>> بررسي جامع کاربردها ی فيزيك در صنعت <<

[Borna66]

با سلام خدمت كاربران عزيز
در اين تاپيك به معرفي بررسي جامع کاربردها ی فيزيك در صنعت از آنها پرداخته ميشود.
اميدوارم مورد قبول شما عزيزان قرار بگيرد.

[Borna66]

رادار چگونه كار مي كند ؟
http://pnu-club.com/imported/2009/04/393.gif

امواج رادار چيزي است كه در تمام اطراف ما وجود دارد، اگر چه ديده نمي‏شود. مركز كنترل ترافيك فرودگاهها براي رديابي هواپيماها چه آنها كه بر روي باند فرودگاه قرار دارند و چه آنها كه در حال پرواز هستند و هدايت آنها از رادار استفاده مي‏كنند. در برخي از كشورها پليس از رادار براي شناسايي خودروهاي با سرعت غير مجاز استفاده مي‏‏كند. ناسا از رادار براي شناسايي موقعيت كرة زمين و ديگر سيارات استفاده مي‏كند، همين طور براي دنبال كردن مسير ماهواره‏ها و فضاپيماها و براي كمك به كشتي‏ها در دريا و مانورهاي رزمي از آن استفاده مي‏شود. مراكز نظامي نيز براي شناسايي دشمن و يا هدايت جنگ‏افزارهايشان از آن استفاده مي‏كنند.

هواشناسان براي شناسايي طوفانها، تندبادهاي دريايي و گردبادها از آن استفاده مي‏برند. شما حتي نوعي خاص از رادار را در مدخل ورودي فروشگاهها مي‏بينيد كه در هنگام قرار گرفتن اشخاص در مقابلشان، درب را باز مي‏كنند. بطور واضح مي‏بينيد كه رادار وسيله‏اي بسيار كاربردي مي‏باشد. در اين بخش از مقالات ما به اسرار رادار مي‏پردازيم.

استفاده از رادار عموماً در راستاي سه هدف زير مي‏باشد:

شناسايي حضور يا عدم حضور يك جسم در فاصله‏اي مشخص – عمدتاً آنچه كه شناسايي مي‏شود متحرك است و مانند هواپيما، اما رادار قادر به شناسايي حضور اجسام كه مثلاً در زيرزمين نيز مدفون شده‏اند، مي‏باشد. در بعضي از موارد حتي رادار مي‏تواند ماهيت آنچه را كه مي‏يابد مشخص كند، مثلاً نوع هواپيمايي كه شناسايي مي‏كند.

شناسايي سرعت آن جسم- دقيقاً همان هدفي كه پليس از آن در بزرگراه‌ها براي كنترل سرعت خودروها از آن استفاده مي‏كند.

جابه‌جايي اجسام – شاتل‏هاي فضايي و ماهواره‏هاي دوار بر دور كره زمين از چيزي به عنوان رادار حفره‏هاي مجازي براي تهيه نقشه جزئيات، نقشه‏هاي عوارض جغرافيايي سطح ماه و ديگر سيارات استفاده مي‏كنند.

تمام اين سه عمليات مي‏تواند با دو پديده‏اي كه شما در زندگي روزمره با آن آشنائيد پياده شود: «پژواك» و «پديده داپلر» اين دو پديده به سادگي قابل فهم مي‏باشند، چرا كه هر روزه شما با آنها در حوزه شنوايي خويش برخورداريد. رادار از اين دو پديده در حوزة امواج راديويي استفاده مي‏برد.

بگذاريد ابتدا با اين پديده در حوزه شنيداري يا صوتي خويش بيشتر آشنا شويم.

پژواك و پديده داپلر

پژواك پديده‏اي است كه شما هر روزه با آن برخورد داريد، اگر شما به داخل يك چاه و يا در يك دره فرياد بزنيد، پژواك صداي شما چند لحظه بعد به گوشتان مي‏رسد. در واقع شما صدايتان را باز خواهيد شنيد. پژواك بدين جهت رخ مي‏دهد كه بعضي از امواج صداي شما (به اين دليل واژه بعضي را آورديم كه صداي برخي از حيوانات مانند اردك در فركانس خاص امواج صداي اين حيوان هيچگاه پژواكي ندارد) پس از برخورد به يك سطح (كه اين سطح مي‏تواند سطح آب، انتهاي چاه يا ديوارة كوه موجود در انتهاي دره باشد) به سمت شما باز مي‏گردد و گوش شما دوباره آنرا مي‏شنود. فاصله زماني‌اي كه بين فرياد شما تا شنيدن پژواك آن طول مي‏كشد با فاصله مكاني بين شما و آن سطح بازگردانندة پژواك ارتباط دارد.

هنگامي كه شما به داخل يك چاه فرياد مي‏كشيد، صداي شما از دهانة چاه به سمت انتهاي چاه رفته و پس از برخورد با سطح آب انتهاي چاه منعكس مي‏شود. در اين حالت اگر شما سرعت صدا را به طور دقيق بدانيد، با اندازه‏گيري زمان رفت‏وبرگشت صدا مي‏توانيد عمق چاه را حساب كنيد.

پديدة داپلر نيز بسيار معمول است. شما هر روز (بدون اينكه حتي از آن دركي داشته باشيد) آن را تجربه مي‏كنيد. اين پديده زماني رخ مي‏دهد كه يك مولد امواج صوتي و يا منعكس كننده امواج صوتي داراي حركت باشد. مثلاً يك خودرو كه در حال بوق زدن است. حالت تشديد شدة پديدة داپلر در شكستن «ديوار صوتي» رخ مي‏دهد. در اين جا به درك اين پديده مي‏پردازيم (ممكن است شما براي اينكه بهتر اين پديده را درك كنيد كنار يك اتوبان آن را تجربه كنيد) فرض كنيد كه خودرويي با سرعت 100 كيلومتر بر ساعت در حال بوق زدن به سمت شما در حركت باشد. تا زماني‌كه خودرو در حال نزديك شدن به شماست فقط يك نت صوتي را مي‏شنويد (در واقع يك فركانس ثابت، در شماره گذشته راجع به فركانس صحبت كرديم)، اما هنگامي كه خودرو به كنار شما مي‏رسد صداي بوق ناگهان تغيير كرده و به عبارتي «بم» تر مي‏شود و بعد از لحظه‏اي كه از شما عبور كرد (و اگر همچنان راننده در حال بوق زدن بود) ناگهان صدا بم‏تر نيز مي‏شود، در صورتي كه شما مي‏دانيد كه صداي بوق هميشه ثابت است، كما اينكه راننده داخل خودرو در تمام مدت بوق زدن فقط نت واقعي بوق را مي‏شنود. اين تغييرات صوت شنيده شده توسط شما بوسيلة پديدة داپلر قابل توضيح است. اما آنچه كه رخ مي‏دهد: «سرعت صوت» مقداري ثابت است، براي ساده‏تر شدن محاسباتمان سرعت صورت را 1000كيلومتر در ساعت در نظر بگيريد. (سرعت واقعي صوت وابسته به دما، فشار هوا و رطوبت هواست.) فرض كنيد كه خودرويي در فاصله يك كيلومتري شما قرار دارد (بصورت غير متحرك). راننده داخل خودرو به مدت يك دقيقه شستي بوق را فشرده تا صدا به گوش ما برسد، اين صدا با سرعتي برابر با 1000كيلومتر بر ساعت به سمت شما حركت مي‏كند، بعد از 6 ثانيه از فشرده شدن شستي بوق توسط راننده، شما چه صدايي را خواهيد شنيد؟ (اين 6 ثانيه در واقع مدت زماني است كه طول مي‏كشد صدا به شما برسد) و به مدت يك دقيقه پس از آن چه مي‏شنويد؟ مسلماً صداي بوق را بدون هيچ تغييري.

پديده داپلر: شخص پشت سر خودرويي را با بسامدي (فركانس) پايين‏تر و بم‏تر از آنچه كه راننده داخل خودرو و در حال حركت مي‏شنود. راننده از شخصي كه خودرو به سمت آن در حال حركت است صدا را با نت پايين‏تر مي‏شنود.

حال فرض كنيد خودرو از فاصله‏اي دور با سرعتي معادل 100 كيلومتر بر ساعت به سمت شما حركت كند، همان راننده با همان خودرو و با همان صداي بوق و به مدت همان يك دقيقه شستي بوق را فشارمي‌دهد مي‏شود. جالب است! شما صداي بوق را فقط به مدت 54 ثانيه خواهيد شنيد آن هم به خاطر حركت خودرو رخ داده است.

در واقع تعداد اعوجاجهاي موج صوتي ثابت بوده ولي در زمان كوتاه‏تري به سمت شما آمده و از آنجائي‌كه تعريف فركانس تعداد نوسانات موج در واحد زمان است لذا اگر قبلاً اين نوسانات را 1 بر 60 ثانيه تقسيم ‏كرديم و فركانس F1 بدست مي‏آمد، حال بايد اين تعداد نوسانات را بر 54 تقسيم كنيم كه مطمئناً عددي بزرگتر خواهد شد. اين عدد بزرگتر يا فركانس بالاتر يعني صداي «زير»تر. همين توجيه نيز براي خودرويي كه از شما وجود دارد، در اين حالت شما 64 ثانيه صداي بوق را مي‏شنويد كه فركانس حاصله در اين حالت كمتر (يا صداي بم‏تر) خواهد بود.

شكستن ديوار صوتي

اينك كه ما در حال بحث بر روي رابط صدا و سرعت هستيم مي‏توانيم در مورد شكستن ديوار صوتي هم صحبت كنيم. فرض كنيد آن خودرويي كه صحبتش بود با سرعتي معادل 100 كيلومتر در ساعت به‌ سوي شما، آن هم در حال بوق زدن، حركت كند، امواج صوتي چون سرعتي معادل همان سرعت خودرو را دارند، لذا نه از آن جلو زده و نه عقب مي‏مانند، لذا در كل مدت حركت خودرو شما صدايي را نخواهيد شنيد. اما در لحظه‏اي كه خودرو به شما مي‏رسد، تمام امواج صوتي جمع شده و يكجا شما آنها را مي‏شنويد. صداي بسيار بلند و با فركانس بسيار بالا.

اين صدا توسط هواپيمايي كه قادرند با سرعتي معادل با سرعت صوت حركت كنند مي‏تواند موجبات وحشت بسياري از افرادي كه در زير مسير اين هواپيما قرار دارند بوجود آورده قدرت اين صدا به قدري است كه مي‏تواند شيشه‏ها را بشكند.

چنين اتفاقي براي قايقها نيز رخ مي‏دهد. منتهي در اين ميان تجمع امواج آب كه سرعتي در حدود سرعت اين قايقها دارند. اين موج متمركز بصورت V شكل از جلو قايق به طرفين حركت مي‏كند كه زاويه اين موج توسط سرعت قايق كنترل مي‏شود. در واقع تجمع امواجي كه قايق در هر لحظه توليد مي‏كند و هر لحظه بر آن مي‏افزايد نيز توسط پديده داپلر قابل توضيح است.

شما مي‏توانيد با استفاده از تركيبي از پژواك و پديده داپلر بصورتي كه در زير مي‏آيد استفاده كنيد. در محلي كه ايستاده‏ايد به سمت خودرويي كه در حال حركت (به سمت شما يا در خلاف جهت) اصواتي را بفرستيد. بعضي از اين اصوات پس از برخورد با خودرو به سمت شما باز مي‏گردند. (پژواك) از آنجايي كه خودرو در حال حركت است لذا اصوات منعكس شده يا به هم فشرده مي‏شوند (در حالي كه خودرو به سمت شما مي‏آيد) و يا از هم باز مي‏شوند. در حالت حركت مخالف در هر دو صورت شما مي‏توانيد با مقايسه موج فرستاده شده و بازگشته سرعت خودرو را بدست آوريد.

مفهوم رادار:

ديديم كه مي‏توان با استفاده از مفهوم پژواك به فاصله اجسام دور پي برد و همين طور با استفاده از تغيير پديده داپلر به سرعت اين جسم پي ببريم. با توجه به اين مفاهيم مي‏توان فهميد كه رادار صوتي چيست؟ اين گونه رادار در زيردريايي‏ها و كشتي‏ها كاربرد دارد و هميشه در حال كار است. مي‏توان از رادار صوتي در محيط آزاد نيز استفاده كرد، اما بخاطر چند اشكال ريز اين گونه رادار در هوا استفاده نمي‏شود.

