهت ایجاد این نیروگاه­ها و تهیه سوخت مربوطه رسما" اعلام نموده است.

2- سوخت هسته ای

استفاده از سوخت هسته­ای برای تولید انرژی، با به کارگیری اولین راکتورهای قدرت در دهه 60 میلادی شروع شد و تولید و مصرف آن به طور پیوسته رو به افزایش بوده است.

پایه صنعت انرژی هسته­ای مبتنی بر استفاده از انرژی درونی اورانیوم می­باشد. بر حسب نوع راکتور نیروگاه اتمی، قسمت اصلی این انرژی و یا بخش کوچکی از آن مورد استفاده قرار می­گیرد.

یکی از تفاوت های اساسی سوخت هسته­ای با سوخت فسیلی، پدیده شکافت هسته­ای در سوخت است. با تولید انرژی به وسیله شکافت، ساختار سوخت به صورت آرام ولی پیوسته تغییر کرده و پاره های شکافت رادیو اکتیو را به وجود می­آورد. از این حهت رعایت مسایل ایمنی و پیش بینی جداره های بازدارنده متوالی در راکتور برای جلوگیری از پخش مواد رادیواکتیو ضروری است.

یکی دیگر از ویژگی های سوخت هسته­ای، امکان استفاده از آن در یک مدار بسته یا چرخه سوخت است. با بازفرایابی سوخت مصرف شده که در حال حاضر در کشورهای صنعتی انجام می­گردد، اورانیوم مصرف نشده و پلوتونیوم تولید شده در راکتور برای مصرف دوباره، برگشت داده می­شود.

در راکتورهای هسته­ای از شکافت هسته­ای برای تولید انرژی گرمایی استفاده می­شود. این انرژی حرارتی به وسیله توربین به انرژی مکانیکی و توسط ژنراتور به انرژی الکتریکی تبدیل می­شود. بنابراین، راکتورهای هسته­ای همان نقشی را در نیروگاه هسته­ای ایفاد می­کنند که دیگهای بخار در نیروگاه­ های حرارتی با سوخت فسیلی به عهده دارند. تفاوت نیروگاه­های هسته­ای با حرارتی در نوع سوخت مصرفی آنهاست که در اولی از سوفت هسته­ای و در دومی از مواد نفتی، گاز یا زغال سنگ استفاده می­شود.

ماده اصلی که برای سوخت راکتورها به کارمی­رود، اورانیوم یا ترکیباتی از این فلز است که به علت خاصیتی که در جذب نوترون و شکافت هسته­ای دارد، مورد استفاده قرار می­گیرد. اورانیوم یک ماده رادیواکتیو است که در طبیعت یافت می­شود. پلوتونیوم فلز دیگری است که برای سوخت در راکتورهای قدرت به کار می­رود ولی این فلزکه آن هم رادیواکتیو است، در طبیعت یافت نمی­شود و از واکنش های هسته­ای اورانیوم به وجود می­آید.