القطب المغناطيسى الأحادى والكوارك الحر

 

القطب المغناطيسى الأحادى والكوارك الحر

 

إن توحيد القوى الكهرومغناطيسية والنووية القوية والضعيفة بنظريات التوحيد العظمى

( الأوتار الفائقة ) ( GUTS ) والجاذبية غامضة وبعيدة عن نطاق نظريات التوحيد العظمى وقد تدمج فى نظرية كل شىء ( الأوتار الفائقة ) ( TOE ) .

 

القطب المغناطيسى الأحادى :

إن فرضيات نظريات التوحيد العظمى أن الجسيمات عالية الكتلة صدرت أثناء الانفجار العظيم

( Big Bang ) الذى حدث فى بداية خلق الكون منذ نحو ( 13.7 بليون سنة ) وأن القليل منها لا يزال باقيا فى الكون حيث يسقط أحد الجسيمات دون الذرية الثقيلة على الأرض مع الأشعة الكونية والقطب المغناطيسى الأحادى أقل الجسيمات دون الذرية الشبحية تناقضا إنه جسيم يحمل وحدة واحدة من الشحنة المغناطيسية ( قطب مغناطيسى مفرد ) وإن للمغناطيس قطبا شماليا وقطبا جنوبيا فى محاولة لفصل كل قطب على حدة إذ سوف ينتج مغناطيسيين صغيرين كل له قطب شمالى وقطب جنوبى ولم يتوقع أحد وجود القطب المغناطيسى الأحادى إذ أن المغناطيسيات ثنائية الأقطاب وعن طريق اكتشاف البروتون عام ( 1931 ) احتمال وجود الأقطاب المغناطيسية الأحادية وهناك سببان للاهتمام بالأقطاب المغناطيسية الأحادية :

1 ) توقعت نظريات التوحيد العظمى وجود الأقطاب المغناطيسية الأحادية بكتلة تقترب من طاقة القياس للاتحاد الأعظم ويكون فى حدود آلاف الملايين من الالكترون فولت ( جيجا الكترون فولت ) والالكترون فولت ( ev ) وحدة لقياس الطاقة وهى كمية الطاقة التى يكتسبها إلكترون وحيد عند تسريعه بواسطة جهد كهربائى ساكن قيمته ( 1 فولت ) فى الفراغ وهو ما يوازى كتلة تبلغ حوالى

( 100 من المليون من الجرام ) وزن بكتريا واحدة .

وقد يتفاعل القطب المغناطيسى الأحادى مع الجسيمات دون الذرية الأخرى ويستطيع أن يسرع من انحلال البروتون ويسهل من حدوثه فى المادة التى يتخللها وتشير الحسابات إلى أنه لو أمكن تحويل كل كتلة البروتون لطاقة فإن واحدا من ذى القطب المغناطيسى الأحادى يمكنه أن يطلق طاقة هائلة بكل جرام من المادة وهى تزيد آلاف المرات عما ينتج من الاندماج النووى .

 

تهديد مستقبل المادة :

إن ايقاف القطب المغناطيسى الأحادى الذى يمكنه اختراق كوكب الأرض دون أن يفقد الكثير من الطاقة ويمكنه اختراق مادة النجوم النيترونية البالغة الكثافة والتهامها وإذا وجدت الأقطاب المغناطيسية الأحادية فسيكون عددها قليل جدا فإنها ستعادل المجالات المغناطيسية للمجرات .

فى عام ( 1982 ) أتت اشارة غامضة من مكشاف صغير وكان المكشاف يتكون من ملف فائق التوصيل من مادة ( النيوبيوم ) محاطا بدرع مغناطيسى يبلغ سمكة ( 5 سم ) وإذا مرت شحنة مغناطيسية خلاله فسوف يصدر تيارا يمر عبر الملف ولأن الملف فائق التوصيل فإن التيار سوف يستمر ويبقى دون أى عائق حيث ظهر التيار فجأة فى الملف وإن كمية التيار السارية كان حقيقيا وإن بعض التأثير التجريبى فالزمن وحده عن طريق ملفات أكبر يمكنها تغطية مساحات أكبر .