- صدا در هوا مسافت زيادي را نمي‏تواند بپيمايد…. شايد در حدود 5/1 كيلومتر و يا كمي بيشتر

- هركسي مي‏تواند صدا را بشنود لذا استفاده از صدا در محيط آزاد موجب آزار ديگران مي‏شود كه البته مي‏توان با بالا بردن فركانس صداي مورد استفاده و استفاده از امواج «فراصوت» اين مشكل را حل كرد.

- صداي منعكس شده حاصل از پديده پژواك بسيار ضعيف مي‏باشد به طوري كه دريافت آن بسيار سخت است.

سمت چپ: آنتن هاي مجموعه مخابراتي فضايي گلدستون (بخشي از شبكه ارتباطي فضايي ناسا) كه به ارتباطات مخابراتي راديويي فضاپيماهاي ميان سياره‏اي ناسا كمك مي‏كند.

سمت راست: رادار جست وجوي سطح و هوا كه بر روي نوك دكل يك موشك هدايت شونده قرار گرفته است.

حال بياييد در مورد يك نمونه واقعي راداري كه براي شناسايي هواپيماهاي در حال پرواز بكار مي‏رود صحبت كنيم. سيستم رادار در ابتدا با روشن كردن فرستنده قوي‏اش يك دسته موج راديويي متراكم در آسمان و در جهات مختلف پخش مي‏كند. اين ارسال براي چند ميكروثانيه صورت مي‏پذيرد، حال فرستنده خاموش شده و گيرنده سيستم رادار مترصد دريافت پژواك امواج كه به همراه اطلاعات حاصل از پديده داپلر نيز هستند مي‏ماند.

امواج راديويي با سرعتي معادل سرعت نور حركت مي‏كنند، تقريباً در هر ميكروثانيه 300 متر را در فضا طي مي‏كنند؛ حال اگر سيستم رادار مذكور داراي يك ساعت بسيار دقيق و قوي باشد، مي‏تواند با دقت بسيار بالايي موقعيت هواپيما را مشخص كند، با استفاده از روشهاي خاص پردازش سيگنال براي تحليل پديده داپلر بر روي موجهاي برگشتي مي‏توان به دقت سرعت هواپيما را مشخص كرد.

آنتن رادار يك دسته كوچك اما قدرتمند پالس امواج راديويي از يك فركانس مشخص را در فضا مي‏فرستند. هنگامي كه امواج به يك جسم برخورد مي‏كنند منعكس شده و در اثر پديده داپلر فشرده‏تر يا گسسته‏تر مي‏شوند. همان آنتن وظيفه دريافت امواج منعكس شده را كه البته بسيار كمتر از امواج ارسالي هستند بر عهده دارد.

در رادارهاي زميني قضيه خيلي پيچيده‏تر از رادارهاي هوايي است، هنگامي كه يك رادار پليس به ارسال پالس موج راديويي مي‏پردازد بخاطر وجود اجسام بسيار در سر راهش مانند نرده‏ها، پلها، تپه‏ها و ساختمانها پژواكهاي بسياري را دريافت مي‏دارد، اما از آنجايي كه تمام اين اجسام ثابت هستند به جزء خودروها مورد نظر، لذا سيستم رادار خودروهاي پليس از ميان امواج منعكس شده، فقط آنهايي را انتخاب مي‏كند كه در آنها پديده داپلر قابل شناسايي است، آن هم به اندازه‏‏اي كه جسم متحرك اضافه سرعت داشته باشد، در ضمن آنتن اين رادارها بسيار دهانه تنگي دارند، چرا كه فقط بر روي يك خودرو تنظيم مي‏شوند.

البته امروزه پليسها در برخي كشورها از جمله كشور خودمان از تكنولوژي ليزر براي تعيين سرعت خودروها در بزرگراهها استفاده مي‏كنند. تكنولوژي به نام «ليدار» شناخته مي‏شود. در اين مدل بجاي امواج راديويي از اشعه نوري متمركز (يا همان ليزر) استفاده مي‏شود.

[Borna66]

فلزياب چگونه كار مي‌كند؟


با گفتن كلمه فلزياب، شما عكس‌العمل‌هاي متفاوتي از مردم خواهيد ديد. عده‌اي به جستجوي طلا در يك معبد قديمي و عده‌اي به امنيت فرودگاه‌ها در پيدا كردن اسلحه تروريست‌ها فكر خواهند كرد و اگر شما در حال ساخت و تعمير يك ساختمان قديمي هستيد، ممكن است به يافتن لوله‌ها و كابلهاي قديمي زير خاك فكر كنيد. حقيقت اين است كه همه اين سناريوها معتبر هستند. فلزياب‌ها اكنون وارد بخشي از زندگي ما شده‌اند. آنها در فرودگاه‌ها، ساختمانهاي اداري و زندانها بكار مي‌روند تا كسي نتواند با اسلحه وارد اين مكانها شود. در اين بخش ما درباره فلزياب‌ها و فن‌آوري بكاررفته در آنها بحث خواهيم كرد.

اجزاء فلزياب عبارتند از:
1- دستگيره تعادل (اختياري): جهت حفظ تعادل دستگاه بهنگام جلو و عقب بردن آن بكار مي رود.
2- جعبه كنترل: شامل مدارات كنترلي، سيستم سخنگو، باطري و ريزپردازنده است.
3- ميله: جعبه كنترل را به سيم‌پيچ وصل مي‌كند تا شما بتوانيد سيستم را بدون خم‌شدن بكار بريد.
4- آنتن: بخشي است كه وجود فلز را حس مي‌كند.


اين اجزا در شكل زير نمايش داده شده‌اند:




http://pnu-club.com/imported/2009/04/2647.jpg

همچنين بسياري از اين دستگاه‌ها يك گوشي متصل به سيستم سخنگو و يك صفحه نمايش كوچك هم دارند. كار با فلزياب ساده است. وقتي دستگاه را روشن كرديد ، قسمت سيم‌پيچ آن را به آرامي روي منطقه‌اي كه مي‌خواهيد جستجو كنيد، بطرف جلو و عقب حركت دهيد. هنگامي كه شما از روي يك فلز عبور مي‌كنيد، دستگاه يك علامت صوتي مي‌فرستد. فلزيابهاي پيشرفته نوع فلز و عمقي كه فلز در آنجا قرار دارد را توسط صفحه نمايش كوچك،‌ نمايش مي‌دهند.

فلزيابها از سه نوع تكنولوژي استفاده مي‌كنند:
- فركانس بسيار پائين
- القاء پالسي
- نوسان‌ساز يكنواخت
در ادامه ما نگاهي به هر سه نوع تكنولوژي بكاررفته خواهيم انداخت.

روش فركانس بسيار پائين:
اين روش رايج ترين تكنولوژي فلزيابي است. در اين نوع فلزيابها 2 نوع سيم‌پيچ مجزا وجود دارد:
1- سيم‌پيچ فرستنده: اين سيم‌پيچ حلقه بيروني است و جريان برق با فركانس 6/6 كيلوهرتز در آن جريان دارد.
2- سيم‌پيچ گيرنده: اين سيم‌پيچ حلقه دروني است. اين سيم بعنوان آنتن گيرنده رفتار مي‌كند.


http://pnu-club.com/imported/2009/04/2648.jpg

جرياني كه از سيم‌پيچ فرستنده عبور مي‌كند، يك ميدان الكترومغناطيسي به سمت پائين ايجاد مي‌كند. فلزاتي كه در اين ميدان قرار مي‌گيرند، بخاطر خاصيت القاء الكترومغناطيسي از خود ميدان مغناطيسي ضعيفي توليد مي‌كنند. سيم‌پيچ گيرنده اين سيگنالها را دريافت مي‌كند و پس از تقويت به جعبه كنترل مي‌دهد تا سيگنالها در آنجا تجزيه و تحليل شوند. فلزياب بطور تقريبي باتوجه به قوي يا ضعيف بودن ميدان القايي مي‌تواند تشخيص دهد كه فلز در چه عمقي از زمين قرار دارد.

اين فلزياب از كجا جنس فلز را تشخيص مي‌دهد؟
فلزياب از اختلاف فاز فركانس سيم‌پيچ فرستنده و گيرنده به نوع فلز پي‌مي‌برد. چون فلزات مختلف مثل آهن و طلا اختلاف فازهاي متفاوتي ( بهنگام القاء ) توليد مي‌كنند و به اين ترتيب فلزياب مي‌تواند بطور تقريبي نوع فلز مدفون‌شده را تشخيص دهد.

روش القاء پالس:
در اين روش از يك يا چند سيم‌پيچ مشتركاً بعنوان فرستنده و گيرنده استفاده مي‌شود. در اين فن‌آوري با ارسال پالسهاي كوتاه ولي قوي، ميدان مغناطيسي شديدي در جهت پايين ( زمين ) و بلافاصله در جهت عكس توليد مي‌شود. اين تغيير جهت ميدان مغناطيسي باعث ايجاد يك ميدان مغناطيسي القايي در فلز بطرف بالا مي‌شود. سپس سيستم كنترلي باز به سرعت يك پالس ديگر مي‌فرستند تا ميدان مغناطيسي فرستنده، ميدان القايي فلز را شكار كند! اين نوع سيستم‌ها در تشخيص جنس فلز ضعيف عمل مي‌كنند ولي براي استفاده در مكانهايي كه رسانايي بالا دارند مثل زمين‌هاي نمكي، خيس و حتي در اعماق زياد به خوبي جواب مي‌دهند.


http://pnu-club.com/imported/2009/04/2649.jpg

در Gateهاي ورودي درب فرودگاه ها از اين فن آوري ( روش القاء پالس ) براي يافتن اشياء فلزي همراه مسافران پرواز استفاده مي كنند تا ديگر حادثه اي شبيه 11 سپتامبر رخ ندهد. !


http://pnu-club.com/imported/2009/04/2650.jpg

روش نوسان‌ساز يكنواخت:
در اين نوع دستگاه‌ها از دو سيم‌پيچ، يك سيم‌پيچ بزرگ در آنتن و يك سيم‌پيچ كوچك در داخل جعبه كنترلي استفاده مي كند. هر سيم‌پيچ به يك توليدكننده ارتعاش كه هزاران پالس در هرثانيه توليد مي‌كند، وصل است. اختلاف فركانس توليدي در سيم پيچ بزرگ و كوچك مقدار ثابتي است. با عبور سيم پيچ بزرگ از روي فلز ، ميدان القايي در فلز ايجاد مي‌شود . با تداخل ميدان القايي با ميدان سيم پيچ بزرگ، اختلاف فركانس بين سيم‌پيچ كوچك و بزرگ تغيير مي كند ، سپس اين اختلاف فركانس توسط سيستم شنيداري به بوق‌هايي تبديل مي‌شود و فرد متوجه مي شود كه زير خاك ، فلزي وجود دارد.


http://pnu-club.com/imported/2009/04/2651.jpg

اين روش كم‌هزينه‌ترين روش است ولي توانايي دو سيستم قبلي زا در شناسايي نوع و عمق فلز ندارد.

گنج‌هاي دفن‌شده:
فلزيابها، ابزار خوبي براي يافتن اشياء زير خاك هستند. اغلب اين فلزيابها قادرند در عمق بين 20 تا 30 سانتي‌متري نوع فلز را شناسايي كنند. فلزيابهاي پيشرفته همچنين قادرند اندازه فلز مدفون‌شده مثلاً سكه كوچك يا بزرگ را از هم تشخيص دهند.


http://pnu-club.com/imported/2009/04/2652.jpg

علاوه بر استفاده تفريحي، فلزيابها كاربردهاي فراواني دارند. از فلزياب‌ها در امنيت فرودگاه‌ها، زندانها، موزه‌ها، كشف ميادين مين و بسياري مكانهاي ديگر استفاده مي‌شوند.


http://pnu-club.com/imported/2009/04/2653.jpg

انواع معمول فلزياب:

۱- فلزياب هاي تفريحي:(VLF)
اين نوع فلزياب ها معمولا خيلي سبك و كم حجم بوده و ديسك آنها كوچك(ديسك استاندارد آنها ۲۵ سانتي متر)است وعمق كاوش فلز آنها نيز معمولا كمتر از يك متر است. يعني اين كه يك فلز مربع شكل به اندازه ۱متر در ۱متر را حداكثر از فاصله يك متري مي توانند پيدا كند. فلزياب هاي تفريحي براي كشف فلزات در سطح خاك طراحي شده اند. اين نوع فلزياب ها داراي صفحه نمايشگري ديجيتالي و پيشرفته هستند. فلزياب هاي تفريحي كه داراي نمايشگر ديجيتالي مي باشند قدرت تفكيكي برابر با ۸۰ درصد دارند. يعني فقط مي توانند فلزات آهني را از فلزات غيرآهني با دقت ۸۰ درصد جدا كنند.