 

البحث عن الكوارك الحر :

ليست الأقطاب المغناطيسية الأحادية البقايا الأحادية التى نتجت عن الانفجار العظيم ( Big Bang )

عند خلق الكون فعلى مر السنين اكتشف علماء الفيزياء مئات الجسيمات دون الذرية من الكواركات

( Quarks ) ولم يتم رؤية الكوارك الواحد الحر والكواركات هى اللبنات الأساسية لمعظم المواد وفى كل معجل جديد يبحث علماء الفيزياء عن الكواركات الحرة فإن أحد الاحتمالات أن الكواركات تبدو خفيفة الوزن بداخل البروتون إلا أنها تكون بالغة الثقل عندما تكون حرة وهذا التضاد نتاج طبيعة القوة النووية القوية ولا تملك المعجلات الطاقة الكافية لإطلاق الكواركات فى المختبرات ولكن يوجد طاقة كافية فى الانفجار العظيم ( Big Bang ) ومحتمل وجود طاقة كافية فى بعض المنظومات النجمية الموجودة فى الكون التى مكنتها من اصدارأعداد هائلة من الكواركات الحرة والتى قد تصل للأرض فى الأشعة الكونية فلو كانت الكواركات الحرة تصل للأرض مع الأشعة الكونية فلابد وأنها نادرة جدا .

رءوف وصفى

تنقيح / أسامة ممدوح عبد الرازق مصطفى شرف

27 / 9 / 2015

الفيزياء وموجات الجاذبية

 

الفيزياء وموجات الجاذبية

إن إنشاء مرصد متطور لرصد موجات الجاذبية وأطلق الاكتشاف لمجال بحثى جديد فى علم الفلك يساعد على معرفة ما حدث فى اللحظات الأولى التى تلت الانفجار الكبير أو العظيم Big Bang وتبدأ القصة عام ( 1975 ) فعن طريق حضور العلماء لمؤتمر لوكالة ( ناسا الفضائية ) فعن طريق مناقشة حول ضرورة بناء أجهزة قادرة على رصد أبسط موجات الجاذبية .

فعن طريق تطوير وبناء مرصد ( موجات الجاذبية ) الذى يعمل بقياس الموجات التداخلية باستخدام شعاع الليزر ( ليجو ) فإن مرصد ( موجات الجاذبية ) ساعد العلماء على رؤية جوانب من الكون ولقد نجحت وحدات الاستشعار فى المرصد الذى يعمل بقياس الموجات التداخلية باستخدام شعاع الليزر ( ليجو ) فى تسجيل تغيرات محدودة فى الأماكن حيث يقل طولها أكثر من

( 10000 مرة ) عن قطر نواة الذرة .

 

الضوء وحده لا يكفى :

إن فهم الكون قبل سعى ( كوبرنيكوس ) لتتبع الأجرام السماوية فى الليل أو أن يوجه ( جاليليو ) تلسكوبه إلى كوكب ( المشترى / Jupiter ) سعى الإنسان لاستخدام الضوء من أجل فهم الكون فقد أعلنت الأشعة السينية ( X ) عن نشاط الأجرام القوية كالنجوم النيترونية والمستعرات العظمى ( السوبرنوفا ) المتفجرة وأظهرت الأشعة تحت الحمراء المقدمات الغبارية للنجوم حديثة الولادة كما ساهمت الموجات اللاسلكية فى رسم خريطة للإشعاع المتخلف عن الانفجار الكبير أو العظيم ( Big Bang ) .

ويوجد أشياء لا يمكن مشاهدتها باستخدام الضوء حيث يستخدم موجات الجاذبية بدلا من الضوء فى محاولة لرؤية المزيد عن طريق المرصد ( ليجو ) وإن رصد موجات الجاذبية يمكن أن يساعد فى فهم المزيد عن نشأة الكون وتطوره فيمكن للمرصد ( ليجو ) أن يساعد فى رصد أنواع الثقوب السوداء ( 2 ) ( الدوارة والثابتة ) التى يمكن أن تشرح طبيعة المادة المظلمة ( المادة الغامضة التى تشكل ( 80 % ) من كتلة الكون ) .

إن موجات الجاذبية تحدثها أشياء ما تزيد سرعتها أو تتباطأ خلال حركتها فى الزمكان وقد تنبأ

( آينشتين ) بوجودها فى عام ( 1915 ) وتنبأ فى الوقت نفسه بأنها ضعيفة جدا بشكل لا يمكن رصدها لكن ( ليجو ) وهو شبكة من المراصد وليس مرصدا واحدا حيث يمكن رصد موجات الجاذبية فعلا .

ويتكون المرصد من وحدتى رصد متطابقتين على شكل حرف ( L ) يوجد أحدهما فى ولاية واشنطن والأخرى فى لويزيانا وإذا ما مرت موجات الجاذبية خلال ذراع كل منهما البالغ طوله

( 2.5 ميل ) فإن الوحدتين تنضغطان وتتمددان بشكل تبادلى وتقوم شبكة من وحدات الليزر والمرايا برصد التغيرات .

والتحدى الرئيسى عند تصميم المرصد وبنائه هو منع أى اشارات مشابهة كالزلازل وحركة الشاحنات من خداع المرصد ليسجلها كموجات جاذبية .

ولقد رصد ( ليجو ) بعد تجديده موجات جاذبية نتجت عن تصادم ( 2 ) من الثقوب السوداء وشك العلماء فى خداع أو اهتزازات أخرى لكنهم تأكدوا من دقة رصد موجات الجاذبية وبعدها رصد المرصد ( 3 ) تصادمات أخرى وعن طريق اكتشاف التصادمات التى تشمل النجوم النيوترونية حيث كان اكتشافا مهما جدا .

 

الكيمياء : صور الجزيئات الحيوية عالية الوضوح :

بفضل التطورات الحديثة فى مجال تصوير الجزيئات الحيوية حيث أنه مصطلح واسع يشمل أشياء عديدة بدءا من الإبر أو الأهداب المستخدمة من قبل البكتيريا وحتى بناء فيروس زيكا .

وإن تكنولوجيا المجهر الإلكترونى المبرد فقد قدم العلماء عن طريق تكنولوجيا المجهر الإلكترونى المبرد رفع درجة وضوح الصور الملتقطة للجزيئات البيولوجية بما فيها الصور ثلاثية الأبعاد .

فإن تكنولوجيا المجهر الإلكترونى  المبرد فتح عالما جديدا أمام العلم لرؤية الجزيئات بأعلى درجات الوضوح ولمعرفة الكيفية التى تتفاعل بها .

إن تكنولوجيا المجهر الإلكترونى المبرد فى طريقها للوصول لصور عالية الوضوح للذرات المفردة حيث تنافس الصور التى يمكن الوصول إليها عن طريق التصوير البلورى بالأشعة السينية ليجد العلم نفسه أمام ثورة جديدة فى علم الكيمياء الحيوية والمجهر الإلكترونى معروف منذ زمن طويل حيث ظهرت نماذجه الأولى عام ( 1931 ) لكن كانت لها عيوب مهمة حدت من قدرة علماء البيولوجيا على الاستفادة منها فالمفروض أن يتم الحفاظ على العينات فى وعاء مفرغ الهواء والفراغ بدوره يؤدى لتجفيف الجزيئات البيولوجية ويغير من البناء الجزيئى حيث يتم قذف العينات عن طريق استخدام شعاع يقوم بإتلاف الجزيئات الحيوية .

ولقد ظهرت تكنولوجيا التصوير البلورى بالأشعة السينية مما ساعد على إنتاج صور استاتيكية ثابتة لبناء البروتينات إذا تم تحويلها إلى بلورات حيث كان الرنين المغناطيسى النووى يوفر صورا عالية الوضوح لبناء البروتينات ولكن البروتينات الصغيرة الذائبة .

إن تكنولوجيا المجهر الإلكترونى المبرد تسمح للحصول على صور عالية الوضوح لعدد من الجزيئات التى تستهدف العقاقير الجديدة وعن طريق تطوير تكنولوجيا المجهر الإلكترونى المبرد بسبب نتيجة قصور التصوير البلورى باستخدام الأشعة السينية حيث يتم العجز عن تحويل البروتينات الموجودة فى غشاء الخلية إلى بلورات حيث تم وضع غشاء خلية بكتيرية يحوى بروتينا ( البكتريوهودسبين ) فى ميكروسكوب إلكترونى حيث تم تغطيتها بالجلوكوز للحفاظ على رطوبتها وعن طريق خفض نسبة الطاقة فى الشعاع الموجه إليها ليحصل على صورة ذات تباين محدود لكن بمرور الوقت تمكن من الحصول على صور على درجة عالية من الوضوح بالاعتماد على انكسار الضوء الخاص بالجزيئات فى غشاء الخلية ولقد تم الحصول على صورة ثلاثية الأبعاد للبروتين .