۲- فلزياب هاي حرفه اي:(PI)
فلزياب هاي حرفه اي داراي قدرت بسيار بيشتري نسبت به ديگر فلزياب ها هستند. فلزياب هاي حرفه اي داراي وزن سنگيني هستند زيرا در آنها به دليل مصرف زياد برق از باتري هاي اسيدي شبيه موتورسيكلت استفاده شده. و معمولا خود دستگاه يا باتري آنها يا هر دوي آنها به كمر شخص بسته مي شود. فلزياب هاي حرفه اي قدرت تفكيك ندارند و نمي توانند فلزات آهني را از غير آهني جدا كنند و هر فلز يا آلياژي را ببينند آشكار مي كنند. فلزياب هاي حرفه اي صفحه نمايشگر يا مانيتور ندارند و بسيار ساده مي باشند.

۳- فلزياب هاي صنعتي:
از فلزياب هاي صنعتي در صنايع مختلف مانند فرش ماشيني-چوب بري و صنايع بسته بندي و كارخانه جات استفاده مي شود.

۴- فلزياب هاي فرستنده وگيرنده:(TR)
فلزياب هاي فرستنده - گيرنده از يك ديسك فرستنده در جلو و يك ديسك گيرنده در عقب دستگاه كه معمولا به شكل مربع هستند تشكيل شده اند. اين نوع فلزياب ها قدرت تفكيك ندارند و فقط براي كشف فلزات بزرگ مانند لوله هاي آب و توده هاي بزرگ فلزي طراحي شده اند و به آنها گاهي انبوه ياب گفته مي شود. كار كردن با اين فلزياب ها مشكل بوده و به دليل دشوار بودن تنظيمدستگاه- خطاي زياد - گم كردن هدف - خطا در تعيين محل دقيق فلز - از استقبال عمومي برخوردار نبوده.


چند نكته:

تفكيك در دستگاه هاي فلزياب:
به امكان تشخيص جنس فلز بوسيله فلزياب تفكيك گفته مي شود.

اما ببينيم يك فلزياب پيشرفته چه جنس فلزي را تفكيك مي كند:
گروه اول فلزاتي كه خاصيت مغناطيس شونده دارند مانند آهن - فولاد -چدن. كه بطور كل به اين گروه فلزات آهني مي گويند.
گروه دوم فلزاتي كه خاصيت مغناطيس شونده ندارند و غير الكترومغناطيس هستند مانند سرب - قلع - نقره - مس - طلا - برنز - برنج - آلومينيوم-مفرغ كه بطور كل به اين گروه فلزات غير آهني مي گويند.

توجه:
يك فلزياب داراي قدرت تفكيك فقط مي تواند بگويد فلز زير خاك آهن است يا غير آهن آن هم با دقت ۸۰ درصد يك فلزياب داراي قدرت تفكيك حتي نوع پيشرفته آن نمي تواند بگويد فلز زير خاك طلا يا نقره است پس فريب تبليغات را نخوريد.
عمق كاوش:
عمق كاوش مهمترين نگراني استفاده كنندگان از دستگاه فلزياب است بطور كلي عمق كاوش به عوامل مختلفي بستگي دارد كه مهمترين آنها عبارتند از :
۱- قدرت دستگاه - كه به نوع دستگاه و مدار الكترونيك آن بستگي دارد.
۲- اندازه فلز- هر چه فلز بزرگتر باشد در عمق بيشتري قابل كشف است.
۳- جنس فلز- حساسيت دستگاه ها نسبت به فلزات مختلف متفاوت است بطوريكه مقدار مشخصي از چند فلز مختلف در عمق هاي متفاوتي قابل كشف است.
۴- تكنولوژي ساخت و جنس سيم پيچ ديسك جستجوگر- در ساخت ديسك هاي فلزياب از فنون و آلياژهاي مختلفي استفاده مي شود بعضي از ديسك هاي جديد عمق كاوش را تا ۳۰ درصد افزايش مي دهند.
۶- شكل فلز- عمق كاوش براي اشكال مختلف اجسام فرق مي كند.
۷- جنس زمين و خاك - در زمين هاي سنگي و سنگلاخي عمق كاوش كمتر است.

[Borna66]

سي تي اسكن (ct-scan) چيست؟
ريشه لغوي

اين شيوه تصوير برداري در حقيقت به معني تصوير گيري مقطعي و عرضي از اعضاي بدن مي‌باشد. اما داراي اسامي مختلفي است كه از آن جمله مي‌توان به CAT مخفف كلمات Computerized Axial Tomography به معني توموگرافي كامپيوتري محوري مي‌باشد. CTAT مخفف كلمات Computerized trans Axial Tomography به معني توموگرافي كامپيوتري عرضي محوري مي‌باشد. CTR مخفف كلمات computerized trans Recanstration ، CDT مخفف كلمات computerized Digital Tomography به معني توموگرافي ديجيتالي كامپيوتري مي‌باشد. اما نام ترجيحي آن كه در كتابها و كاربردهاي پزشكي بكار مي‌رود كلمه CT اسكن مخفف كلمات computerized tomography scan مي‌باشد كه كلمه scan اسكن به معني تقطيع كردن و واژه توموگرافي از Tomo به معني برش يا قطعه و graphy به معني شكل و ترسيم است، گرفته شده است. در اصل به معني تصويرگيري از برشهاي قطع شده از يك عضو به صورت كامپيوتري مي‌باشد.

اگر با يك درخواست سي‌تي اسكن ، به بخش سي‌تي اسكن يك بيمارستان مراجعه كرده باشيد، شايد براي شما اين سوال پيش آمده باشد كه فرو رفتن در يك دستگاه تونل مانند و بي حركت ماندن براي مدتي در داخل آن شما را دچار دلهره مي‌كند يا نه. آيا با توجه به اخبارهاي راديو و تلويزيون راجع به خطرات اشعه ايكس خطري شما را تهديد مي‌كند يا نه؟ يا اينكه چگونه يك كارشناس راديولوژي بعد از قرار دادن شما در داخل دستگاه خود به اتاق ديگري رفته و از پشت يك شيشه بزرگ و يك كامپيوتر چه كاري انجام مي‌دهد و با بلندگو با شما صحبت مي‌كند؟

تاريخچه

در سال 1917 ميلادي يك رياضيدان اتريشي به نام رادون (J.Radon) ثابت كرد كه يك شيئي دو يا سه بعدي را مي‌توان با گرفتن بي‌نهايت عكس از آن در جهات مختلف به تصوير كشيد كه پايه‌اي براي سي‌تي اسكن محسوب مي‌شد. در سال 1956 دانشمندي به نام بارسول (Barcewell) نقشه خورشيدي از تصاوير شعاع‌ها درست كرد. در سال 1961 الدندرف (oldendorf) و در سال 1963 آلن كورمارك (Allencormarck) انديشه‌هايي از سي‌تي اسكن را فهميده و مدلهايي در حد آزمايشگاهي ساخته‌اند. در سال 1968 كول (kuhl) و ادواردز (Edwords) يك دستگاه اسكن مكانيكي براي تصويري از هسته ساخته‌اند كه موفق بودند. اما نتوانستند كار خود را در حد راديولوژي تشخيصي ، توسعه دهند. تا اينكه در سال 72-1970 اصول رياضي گفته ‌شده توسط رياضيدان انگليسي (God feryhaunsfield) بكار گرفته شد و توانست يك دستگاه سي‌تي اسكن را بسازد و جهت مصرف باليني معرفي كند. در سال 1979 جايزه نوبل بطور مشترك به پروفسور آلن كورمارك و گاد فري هانسفيلد تعلق گرفت.

سير تحولي و رشد

مانند تمام رشته‌هاي تصوير گيري پزشكي (راديولوژي) دستگاه‌هاي سي‌تي اسكن بطور مداوم تغيير كرده و بوسيله كارخانه‌ها و سازندگان مختلف پيش رفته است. دستگاه اوليه كه بوسيله هانسفيلد و توسط شركت EMI ساخته شده بود، فقط براي ارزيابي مغز طراحي شده بود، كه دستگاه نسل اول يا EMI نام داشت. مدت‌ زمان كوتاهي نگذشت كه نسل دوم دستگاه‌هاي سي‌تي اسكن با امكانات بيشتر به بازار آمد و نسل سوم اين دستگاه‌ها با امكاناتي از جمله كم شدن زمان تصوير گيري معرفي شد. هم ‌اكنون نسل چهارم با سرعت خيلي بالا و امكانات بهينه و نتايج عالي موجود مي‌باشد.

ساختمان يك دستگاه سي‌تي اسكن

يك دستگاه اسكن توموگرافي كامپيوتري از يك ميز براي قرار گرفتن بدن بيمار ، يك گانتري كه سر بيمار در آن قرار مي‌گيرد، يك منبع توليد اشعه ايكس ، سيستمي براي آشكار كردن تشعشع خارج ‌شده از بدن ، يك ژنراتور اشعه ايكس ، يك كامپيوتر براي بازسازي تصوير و كنسول عملياتي كه تكنولوژيست راديولوژي بر آن قرار مي‌گيرد، تشكيل شده است.

اصول كار دستگاه سي‌تي اسكن

پس از اينكه بدن بيمار بر روي ميز و سر آن در گانتري قرار گرفت و شرايط دستگاه بر حسب ناحيه مورد تصوير برداري تنظيم شد، يك دسته پرتو ايكس توسط كوليماتور (محدودكننده دسته اشعه) به صورت يك باريكه در آمده و از بدن بيمار رد مي‌شود (پالس مي‌شود). مقداري از انرژي اشعه هنگام عبور از بدن جذب و باقيمانده اشعه با عنوان پرتو خروجي كه از بدن بيمار عبور مي‌كند توسط آشكار سازي كه مقابل دسته پرتو ايكس قرار دارد، اندازه ‌گيري شده و بعد از تبديل به زبان كامپيوتري در حافظه كامپيوتر ذخيره مي‌شود. بلافاصله پس از اينكه اولين پالس اشعه بطرف بيمار فرستاده و اندازه‌گيري شد و لامپ اشعه ايكس يك حركت چرخشي بسيار كم انجام داد، دسته پرتو ايكس دوباره پالس شده ، مجددا اندازه‌گيري مي‌شود و در حافظه كامپيوتر ذخيره مي‌گردد.

اين مرحله چند صد يا چند هزار بار بسته به نوع دستگاه تكرار مي‌شود تا تمام اطلاعات مربوط به عضو مورد نظر در حافظه كامپيوتر ذخيره شود. كامپيوتر ميزان اشعه‌اي را كه هر حجم معيني از بافت جذب مي‌كند، اندازه ‌گيري مي‌كند. اين حجم بافتي را واكسل (Voxel) مي‌نامند كه مشابه چند ميليمتر مكعب از بافت بدن مي‌باشد. در سي ‌تي ‌اسكن يك لايه مقطعي از بدن به اين واكسلهاي ريز تقسيم مي‌شود، كه با توجه به مقدار جذب اشعه‌اي كه توسط هر كدام از اين واكسلها صورت مي‌گيرد، يك شماره نسبت داده مي‌شود. اين شماره‌ها نيز بر روي تصوير كه بر صفحه تلويزيون مانند كامپيوتر مي‌افتد، يك چگالي با معيار خاكستري (از سفيد تاسياه) اختصاص داده مي‌‌شود.

نمايش هر كدام از واكسلها را بر روي مونيتور يك پيكسل (Pixl) مي‌گويند. يعني واكسلها حجم سه بعدي و پيكسلها دو بعدي مي‌باشند و هر چه تعداد پيكسلها بر روي مونيتور بيشتر باشد تصوير واضح‌تر و قابل تفكيك‌تر است. اعدادي كه با توجه به مقدار جذب اشعه به هر بافت اختصاص داده مي‌شود، را اعداد سي ‌تي يا اعداد هانسفيلد مي‌نامند. بطور مثال بافت چربي كمتر از بافت عضلاني و بافت عضلاني كمتر از بافت استخواني اشعه را جذب مي‌كند. بنابراين بطور مثال استخوان 400+ ، آب صفر و چربي 50 و هوا 500 مي‌باشد كه هر چه مقدار اين اعداد كمتر باشد، بر روي فيلم سي‌تي اسكن آن قسمت طبق معيار خاكستري بيشتر به سمت سياهي تمايل دارد و برعكس هرچه عدد سي‌ تي مثل استخوان بالا باشد تصوير به سمت سفيدي تمايل دارد. گاهي براي مشخص ‌تر شدن اعضايي كه داراي چگالي شبيه به هم هستند از مواد كنتراست‌ زا استفاده مي‌شود كه تفاوت را به خوبي مشخص كند.

كاربرد

تشخيص بيماريهاي مغز و اعصاب

چون سي ‌تي اسكن مي‌تواند تفاوت بين خون تازه و كهنه را به تصوير بكشد، به همين دليل براي نشان دادن موارد اورژانس بيماريهاي مغزي بهترين كاربرد را دارد.

بيمارهاي مادر زادي مانند بزرگي يا كوچكي جمجمه .

تشخيص تومورهاي داخل جمجمه‌اي و خارج مغزي .

خونريزي در قسمت‌هاي مختلف مغز و سكته‌هاي مغزي .

تشخيص بيماري اعضاي داخل شكمي مانند كبد ، لوزالمعده ، غدد فوق كليوي.

بررسي بيماريهاي ريه.


منبع : دانشنامه رشد

[Borna66]

سونوگرافي (Ultrasound) چيست؟
ريشه لغوي

كلمه سونوگرافي از لفظ لاتين sound به معني صوت و نيز graphic به معني شكل و ترسيم گرفته شده و ultrasound از ultra به معني ماورا و نيز sound به معني صوت يا صدا گرفته شده است.

تاريخچه

در سال 1876 ميلادي ، فرانسيس گالتون براي اولين بار پي بوجود امواج فراصوت برد. در زمان جنگ جهاني اول كشور انگلستان براي كمك به جلوگيري از غرق شدن غم ‌انگيز كشتي‌هايش توسط زيردرياييهاي كشور آلمان در اقيانوس آتلانتيك شمالي دستگاه كشف كننده زيردريايي‌ها به كمك امواج صوتي به نام Sonar ابداع كرد. اين دستگاه امواج فراصوت توليد مي‌كرد كه در پيد اكردن مسير كشتيها استفاده مي‌شد. اين تكنيك در زمان جنگ جهاني دوم تكميل گرديد و بعدها بطور گسترده‌اي در صنعت اين كشور براي آشكار سازي شكافها در فلزات و ساير موارد مورد استفاده قرار مي‌گرفت. از كاربرد بخصوصي كه انعكاس صوت در جنگ و صنعت داشت Sonar به علم پزشكي وارد شد و تبديل به يك وسيله تشخيصي بزرگ در علم پزشكي گرديد.

سير تحولي در رشد

نخستين دستگاه توليد كننده امواج فراصوت در پزشكي ، در سال 1937 ميلادي توسط دوسيك اختراع شد و روي مغز انسان امتحان شد. اگر چه اولتراسوند در ابتدا فقط براي مشخص كردن خط وسط مغز بود، اكنون بصورت يك روش تشخيصي و درماني مهم در آمده و پيشرفت روز به روز انواع نسلهاي دستگاههاي توليد اولتراسوند ، تحولات عظيمي در تشخيص و درمان در علم پزشكي بوجود آورده است.

تعريف امواج اولتراسوند (فراصوت)

امواج فراصوت به شكلي از انرژي از امواج مكانيكي گفته مي‌شود كه فركانس آنها بالاتر از حد شنوايي انسان باشد. گوش انسان قادر است امواج بين 20 هرتز تا 20000 هرتز را بشنود. هر موج (شنوايي يا فراصوت) يك آشفتگي مكانيكي در يك محيط گاز ، مايع و يا جامد است كه به بيرون از چشمه صوتي و با سرعتي يكنواخت و معين حركت مي‌كند. در حركت يا گسيل موج مكانيكي ، ماده منتقل نمي‌شود. اگر ارتعاش ذرات در جهت عمود بر انتشار صوت باشد، موج عرضي است كه بيشتر در جامدات رخ مي‌دهد و در صورتي كه ارتعاش در راستاي انتشار امواج باشد، موج طولي است. انتشار در بافتهاي بدن به صورت امواج طولي است. از اين رو در پزشكي با اينگونه امواج سر و كار داريم.

روشهاي توليد امواج فراصوت

روش پيزو الكتريسيته

تاثير متقابل فشار مكانيكي و نيروي الكتريكي را در يك محيط اثر پيزو الكتريسيته مي‌گويند. بطور مثال بلورهايي وجود دارند كه در اثر فشار مكانيكي ، نيروي الكتريكي توليد مي‌كنند و برعكس ايجاد اختلاف پتانسيل در دو سوي همين بلور و در همين راستا باعث فشردگي و انبساط آنها مي‌شود كه ادامه دادن به اين فشردگي و انبساط باعث نوسان و توليد امواج مي‌شود. مواد (بلورهاي) داراي اين ويژگي را مواد پيزو الكتريك مي‌گويند. اثر پيزو الكتريسيته فقط در بلورهايي كه داراي تقارن مركزي نيستند، وجود دارد. بلور كوارتز از اين دسته مواد است و اولين ماده‌اي بود كه براي ايجاد امواج فراصوت از آن استفاده مي‌شد كه اكنون هم استفاده مي‌شود.

اگر چه مواد متبلور طبيعي كه داراي خاصيت پيزو الكتريسيته باشند، فراوان هستند. ولي در كاربرد امواج فراصوت در پزشكي از كريستالهايي استفاده مي‌شود كه سراميكي بوده و بطور مصنوعي تهيه مي‌شوند. از نمونه اين نوع كريستالها ، مخلوطي از زيركونيت و تيتانيت سرب (Lead zirconat & Lead titanat) است كه به شدت داراي خاصيت پيزوالكتريسيته مي‌باشند. به اين مواد كه واسطه‌اي براي تبديل انرژي الكتريكي به انرژي مكانيكي و بالعكس هستند، مبدل يا تراسديوسر (transuscer) مي‌گويند. يك ترانسديوسر اولتراسونيك بكار مي‌رود كه علامت الكتريكي را به انرژي فراصوت تبديل كند كه به داخل بافت بدن نفوذ و انرژي فراصوت انعكاس يافته را به علامت الكتريكي تبديل كند.

روش مگنتو استريكسيون

اين خاصيت در مواد فرومغناطيس (مواد داراي دو قطبي‌هاي مغناطيسي كوچك بطور خود به خود با دو قطبي‌هاي مجاور خود همخط شوند) تحت تاثير ميدان مغناطيسي بوجود مي‌آيد. مواد مزبور در اين ميدانها تغيير طول مي‌دهند و بسته به فركانس (شمارش زنشهاي كامل موج در يك ثانيه) جريان متناوب به نوسان در مي‌آيند و مي‌توانند امواج فراصوت توليد كنند. اين مواد در پزشكي كاربرد ندارند و شدت امواج توليد شده به اين روش كم است و بيشتر كاربرد آزمايشگاهي دارد.

كاربرد امواج فراصوت

1. كاربرد تشخيصي (سونوگرافي)

2. بيماريهاي زنان و زايمان (Gynocology) مانند بررسي قلب جنين ، اندازه ‌گيري قطر سر (سن جنين) ، بررسي جايگاه اتصال جفت و محل ناف ، تومورهاي پستان.

3. بيماريهاي مغز و اعصاب (Neurology) مانند بررسي تومور مغزي ، خونريزي مغزي به صورت اكوگرام مغزي يا اكوانسفالوگرافي.

4. بيماريهاي چشم (ophthalmalogy) مانند تشخيص اجسام خارجي در درون چشم ، تومور عصبي ، خونريزي شبكيه ، اندازه ‌گيري قطر چشم ، فاصله عدسي از شبكيه.

5. بيماريهاي كبدي (Hepatic) مانند بررسي كيست و آبسه‌ كبدي.

6. بيماري‌هاي قلبي (cardology) مانند بررسي اكوكار ديوگرافي.

7. دندانپزشكي مانند اندازه‌گيري ضخامت بافت نرم در حفره‌هاي دهاني.

8. اين امواج به علت اينكه مانند تشعشعات يونيزان عمل نمي‌كنند. بنابراين براي زنان و كودكان بي‌خطر مي‌باشند.

9. كاربرد درماني (سونوتراپي)

10. كاربرد گرمايي

با جذب امواج فراصوت بوسيله بدن بخشي از انرژي آن به گرما تبديل مي‌شود. گرماي موضعي حاصل از جذب امواج فراصوت بهبودي را تسريع مي‌كند. قابليت كشساني كلاژن (پروتئيني ارتجاعي) را افزايش مي‌دهد. كشش در scars (اسكار=جوشگاههاي زخم) افزايش مي‌دهد و باعث بهبود آنها مي‌شود. اگر اسكار به بافتهاي زيرين خود چسبيده باشد، باعث آزاد شدن آنها مي‌شود. گرماي حاصل از امواج فراصوت با گرماي حاصل از گرمايش متفاوت است.

ميكروماساژ مكانيكي

به هنگام فشردگي و انبساط محيط ، امواج طولي فراصوتي روي بافت اثر مي‌گذارند و باعث جابجايي آب ميان بافتي و در نتيجه باعث كاهش ورم (تجمع آب ميان بافتي در اثر ضربه به يك محل) مي‌شوند.

درمان آسيب تازه و ورم :آسيب تازه معمولا با ورم همراه است. فراصوت در بسياري از موارد براي از بين بردن مواد دفعي در اثر ضربه و كاهش خطر چسبندگي بافتها بهم بكار مي‌رود.

درمان ورم كهنه يا مزمن :فراصوت چسبندگيهايي كه ميان ساختمانهاي مجاور ممكن است ايجاد شود را مي‌شكند.

خطرات اولتراسوند

سوختگي

اگر امواج پيوسته و در يك مكان بدون چرخش بكار روند، در بافت باعث سوختگي مي‌شود و بايد امواج حركت داده شوند.

پارگي كروموزومي

استفاده دراز مدت از امواج اولتراسوند با شدت خيلي بالا پارگي در رشته دي ان اي (DNA) را نشان مي‌دهد.

ايجاد حفره يا كاويتاسيون

يكي از عوامل كاهش انرژي امواج اولتراسوند هنگام گذشتن از بافتهاي بدن ايجاد حفره يا كاويتاسيون مي‌باشد. همه محلولها شامل مقدار قابل ملاحظه‌اي حبابهاي گاز غير قابل ديدن هستند و دامنه بزرگ نوسانهاي امواج اولتراسوند در داخل محلولها مي‌تواند بر روي بافتها تغييرات بيولوژيكي ايجاد كند (پارگي در ديواره سلولها و از هم گسستن مولكولهاي بزرگ).


منبع : دانشنامه رشد

[Borna66]

موشک ها چگونه كار می‌كند؟
موشک ها چگونه كار می‌كند؟

همه موشك‌ها بر اساس این اصل كار می‌كنند كه هر عملی عكس العملی در یك جهت ، سبب ایجاد واكنش برابر با آن اما در جهت مخالف می‌باشد ، یعنی همان قانون سوم نیوتن . در یك موشك بر اثر احتراق سوخت ، گازهای داغی حاصل می‌شود كه در هنگام خروج از یك نازل (شیپوره) نیرویی ایجاد می‌كند كه می‌تواند موشك را از زمین بلند كند. اگر چه این نیرو ثابت می‌ماند ، اما شتاب موشك افزایش می‌یابد چون بر اثر مصرف سوخت ، موشك سبكتر می‌شود.
موشك به همان آسانی كه در جو كار می‌كند ، در فضای ماورای جو هم كار می‌كند اما در ماورای جو ، پیشرانش موشك به علت فشار گاز‌های داغ در برخورد با جو نیست ، بلكه بر اثر واكنش در برابر كنش است. وضعیت موشك در این حالت مانند وضعیت كسی است كه در وسط یك زمین یخ زده بسیار لغزنده قرار گرفته است. او هر چقدر هم كه دست و پا بزند ، از جایش تكان نخواهد خورد. اما اگر بر حسب اتفاق تعدادی كیف یا چمدان كوچك به همراه داشته باشد می‌تواند برای حركت كردن از آنها استفاده كند. اگر او كیف ها را یكی پس از دیگری در جهت معینی پرتاب كند ، به آهستگی در جهت مخالف شروع به حركت خواهد كرد.
در موشك‌های ابتدایی ، مانند آنهایی كه چینیان ابداع كرده بودند ، از سوخت جامد _ باروت _ استفاده می‌شده است. هنگامی كه جرقه‌ای به باروت زده شود ، این سوخت جامد انرژی خود را به صورت یك انفجار آزاد می‌كند. پیشرفت در طرح و ساخت موشك‌های قرن حاضر ، بیشتر معطوف به استفاده از سوخت‌های مایع بوده است. از این نوع سوخت‌ها در مقایسه با وزن مساوی از سوخت جامد نه تنها انرژی بیشتری آزاد می‌كنند ، بلكه بهتر هم قابل كنترل هستند.
در موشكی كه با سوخت مایع كار می‌كند ، سوخت نخواهد سوخت مگر اینكه با یك اكسید‌كننده مخلوط شود. برخلاف یك هواپیمای جت موشك نمی‌تواند همیشه اكسیژن مورد نیاز سوختش را از جو تامین كند (چون به ارتفاع‌های خیلی بالایی می‌رود كه غلظت اكسیژن حتی به صفر می‌رسد) ، بنابراین باید اكسیژن مورد نیاز را با خو ببرد. سوخت و اكسید‌كننده را در مخازن جداگانه ذخیره و حمل می‌كنند و در هنگام احتراق آنها را در محفظه احتراق تلمبه می‌كنند ، كه در آنجا سوخت می‌سوزد (در واقع منفجر می‌شود). گازهای حاصل از راه شیپوره با سرعت زیادی خارج می‌شوند. و مقدار نیروی پیشرانش موشك ، از طریق زیاد یا كم كردن میزان سوخت و اكسید‌كننده ورودی به محفظه احتراق ، كنترل می‌شود.
آلمانی در جنگ جهانی دوم ، نفت سفید و اكسیژن بود. امروزه v۲سوخت موشك‌های اولیه ، از جمله در موشك‌ هیدرازین (یكی دیگر از هیدروكربن‌های مایع) یا سوخت‌های سرما‌زا _ از قبیل هیدروژن مایع و اكسیژن مایع_استفاده می‌كنند.
هیدرازین یك سوخت هایپر‌گولیك است ، یعنی در صورت وجود اكسید‌كننده‌ای مانند دی‌نیتروژن تتروكسید به طور خودبه‌خودی محترق (منفجر) می‌شود. بازده هیدرازین در حدود ۱۵ تا ۲۰ درصد كمتر از سوخت‌های سرما‌زا است ، اما كاربرد آن ساده‌تر و مطمئن‌تر است.
سوخت‌های سرما‌زا را برای اینكه مایع باقی بمانند ، باید تا دمای پایینی سرد كنند. بنابراین موتور باید سیستم پیچیده‌ای از لوله‌ها برای عبور سوخت سرد شده داشته باشد. این سوخت‌ها نیز به یك محترق كننده نیاز دارند.
درست در طی پرتاب موشك است كه سوخت‌های سرما‌زا برتری خود را نشان می‌دهند ، یعنی زمانی كه حداكثر بازده ممكن برای بلند كردن موشك و بار‌های آن از زمین لازم است. برای پرتاب موشك‌های متوالی در مدار (مثلاً به منظور قرار دادن ماهواره در مداری با ارتفاع معین) ، موتور ساده هیدرازینی انتخاب بهتری است. برای مثال ماهواره‌هایی كه در مدار ژئوسنكرون حركت می‌كنند ، موتورهای هیدرازینی كوچكی دارند كه هر از گاهی روشن می‌شوند تا مسیر ماهواره را تصحیح كرده و آن را در موقعیت درست حفظ كنند.
H۱ به رغم پیچیدگی موتور‌هایی كه با سوخت‌های سرما‌زا كار می‌كنند ، ژاپن موتوری از این نوع برای موشكهای خودش را در سال ۱۹۹۸ساخته است.

[Borna66]

یه هواپیمای معمولی چه جوری کار میکنه؟
هواپیماها چگونه کار می کنند؟

هواپیما از انرژی تولید شده بوسیله جریان هوا در اطراف بدنه خود، برای بلند شدن و کنترل پرواز استفاده می کند. سطوح متحرک و کنترل کننده بر روی بال و دم که به نام بالچه یا قالب (flap) شناخته می شوند، مسیر هوا را منحرف کرده و باعث بلند شدن، شیرجه زدن، دورزدن یا غلتیدن هواپیما می شوند. خلبان این بالچه ها را از درون کابین هواپیما، کنترل می کند. او برای این کار از پدالها و اهرم فرمان استفاده می کند.
 اهرام فرمان
در هواپیماهای کوچک اهرام فرمان بوسیله یک سری کابل به بالابرها و شهپرها متصل است.
 شهپر
برای غلتاندن هواپیما، خلبان سطوح کننده روی بال به نام شهپر را بکار می گیرد. هنگامی که شهپر یک بال بلند می شود، شهپر بال دیگر پایین می آید. هوایی که از روی بال حرکت می کند بوسیله یک بال به سمت پایین و بوسیله بال دیگر به سمت بالا حرکت می کند. این حرکت باعث غلتیدن هواپیما می شود.
 پدالها
پدالها، رادر را کنترل می کنند و آن را به چپ و راست می چرخانند.
 رادِر
برای دور زدن یا تغییر مسیر هواپیما به چپ و راست خلبان با فشار آوردن به پدالهای زیر پایش، رادر را حرکت می دهد. بطور مثال، کشیدن رادر به سمت چپ، هواپیما را به چپ می راند. به هر حال حرکت دادن رادر به تنهایی، موجب می شود تا هواپیما به پایین هم متمایل شود. برای جلوگیری از این مسئله، خلبان از شهپرهای بال به طور همزمان استفاده می کند. به این مانور «بانگینگ» می گویند.
 ملخ
هنگامی که ملخ هواپیما می چرخد، نیروی رانش ایجاد کرده و هواپیما را در جهت مخالف نیروی پسا که بوسیله اصطکاک هوا بوجود می آید، به جلو می راند.
 بالابر
برای بلند کردن هواپیما، خلبان اهرم فرمان را به سمت عقب می کشد تا بالابرهای واقع بر روی سکان افقی هواپیما را بلند کنند. در این حالت، بالابر ها مسیر حرکت هوا را به سمت بالا منحرف می کنند. این کار دم هواپیما را به سمت پایین فشار داده و دماغه هواپیمارا بلند می کند. برای آن که هواپیما به سمت پایین شیرجه بزند، خلبان اهرم فرمان را به سمت جلو فشار می دهد تا بالابر ها را پایین بیاورد.
 سکان افقی
سکان افقی به همراه سکان عمودی تعادل هواپیما را در هوا حفظ می کنند.

[Borna66]

زيردريايی چگونه كار مي‌كند؟
زيردريايي‌ها از شگفت‌انگيزترين اختراعات بشر هستند. طي صدها سال دريانوردان فقط مي‌توانستند روي عرشه كشتي‌ها كار كنند. اختراع زيردريايي به انسان اجازه داد تا بتواند همچون موجودات دريايي براي مدت طولاني (ماه‌ها و حتي سالها) در زير دريا زندگي كند. ما اختراع زيردريايي‌هاي پيشرفته را مديون مسابقه تسليحاتي جنگ سرد بين دو ابرقدرت شرق و غرب در قرن بيستم هستيم!

http://pnu-club.com/imported/mising.jpg

دانشمندان براي ساخت و حركت دادن زيردريايي‌ها از چندقانون استفاده كردند. ما ابتدا به بررسي دو قانون مهم مي‌پردازيم:

1- قانون ارشميدس: طبق قانون ارشميدس بر هر جسم (كمي يا كاملاً) غوطه‌ور در سيال معادل وزن سيال جابجاشده نيرو وارد مي‌شود. همواره وزن جسم بطرف پائين و نيروي شناوري سيال بطرف بالا ظاهر مي‌شوند. هرگاه اين دو نيرو با هم برابر باشند (مانند كشتي روي دريا) جسم روي سيال شناور خواهد شد و اگر نيروي وزن بيشتر از نيروي شناوري سيال (مانند سنگ در آب) باشد، جسم كاملاً در سيال فرو خواهد رفت.

http://pnu-club.com/imported/mising.jpg

چگالي جسم به وزن بر حجم تعريف مي‌شود. هرگاه چگالي جسم از چگالي سيال (آب) بيشتر باشد، جسم در سيال فروخواهد رفت.

2- قانون بويل: طبق اين قانون در دماي ثابت، حجم و فشار يك سيال رابطه عكس با هم دارند . يعني هرگاه فشار وارد بر سيال دوبرابر شود، حجم سيال نصف خواهد شد.
برهرجسم داخل سيال، فشاري به تمام سطح جسم (متناسب با عمق سيال) بطور مساوي وارد مي‌شود. هرچه عمق سيال بيشتر باشد، فشار وارد بر جسم نيز بيشتر خواهد شد و طبق قانون بويل حجم آن بايد كم شود. براي مثال اگر بالون پر از هوايي را به عمق اقيانوس ببريم، فشار عمق آب باعث كم شدن حجم بالون و متراكم شدن هواي داخل بالون خواهد شد.

http://pnu-club.com/imported/mising.jpg

وبرعكس اگر بالون را رها سازيم تا به آسمان برود، چون فشار هوا در ارتفاع كمتر از سطح زمين است، حجم بالون افزايش خواهد يافت. بياييد اين قانون را درمورد خطرات غواصي در عمق بررسي كنيم:
درشكل زير (سمت چپ) ريه‌هاي غواصي را درحال شنا در سطح آب مي‌بينيد. هرچه غواص به عمق بيشتري برود، فشار وارد بر بدن و ريه‌هاي او افزايش مي‌يابد. اگر دماي آب را حدود 04 ثابت درنظر بگيريم، بايد حجم ريه‌هاي غواص كم شود. ولي حجم ريه‌ها كم نمي‌شود و درعوض براي خنثي كردن فشار عمق سيال، ريه‌ها هواي بيشتري را جذب مي‌كنند تا فشار داخل ريه با محيط يكسان شود.

http://pnu-club.com/imported/mising.jpg
در عمق 40 متري حجم هواي فشرده شده درون ريه به 4 برابر سطح آب افزايش مي‌يابد كه اين موضوع مي‌تواند باعث پاره شدن رگ‌ها و رسوب نيتروژن در خون و خطر حمله قلبي براي غواص بوجود آورد. به همين دليل غواص ها نمي توانند براي مدت طولاني در عمق بيشتر از 30 متري شنا كنند.


تاريخچه ساخت زيردريايي‌ها :

- در زيردريايي‌هاي اوليه از نيروي دست براي حركت دادن زيردريايي در اعماق كمك گرفته مي‌شد. در سال 1620 شخص بنام ون دربل اولين زيردريايي را ساخت كه مي‌توانست در عمق 5/4 متري حركت كند.
حجم داخل اين زيردريايي بسيار كم بود، بطوريكه فقط يك نفر مي‌توانست داخل آن قرار گيرد و براي حركت دادن آن در عمق به يك فرد بسيار نيرومند نياز بود تا بتواند پره‌هاي جلو و فوقاني را بچرخاند.

http://pnu-club.com/imported/mising.jpg


درحدود سال 1770، ديود باشنل زيردريايي را طراحي كرد كه مي‌توانست بكمك دست و پدالهاي پايي حركت كند. حدود 30 سال بعد روبرت فولتون، زيردريايي ديگري ساخت كه 3 نفر گنجايش داشت و براي اولين بار، بالهايي براي تنظيم عمق در زيردريايي تعبيه شد.

- فولتون سپس تلاش كرد تا زيردريايي ديگري با موتور بخار بسازد. مشكل طراحي اين موتورها در آن بود كه در زير آب اكسيژن نبود. بنابراين موتوري طراحي شد كه ابتدا آب در سطح آب داخل مخزني با موتور ديزل (با سوخت گازوئيل) داغ و تبديل به بخار مي‌شد، سپس موتور خاموش مي‌شد و زيردريايي به داخل آب شيرجه مي‌زد و تا وقتي كه بخار داخل مخزن سرد نشده بود، زيردريايي مي‌توانست با موتور بخار در عمق دريا حركت كند.

در سال 1860 زيردريايي ديگري طراحي شد كه بطور كامل زير آب نمي‌رفت و از طريق لوله‌اي كه به سطح آب راه داشت، اكسيژن را براي سوخت موتور به داخل زيردريايي مكش مي‌كرد.

- در سال 1904 اولين زيردريايي كه با موتور ديزل- الكتريكي كار مي‌كرد، در فرانسه ساخته شد. موتورهاي ديزل در سطح آب، باطري‌هاي الكتريكي را شارژ مي‌كردند و سپس زيردريايي در آب فرو مي‌رفت در اين هنگام موتور ديزل خاموش مي‌شد و موتور الكتريكي بكمك باطري‌هاي شارژشده، زيردريايي را حركت مي‌داد.

http://pnu-club.com/imported/mising.jpg

مشكل اين نوع زيردريايي در آنجا بود كه اولاً باطري‌ها خيلي بزرگ و سنگين بودند و ثانياً پس از گذشت چندساعت زيردريايي مجبور بود به سطح آب بيايد تا موتور ديزل روشن شده و باطري‌ها را دوباره شارژ كند. اسيد داخل باطري‌ها هم در تركيب با آب دريا، بخار خطرناك و كشنده‌اي توليد مي‌كردند.

- درسال 1954 اولين زيردريايي با سوخت هسته‌اي ساخته شد. از مزاياي اين زيردريايي‌ها، عدم نياز به هوا است. اين نوع زيردريايي‌ها مي‌توانند به مدت طولاني (حتي سالها) زير دريا بمانند و فقط درصورت نياز به سطح آب بيايند و نيز با سرعت بالاي 50 كيلومتر در ساعت در زير و يا سطح دريا حركت كنند. در اين موتورها، حرارت راكتور از طريق لوله‌هاي آب به توربين بخار مي‌رسد و آن را مي‌چرخاند. در نمونه زيردريايي شكل زير، دو مدار گردش آب طراحي شده است. در مدار اولي، آب در اثر حرارت زياد (عمل شكافت هسته‌اي) راكتور، به شدت داغ مي‌شود و با گردش آب در مدار اوليه محفظه تبديل هم داغ مي شود. سپس محفظه تبديل ،‌ آب مدار ثانويه را تبديل به بخار مي‌كند و آن را سوي توربين بخار مي‌فرستد.

http://pnu-club.com/imported/mising.jpg

بخار آب ، توربين را مي‌چرخاند تا نيروي محركه و برق زيردريايي تامين شود. سپس بخار آب در محفظه تراكم تبديل به آب مي‌شود و دوباره به محفظه تبديل بخار ارسال مي‌شود.

اجزاء زيردريايي:
اجزاء بيروني زيردريايي شامل بدنه استوانه بيضي شكل با دوبال افقي در جلو و دوبال عمودي در عقب براي شيرجه رفتن به عمق و اوج گرفتن به سطح آب، يك سكان براي حركت به چپ و راست ، يك پروانه در دم بدنه براي توليد نيروي محركه زيردريايي و يك بادبان براي ورود و خروج خدمه به سطح آب است.
درضمن يك آنتن راديويي براي تماس با زيردريايي‌ها و كشتي‌هاي ديگر و يك پريسكوپ براي مشاهده سطح آب از زير دريا روي بادبان تعبيه شده است.

http://pnu-club.com/imported/mising.jpg

بدنه زيردريايي از دو پوسته (قشر) ساخته شده كه مابين آنها خالي است. به اين فضاي خالي، مخزن بالاست (سنگيني) مي‌گويند. روي قشر بيروني و بالاي بدنه، دريچه‌اي براي خروج هوا (دريچه اصلي) و در پائين بدنه هم دريچه‌اي براي ورود و خروج آب به مخزن بالاست تعبيه شده است.

http://pnu-club.com/imported/mising.jpg

داخل زيردريايي هم مخزن گاز فشرده با دو دريچه خروج هوا به مخزن بالاست روي قشر دروني تعبيه شده است. وزن زيردريايي با مخزن بالاست خالي، كمتر از نيروي شناوري آب درياست و بنابراين زيردريايي در اين حالت مانند كشتي روي سطح آب باقي خواهد ماند.
براي فرورفتن زيردريايي در آب، دريچه خروج هوا (دريچه اصلي) و دريچه ورود آب را باز مي‌كنند تا آب دريا وارد مخزن بالاست شود. به اين ترتيب وزن زيردريايي بيشتر از نيروي شناوري مي‌شود و زيردريايي در آب فرومي‌رود.

براي بالا آمدن زيردريايي دريچه اصلي را مي‌بندند و دريچه گاز فشرده شده را باز مي‌كنند تا هوا وارد مخزن بالاست شود. با ورود گاز به مخزن و خروج آب از دريچه‌هاي پائيني، وزن زيردريايي كم مي‌شود و نيروي شناوري آن را بطرف بالا مي‌برد.

http://pnu-club.com/imported/mising.jpg

پروانه نصب‌شده در انتهاي دم زيردريايي با چرخش خود، زيردريايي را به جلو و با چرخش برعكس به عقب! هدايت مي‌كند. براي شيرجه رفتن بطرف پائين (درهنگام حركت به جلو) انتهاي بالهاي جلو بطرف بالا و انتهاي بالهاي عقب بطرف پائين كج مي‌شوند و براي اوج گرفتن نيز انتهاي بالهاي جلو بطرف پائين و انتهاي بالهاي عقب زيردريايي بطرف بالا كج مي‌شوند تا (مانند پرواز هواپيما در هوا ) مسير سيال عبوري (آب) از بالها براي حركت به مسير دلخواه تغيير يابد و نيروي بالابر يا پائين‌بر توليد شود.

http://pnu-club.com/imported/mising.jpg

براي حركت به چپ و راست نيز از سكان عقب كمك گرفته مي‌شود. مثل حركت كشتي و هواپيما (درهنگام حركت به جلو ) با كج كردن سكان به چپ، زيردريايي به چپ و با كج كردن سكان به راست، زيردريايي بطرف راست خواهد چرخيد.

پريسكوپ داخل زيردريايي هم از 2 آينه كج با زاويه 045 درجه ساخته شده تا خدمه بتوانند با چرخاندن آن، كشتي‌هاي سطح آب را مشاهده كنند.

http://pnu-club.com/imported/mising.jpg

از آنتن راديويي هم براي ارسال سيگنال به اطراف و برقراري ارتباط با ديگر زيردريايي‌ها و كشتي‌هاي ديگر و نيز از فرستنده ديگري ( رادار ) براي تشخيص موانع سرراه زيردريايي كمك مي‌گيرند.

[Borna66]

ماهواره ها و فركانس هاي مخابراتي
ماهواره ها و فركانس هاي مخابراتي


لايه أنيوسفر در فركانس حدود 30 مگا هرتز به صورت شفاف عمل مي كند. علائم ارسالي بر روي اين فركانس مستقيما از ميان آن مي گذرد و در فضاي بيرون گم مي شوند. اين فركانس ها همچنين در خط مستقيم ديد حركت مي كنند. به اين دلايل براي مقاصد ارتباطي آن ها را بايد به طريقه هاي گوناگون به كار گرفت. فركانسهاي 30 تا 300 مگاهرتز بسيار مفيد و كارامد هستند چون انتشار آنها با وجود محدود بودن پايدار است. اين امواج با چنين فركانسي براي امواج تلويزيون كارامدند زيرا فركانسهاي بالاي آن ها اجازه حمل مقادير فراواني از اطلاعات مورد لزوم را مي دهد و براي پخش صداي داراي كيفيت بالا نيز سودمند مي باشد. علت اين امر اين است كه در اين محدوده از فركانس براي كانالهاي پهن جا وجود دارد. قسمتي از باند UHF را كه بين 790 تا 960 مگاهرتز قرار دارد مي توان براي مرتبط ساختن ايستگاههايي با فاصله بيش از 320 كيلومتر به شيوه به اصطلاح پراكندگي در لايه تروپوسفر زمين به كار برد. اين شيوه به توانايي گيرنده دوردست در گرفتن بخش كوچكي از علائم فركانس UHF كه به دليل ناپيوستگي هاي بالاي لايه تروپوسفر پراكنده شده بستگي دارد. يعني علائم در جايي پراكنده مي شوند كه تغييرات شديدي و تندي در ضريب شكست هوا وجود دارد.


امواج مايكروويو چه نوع امواجي هستند؟


فركانس هاي بين 3000 تا 12000 مگاهرتز براي رابطهاي در خط مستقيم كه در آن پيام رساني از طريق آنتن هايي بر فراز برجهاي بلند ارسال مي شود به كار مي رود. ايستگاههاي تكرار كننده را كه ساختاري برج مانند دارند نيز در فواصل 40 تا 48 كيلومتري ( معمولا بالاي تپه ها ) كار مي گذارند. اين ايستگاهها امواج را مي گيرند تقويت مي كنند و دوباره به مسير خود مي فرستند. بخش مربوط به امواج مايكروويو براي ارتباط مراكز پرجمعيت بسيار مفيد است چون فركانس بالا به معناي آن است كه امكان حمل باند عريضي از طريق مدولاسيون وجود دارد و اين نيز به اين معني است كه هزاران كانال تلفن را مي توان روي يك فركانس مايكروويو فرستاد. باند عريض اين نوع فركانس اجازه مي دهد كه علائم ارسالي تلويزيون سياه و سفيد و تلويزيون رنگي بر روي يك موج حامل منفرد ارسال شوند و چون اين امواج داراي طول موج بسيار كوتاه هستند براي متمركز كردن علائم رسيده مي توان از بازتابنده هاي بسيار كوچك و اجزاي هدايت مستقيم بهره گرفت.


ماهواره چيست ؟


دستگاههاي ارتباطي ماهواره ها در باند مايكروويو عمل مي كنند در واقع ماهواره ها صرفا ايستگاه مايكروويو غول پيكري است در مدار زمين كه با كمك پايگاه زميني بازپخش مي شود. اين مدار تقريبا دايره شكل در ارتفاع 36800 كيلومتري بالاي خط استوا قرار دارد و در اين فاصله سرعت ماهواره با سرعت زمين برابر است و نيروي خود را به وسيله سلولهاي خورشيدي از خورشيد مي گيرد. نيروي جاذبه زمين شتاب زاويه شي قرار گرفته در مدار را دقيقا بي اثر مي سازد. در اين فاصله دور چرخش ماهواره ها با حركت دوراني زمين كاملا همزمان و برابر است و باعث مي شود ماهواره نسبت به نقطه مفروض روي زمين ثابت بماند.

ايستگاه زميني در كشور اطلاعات را با فركانس 6 گيگاهرتز ارسال مي كند. اين فركانس فركانس UPLINK ناميده مي شود. سپس ماهواره امواج تابيده شده را گرفته و با ارسال آن به نقطه ديگر كه بر روي فركانس حامل متفاوت DownLink برابر 4 گيگا هرتز است عمل انتقال اطلاعات از فرستنده به گيرنده را انجام مي دهد. در واقع ماهواره اطلاعات گرفته شده را به سمت مقصد تقويت و رله مي كند. آنتن ماهواره ترانسپوندر نام دارد. از مدار همزمان با زمين هر نقطه از زمين بجز قطبين در Line of sight است. و هر ماهواره مي تواند تقريبا 40 % از سطح زمين را بپوشاند. آنتن ماهواره ها را طوري مي شود طراحي كرد كه علائم پيام رساني ضعيف تر به تمام اين ناحيه فرستاده شود و يا علائم قويتر را در نواحي كوچكتري متمركز كند. بر حسب مورد اين امكان وجود دارد كه از ايستگاه زميني در كشوري فرضي به چندين ايستگاه زميني ديگر واقع در كشورهاي گوناگون علائم ارسال كرد. به طور مثال : وقتي برنامه اي تلويزيوني در تمام شهر ها و دهكده هاي يك يا چند كشور پخش شود در اين حالت ماهواره ماهواره پخش برنامه است ولي وقتي علائم ارسال ماهواره در سطح گسترده اي از زمين انتشار يابد ايستگاههاي زميني بايد آنتنهاي بسيار بزرگ و پيچيده اي داشته باشند. هنگامي كه علائم ارسالي ماهواره در محدوده كوچكترين متمركز مي شوند و به حد كافي قوي هستند مي توان از ايستگاههاي زميني كوچكتر ساده تر و ارزانتر استفاده كرد.

از آنجاييكه ماهواره ها براي جلوگيري از تداخل امواج راديويي بايد جدا از هم باشند لذا شماره مكان هاي مداري در مدار همزمان با زمين كه امكان استفاده آن براي ارتباطات وجود دارد محدود است. از اين رو جاي شگفتي نيست كه وظيفه مديريت در امور دستيابي به مدار و استفاده از فركانس ها براي انواع روز افزون و متنوع كاربردهاي زميني و ماهواره اي بوسيله شمار روزافزوني از كشورها بي نهايت دشوار شده است. از سويي استفاده از ماهواره ها در كش.رهاي متمدن و پيشرفته به عملكرد دقيق و عمليات روز به روز دقيق تر نه تنها از نظر به كارگيري شيوه خودشان بلكه از نظر همسايگانشان در مدار همزمان با زمين نياز مي باشد. برخي از ماهواره ها نيز در مدار ناهمزمان با چرخش زمين non- geosynchronous قرار داده مي شوند.در ماهواره هاي ناهمزمان با مدار زمين ماهواره ديگر در ديد ايستگاه زميني نيست زيرا كه سطح افق زمين را پشت سر مي گذارد و از ديررس خارج مي شود در نتيجه براي اينكه ارسال همواره ادامه يابد به چندين ماهواره از اين نوع نياز است و چون نگهداري و ادامه كار چنين شيوه ارتباطي بسيار پيچيده و گران است لذا كاربران و متخصصان طراحي ماهواره ها بيشتر جذب ماهواره همزمان با زمين مي شود.


فركانس هاي بالاي فركانس مايكروويو چه نوع فركانس هايي هستند؟


با كشف ليزر براي نخستين بار آن قسمت از محدوده فركانسي كه بالاتر از باند فركانس هاي مايكروويو بودند به منظور حمل پيام هاي بي سيم در نظر گرفته شدند. پرتو هاي ليزري تحت تاثير عواملي مانند مه - غبار -- خرابي وضع هوا و روزهاي بسيار داغ به شدت ضعيف مي شوند. اگر چه ليزر براي حمل اطلاعات تا مسافت هاي كوتاه خط ارتباطي بسيار عالي ايجاد مي كند ولي چون پرتو ليزر خاصيت هدايت شونده بالايي دارد بازداشتن يا سد كردن آن بسيار دشوار است. اين امر سبب مي شود براي ارتش و بعضي از مقاصد نظامي كه شيوه هاي آن ها بايد داراي حفظ اسرار باشد بسيار سودمند است در ضمن دستگاه ليزر براي كاربردهاي ارتباط سيار از سبكي و قابليت حمل خوبي برخوردار است. برخلاف امواج راديويي امواج نوري را نمي توان با عبور دادن جريان هاي متناوب در سيم ها توليد كرد آن ها تنها با فرايند هايي كه داخل اتم روي مي دهد به وجود مي ايند فن آوري تار نوري مشابه موج رسان فلزي مايكروويو براي پرتو تاباني الكترومغناطيسي در ناحيه نور مرئي تعريف شده است. اين شيوه به طور كلي شامل رشته اي شيشه اي با نازكي موي انسان است كه از هدر رفتن انرژي نور در مسافت طولاني جلوگيري مي كند همچنين بر خلاف پرتوي نور معمولي پرتوي نور ليزري تكفام است يعني فقط داراي يك فركانس تنها است. پرتوي ليزر داراي گستره پهن فركانس است كه خاصيت گسيختگي نور را ندارد به همين دليل آن ها را مي توان دقيقا به همان طريق كه با فركانس هاي مايكروويو تعديل مي شوند و تغيير نوسان مي دهند را با پيام هاي تلفني و اطلاعات و علائم تصويري تعديل كرد.

به هر حال چون فركانس آن ها خيلي بالاتر است به تناسب آن مي توان تعداد بيشتري از امواج و كانالها را انتقال دهند. به طور كلي مقايسه بين شيوه هاي مختلف ارسال امكان پذير مي باشد. روابط بين فرستنده و گيرنده خواه انتشار از روي سيم و خواه از هوا به نوع ساخت شيوه ارتباطي بستگي دارد و به همين ترتيب باند به فركانس به كار رفته به شرايط حل مساله ارتباطاتي وابسته است. بيشتر فركانسهاي در دسترس را مقررات ملي و توافق هاي بين المللي تعيين مي كنند. اگر چه تصميمات مربوط به شيوه ها و نحو ارسال امري فني به شمار مي آيد ولي در اكثر اوقات ملاحظات سياسي آن را در بر مي گيرد.

[Borna66]

Mri چيست ؟
MRI=magnetic resonance imaging

يكي از بهترين تكنيكهادر دنياي پزشكي در تشخيص بيماريها استفاده از تصويربرداري تشديد مغناطيسي(MRI)است كه بدون تابش اشعه ايكس مي توان اسكن هاي واضحي از بافتهاي مختلف بدن گرفت .

پديده تشديد مغناطيسي اولين بار تو سط دو فيزيكدان بنامهاي فليكس بلاچ و ادوارد پاركل بطور جداگانه كشف گرديد با اين كشف انها در سال 1952 مفتخر به دريافت جايزه نوبل گرديدند.

سرانجام در سال 1970 دكترريموند دامادين به اين فكر افتاد كه از فراواني اب در بدن براي تصوير برداري به روش تشديد مغناطيسي استفاده كند

در اين روش براي ايجاد يك تصوير سه بعدي بدن از سه جهت تحت تابش يك ميدان مغناطيسي قوي قرار مي گيردكه شدت ان گاهي 60000 برابر شدت ميدان مغناطيس زمين مي باشد.

وچون در تمام اندامهاي بدن به ميزان معيني اب وجوداردبديهي است كه هيدروژنهاي موجود در اب كه دوقطبي هستند تحت تاثيرميدان مغناطيسي قرار گيرندو تقريبا در يك جهت بخط شوندكهاگر در اين حالت به بدن امواج راديويي با فركانس معين بتابانيم سبب توليد يك جريان الكتريكي توسط هيدروژن خواهد شد و مي توان با يك تقويت كننده وكامپيوتر تصويري از ان ناحيه معين بوجود اورد.

پزشكان با استفاده از اين تكنيك ارزشمند توانستند از بافتهاي مختلفي مانند مغز تصاوير واضحي بدست اورند در شكل زير يك اسكن از سر انسان بروش MRIرا ميبينيداگرتوموري در ان باشد ان تومور به صورت لكه اي در تصوير ظاهر خواهد شدكه رنگش با ساير نقاط سر متفاوت است زيرا ميزان هيدرژن تومور با ميزان هيدرژنهاي اطراف فرق ميكند بنابراين پس از تابش امواج راديويي سيگنالها ودر نتيجه تصوير مربوط به ان ايجاد مي شود امروزه پزشكان با استفاده از اين فناوري مي توانند با تشخيص محل لخته شدن خون در قلب و يا مغز از وقوع سكته در انسان جلوگيري كنند.

هنگامي كه بيماري براي اسكن به اين روش اماده ميشود بايد دقت شود كه همراه وي هيچ گونه فلزي نباشد زيرا سبب اختلال در تصوير مي شود.همچنين افرادي كه در دستها يا پاهايشان پلاتين كار گذاشته شده ويا افرادي كه از باطريهاي قلب استفاده ميكنند نبايد از اين روش براي عكس برداري استفاده نمايند.زيرا وسايل فلزي تحت تاثير ميدان مي توانند در بدن حركت كنند.

[Borna66]

فيزيك پزشكي

منبع / نويسنده : دانشنامه رشد

فيزيك پزشكي (Medicale Physics)

فيزيك پزشكي به معني كاربرد فيزيك در حرفه پزشكي است، مانند راديوگرافي ، سونوگرافي
، بينايي‌سنجي و غيره. چون بيوفيزيك به معني فيزيك حيات است، فيزيك پزشكي درباره
فيزيك حيات بشر بحث مي‌كند. مانند گردش خون ، آناتومي گوش ، آناتومي چشم و غيره. از
طرفي بكارگيري اصول و قوانين اين گروههاي علمي در طرح‌ريزي و يا ساختن يك سيستم ،
به ترتيب مهندسي پزشكي و بيومهندسي ناميده مي‌شود.



تاسيس دوره‌هاي آموزشي مهندسي پزشكي و بيومهندسي از ضروريات يك جامعه پشرفته است.
از طرف ديگر ، آموزش فيزيك و بيوفيزيك پزشكي ، مقدم بر آموزش تكنولوژي و يا مهندسي
پزشكي است. به عبارت ديگر ، مي‌توان چنين بيان كرد كه فيزيك پزشكي ، ابزاري بسيار
قوي و قدرتمند است كه مي‌تواند در اختيار پزشكان و مهندسان پزشكي قرار گيرد. در
واقع در ساير رشته‌هاي مهندسي نيز تقريبا همين شرايط حاكم است. به‌عنوان مثال ، در
فيزيك الكترونيك ساختار قطعات الكترونيكي به ‌دقت مورد بررسي قرار مي‌گيرد. حال
آنكه در مهندسي الكترونيك بيشتر كاربرد اين قطعات مورد تاكيد قرار مي‌گيرد.



ضرورت آشنايي با فيزيك پزشكي



امروزه به ‌واسطه پيشرفت سريع تكنولوژي و افزايش روزافزون دستگاهها در بيمارستانها
و كلينيكها نه تنها وجود هزاران مهندس پزشكي در جامعه ما مورد نياز است، بلكه
پزشكان و پيراپزشكان بايد در زمينه نگهداري از دستگاهها نيز توانا باشند و لازمه
اين امر نيز آشنايي با فيزيك پزشكي است.



عواقب بي‌‌توجهي به فيزيك پزشكي



بي‌توجهي به اصول فيزيكي حاكم بر كار تشخيص و درمان ، باعث تشديد بيماري ، اتلاف
وقت و سرمايه ملي و بالاخره اتلاف جان بيماران خواهدشد. به ‌عنوان مثال ، مي‌توان
از بي‌دقتي در اندازه‌گيري مواد راديواكتيو مصرفي در بخش پزشكي هسته‌اي ياد كرد كه
گاهي باعث نمايش نادرست تصوير ارگان مورد آزمايش مي‌شود. اگر بخواهيم تمام
ناهماهنگيها و گرفتاري‌هاي حاصل از ناآگاهي از فيزيك پزشكي را بيان كنيم، شايد
چندين مقاله نيز كفايت نكند.



فوايد آشنايي پزشكان و پيراپزشكان با فيزيك پزشكي



براي انجام صحيح كارهاي تشخيصي و درماني و جلوگيري از آسيبهاي وارده به بيماران و
حفظ و حراست دستگاهها ، بايد به فيزيك مربوطه تسلط داشته‌ باشيم. بدين معني كه همه
فارغ‌التحصيلان رشته‌هاي پزشكي و پيراپزشكي بايد به اصول فيزيك پزشكي آشنايي كافي
پيدا كنند، تا به نگهداري از دستگاهها و انجام صحيح كار با آنها توانايي داشته
‌باشند. در اين صورت نه‌ تنها احتياج ما به مهندسي پزشكي بصورت روزافزون احساس
نمي‌شود، بلكه از آسيب‌ديدن دستگاهها و خريد دستگاههاي ناخواسته جلوگيري خواهد شد.




چگونه فيزيك پزشكي بخوانيم؟



فيزيك پزشكي يكي از گرايشهاي فيزيك در مقطع كارشناسي ارشد مي‌باشد. به ‌بيان ديگر ،
دانشجويان رشته فيزيك بعد از اخذ مدرك كارشناسي در اين رشته ، مي‌توانند بعد از
امتحان ورودي وارد رشته فيزيك پزشكي شده و مدرك فوق ليسانس خود را در اين رشته اخذ
نمايند. البته لازم به ذكر است كه در كشور ما ، در مقايسه با ساير گرايش‌هاي رشته
فيزيك كه در بيشتر دانشگاهها ارائه مي‌گردد، گرايش فيزيك پزشكي در تعداد كمي از
دانشگاهها وجود دارد.



ارتباط فيزيك پزشكي با ساير علوم



مي‌توان گفت كه رشته فيزيك تقريبا با بيشتر شاخه‌هاي علوم ارتباط دارد. رابطه فيزيك
با پزشكي نيز از طريق فيزيك پزشكي برقرار مي‌شود. به ‌بيان ديگر ، فيزيك پزشكي
مانند پلي است كه بين شاخه‌هاي مختلف فيزيك و پزشكي وجود دارد. به ‌عنوان مثال ،
فيزيك پزشكي با گرايش‌هاي ليزر و فيزيك هسته‌اي ارتباط تنگاتنگ دارد.



آينده فيزيك پزشكي



با توجه به كاربردي كه علوم در بهينه‌سازي زندگي بشر دارد، توجه انديشمندان و
نخبگان دنيا به پيشرفت و ترقي شاخه‌هاي مختلف علمي معطوف شده است. لذا در حال حاضر
شاهد پيشرفت وسيع تكنولوژي هستيم. هر روز وسايل جديد و پيشرفته‌تري ساخته مي‌شوند
كه نسبت به وسايل قبلي از كارايي بيشتري برخوردار هستند. بوجود آمدن وسايل پيشرفته
و استفاده از آنها نيازمند تربيت افراد متخصص در اين زمينه است.



به بيان ديگر ، هر روز وسايل مختلف پيشرفته‌اي در علم پزشكي بوجود مي‌آيند. مثلا
چاقوي ليزري ، چاقوي پلاسمايي و ... چند نمونه از اين موارد فوق‌العاده زياد هستند.
اما براي استفاده بهينه از اين وسايل و جلوگيري از صدمات جانبي آنها كه جان
بيماراني را كه بوسيله اين ابزار مورد درمان قرار مي‌گيرند، وجود متخصصين فيزيك
پزشكي ، امري اجتناب ناپذير است. بنابراين بايد در اين زمينه سرمايه‌گذاري بيشتري
انجام شده و نسبت به تربيت چنين افرادي اقدام شود، تا ما نيز در آينده بتوانيم از
اين حيث به خودكفايي برسيم و شاهد هيچگونه آسيبي ناشي از استفاده نادرست اين
ابزارها نباشيم.

[Borna66]

نگاهي به جديدترين طرح توليد انرژي در قرن بيست و يكم
امروز سوخت و انرژي در دنيا به چند دسته كلي تقسيم مي شوند. سوخت هاي فسيلي و سوخت هاي غيرفسيلي و انرژي هاي تجديد پذير و غيرقابل تجديد.

سوخت هاي فسيلي عبارتند از: نفت، گاز و زغال سنگ كه با اكسيژن هوا تركيب مي شوند و ايجاد انرژي به شكل حرارت مي كنند. اين سوخت ها در مقايسه با سوخت هاي ديگر انرژي كمتر توليد مي كنند. مثلاً يك كيلوگرم زغال سنگ حدود 8 كيلووات ساعت انرژي توليد مي كند و يك كيلوگرم نفت حدود 12 كيلووات ساعت انرژي توليد مي كنند. اين سوخت ها آلوده كننده محيط زيست نيز هستند.

به علاوه جزء ذخاير غيرقابل تجديد بوده و داراي مشكلات زيادي در حمل و نقل ايمني نيز هستند. مانند گازگرفتگي (خفگي) يا توليد گاز سمي منوكسيد كربن. دسته ديگر از سوخت ها شامل سوخت هاي هسته اي هستند مانند اورانيوم يا پلوتونيوم يا ايزوتوپ هاي هيدروژن مانند دوتريوم يا تريتيوم يا فلز سبك ليتيوم. اين سوخت ها در مقايسه با سوخت هاي دسته اول داراي امتيازات مثبت و منفي هستند. اول اينكه در اين سوخت ها بعضي ايزوتوپ ها توانايي توليد انرژي به وسيله تكنولوژي فعلي بشر را دارد مانند ايزوتوپ هاي كمياب اورانيوم 235 يا پلوتونيوم 239 يا اورانيوم 233 كه به اين ايزوتوپ ها شكاف پذير مي گويند. امتيازات اينها عبارتند از توليد مقادير زياد انرژي به وسيله حجم كم ماده سوختني. مثلاً از يك كيلوگرم اورانيوم 235 يا پلوتونيوم 239 مي توان مقدار 23 ميليون كيلووات ساعت گرما ايجاد كرد، اما مشكلاتي نيز دارند از آن جمله اين كه: غني سازي و توليد اين ايزوتوپ ها مشكلات و هزينه زيادي دارند. دوم اينكه، اين سوخت هاي هسته اي سنگين پس از توليد انرژي مقادير زيادي ايزوتوپ هاي پرتوزا از خود به جاي مي گذارند كه به زباله هاي هسته اي موسوم است.

اين زباله ها براي محيط زيست و سلامت افراد خطرناك هستند و بايد براي صدها سال در انبار هاي محكم نگهداري شوند تا راديواكتيو آن از بين برود. دسته ديگر از سوخت هاي هسته اي شامل عناصر سبك مانند دوتريوم يا تريتيوم يا ليتيوم هستند كه قرار است در راكتور هاي گداخت يا همجوش هسته اي توليد انرژي كنند. البته تاكنون از اينها در بمب هاي هيدروژني بهره برداري نظامي و تسليحاتي مي شد، اما براي توليد انرژي براي مصارف صلح آميز تكنولوژي راكتور هاي گداخت بايد تكميل شود، اين سوخت ها معايب و مزاياي فراواني دارند. اول توليد نوترون و تشعشعات نوتروني مي كنند كه بايد در راكتور هاي همجوشي هسته اي به نحوي جذب و كنترل شوند دوم اينكه تريتيوم نبايد از راكتور نشت كند زيرا يك ايزوتوپ راديواكتيو است.مزاياي اين سوخت ها عبارت از اين كه فراوان در دسترس هستند و دوم اينكه توليد انرژي زيادتري نسبت به اورانيوم يا پلوتونيوم مي كنند. مثلاً انرژي حاصل از گداخت هيدروژن به هليوم مساوي است با 177 ميليون كيلووات ساعت در صورتي كه انرژي حاصل از اورانيوم برابر است با 23000000 كيلووات ساعت. بنابراين يك كيلوگرم هيدروژن حدود 8 برابر يك كيلوگرم اورانيوم توليد انرژي مي كند.

انواع ديگر انرژي عبارتند از: انرژي خورشيدي، انرژي باد، انرژي زمين گرمايي و انرژي بيوگاز كه مشكل بزرگ اين انرژي تجديدپذير اينكه بازده انرژي اينها پايين است و دوم اينكه دائمي نيستند و سوم اينكه تكنولوژي بشر براي استفاده مقياس زياد از اينها تكميل نيافته است. ما در اين مقاله سعي مي كنيم جديدترين طرح توليد انرژي كه شايد يكي از منابع انرژي قرن 21 باشد را معرفي كنيم. اين طرح توليد انرژي عبارت از شتاب دهنده ذرات اتمي براي توليد انرژي زياد، عملكرد اين سيستم و دستگاه براساس استفاده از ميدان هاي الكتريكي و مغناطيسي براي شتاب دادن و كنترل ذرات باردار الكتريكي تا مرز سرعت نور است. اين سيستم ها قادر هستند سرعت الكترون ها و پروتون ها را تا مرز سرعت نور شتاب دهند. وقتي ذرات تا اين حد شتاب يافتند سطح انرژي آنها چند ميليون برابر مي شود و داراي انرژي عظيم و فراواني مي شود. يك مثال نشان دهنده اين مطلب است، به عنوان مثال شتاب دهنده پروتون در آزمايشگاه فرمي آمريكا قادر است ذرات پروتون را تا يك تريليون الكترون ولت (Tev) شتاب دهد.

اگر ما به وسيله اين شتاب دهنده پروتون هاي يك گرم هيدورژن معمولي كه در آب زياد است را تزريق كنيم و شتاب دهيم انرژي پروتون ها برابر خواهد بود با انرژي 26 ميليارد كيلووات ساعت انرژي، كه مساوي است با انرژي توليد شده به وسيله شكافت حدود 1200 كيلوگرم اورانيوم يا 15 ميليون بشكه نفت. همه اين انرژي عظيم و غيرقابل باور فقط به وسيله شتاب دادن پروتون هاي يك گرم هيدروژن تا سطح انرژي يك تريليون الكترون ولت است. پس با اين محاسبات دانستيم كه شتاب دهنده ها داراي چه قدرت عظيمي هستند.

شتاب دهنده ها به چند دسته كلي تقسيم بندي مي شوند

1 - شتاب دهنده هاي خطي

2 - شتاب دهنده هاي مداري

3 - شتاب دهنده سيلكووترون

علاوه بر آن ساخت و نگهداري شتاب دهنده آسان و كم هزينه است. در ضمن مي توان اين سيستم هاي مولد را در ابعاد و مقياس هاي مختلف ساخت به عنوان مثال يك شتاب دهنده خطي كه طول آن 100 متر و ولتاژ آن 10 ميليون ولت است كه قادر است انرژي معادل يك گيگا (Gev) الكترون ولت توليد كند. اين انرژي معادل است با انرژي 26 ميليون كيلووات ساعت در هر ثانيه. اگر تنها موفق شويم 50 درصد انرژي اين شتاب دهنده را استفاده كنيم اين شتاب دهنده قادر است معادل 20 هزار نيروگاه اتمي در مقياس نيروگاه اتمي هزار مگاواتي نيروگاه بوشهر توليد انرژي كند. يعني قادر خواهد بود 20 ميليون مگاوات انرژي الكتريكي توليد كند.

علاوه بر آن از حرارت و گرماي توليدي اين دستگاه مي توان براي بخار كردن آب دريا و توليد آب شيرين استفاده كرد. محاسبات نشان مي دهد كه اين سيستم قادر خواهد بود در سال معادل بارندگي ساليانه كشور آب شيرين توليد كند، بدون اينكه هوا را آلوده كند يا مشكلاتي از قبيل زباله هاي هسته اي يا پس مانده و آلودگي ايجاد كند، در واقع يكي از بهترين منابع انرژي خواهد بود. سوخت مصرفي اين دستگاه تنها چند گرم هيدروژن معمولي است انرژي توليدي از يك دستگاه شتاب دهنده يك گيگا الكترون ولت (Gev) برابر است با انرژي حاصل از سوختن 2500000 ليتر بنزين خواهد بود. بنابراين اگر به مدت يك سال كار كند معادل انرژي 500 ميليارد بشكه نفت انرژي توليد مي كند.

ارزش اقتصادي اين مقدار انرژي كه 2 برابر انرژي ذخاير نفت عربستان سعودي است با احتساب قيمت هر بشكه نفت بر مبناي 20 دلار برابر است با 10 تريليون دلار. در صورتي كه ما از اين سيستم شتاب دهنده استفاده كنيم نيازي به سوزاندن اين حجم عظيم نفت و گاز براي توليد انرژي نداريم. مزاياي اين سيستم عبارتند از: 1- مي توان در ابعاد و اندازه هاي مختلف ساخت. 2- هزينه ساخت و نگهداري آن كم بوده است. 3- هيچ گونه زباله يا آلودگي محيطي توليد نمي كند. محصول نهايي آن آب خالص يا بخار آب است. 4- با استفاده از اين دستگاه عملاً عمر منابع انرژي نامحدود مي شود و منبع عظيمي از انرژي در دسترس خواهد بود.

در حوزه ذرات

1- الكترون ولت: واحد انرژي است و برابر انرژي يك الكترون يا پروتون وقتي از اختلاف پتانسيل يك ولت عبور كند برابر است با

1.6 * 10^-19


ژول

2 _ يك گرم هيدروژن

6.02*10^23


اتم بوده كه به آن يك اتم گرم يا يك مول هيدروژن گويند.

اگر اين مقدار هيدروژن از شتاب دهنده يك (Gev) عبور كند معادل انرژي آن برابر خواهد بود:

9.6*10^13


ژول

يك كيلووات ساعت برابر است با 3600000 ژول. بنابراين انرژي آن برابر است با 26 كيلووات ساعت.

9.6*10^13


ژول تقسيم بر 3600000 مساوي

26*10^5