كيف يمكن استخدام الشعاع محدود الطاقة فى تصوير جزيئات أقل تنظيما فى ترتيبها لتحاشى الحصول على صور لا تعطى درجة الوضوح المطلوبة ؟

وعن طريق التوصل لطريقة للاستفادة من البيانات بتقسيم الصور لمجموعات متشابهة من الأشكال ثم تم وضع متوسط لكل مجموعة مما ساعد على زيادة درجة الوضوح والتباين فى الصور ثنائية الأبعاد حيث تم تجميعها فى صور ثلاثية الأبعاد .

فتوجد مشكلة مع تجميد العينات البيولوجية حيث تسبب بلورات الثلج انكسارا فى الشعاع الإلكترونى مما يؤثر على درجة وضوح الصورة فإن الماء إذا تم تجميده بسرعة وتم تزجيجه كما يحدث مع الزجاج سوف يمنع من تكون بلورات ثلجية ومع اسقاط عينات فى إيثان مبرد باستخدام النيتروجين السائل لدرجة ( 196 مئوية ) تحت الصفر أمكن إنتاج صور واضحة مذهلة وبسبب سرعة تجميد الجزيئات أصبح من الممكن رصدها فى أشكال عدة مما يسمح بتجميع الصور فى صور متحركة تعيد عرض نمط حركتها .

 

ترجمة / هشام عبد الرؤوف

تنقيح / أسامة ممدوح عبد الرازق مصطفى شرف

29 / 11 / 2017

الفضاء

 

الفضاء

يعتبر الفضاء سرا من أسرار الحياة فلا يزال العلماء يواصلون البحث كثيرا فى الكون المكتشف بعض أسراره وحتى وقت قريب كانت دراسة الفضاء ضربا من الخيال الذى لا يستند إلى أيه حقائق علمية لكن التطور المذهل فى علوم الفضاء وتكثيف الدراسات من قبل العلماء المتخصصين جعل مجال الفضاء مادة خصبة للبحث واكتشاف الحقائق ووضع القوانين حتى استطاع الإنسان البحث فى الفضاء وما يحويه من مجرات ونجوم وكواكب وأجرام فضائية عن طريق التلسكوبات الفضائية كتلسكوب ( هابل / سبيتزر / كبلر ) .

لكن ما هو الفضاء ؟

إن الفضاء كل ما يحيط بكوكب الأرض من نجوم وكواكب ومجرات وأجرام فضائية كالصخور الفضائية المتمثلة فى ( الكويكبات / الشهب / النيازك / المذنبات ) وثقوب سوداء والموجات الإشعاعية كأشعة إكس / التحت الحمراء / الفوق بنفسجية / أشعة الميكروويف / الأشعة الكونية

والجسيمات دون الذرية والغازات والأبخرة والأتربة الكونية المتصاعدة والغبار الكونى حيث يشير مصطلح الفضاء إلى الكون الذى يحيط بكوكب الأرض من جميع الاتجاهات ( الشمال / الجنوب / الشرق / الغرب ) ولا يوجد حد معين أو مسافة محددة يمكن حصر الفضاء فيها فالله سبحانه وتعالى قد جعل الفضاء من الأشياء المحاطة بالكثير من الغموض الذى لا نعلم منها إلا القليل وضمن حدود معينة .

وتعتبر النجوم النيترونية المنتشرة فى الفضاء من أكثر الأشياء كثافة وتوجد كذلك النجوم النابضة كما تنتشر فيه روائح مميزة تشبه رائحة المعادن والأبخرة المتصاعدة من عملية اللحام ورائحة اللحوم المحروقة فعن طريق دراسة التركيبات الغازية حيث يوجد تركيز كبير لمركب

( الإيثيل فورمات ) فى مركز مجرة درب اللبانة / اللبانة / الطريق اللبنى / Milky Way ويولد فى الفضاء يوميا ما يقارب من ( 275 مليون نجم ) وتتساقط الأمطار على الكثير من الكواكب فى الفضاء لكنها أمطار فريدة من نوعها إذ تختلف من كوكب لآخر فمثلما يتساقط على كوكب الأرض الماء والثلج يتساقط على كوكب ( الزهرة / Venus ) حمض الكبريت والبعض الآخر من الكواكب يتساقط عليها الزجاج ويتساقط الماس على كوكب ( نبتون / Neptune ) والميثان على قمر ( تيتانو ) التابع لكوكب ( زحل / Saturn ) والحديد على كوكب آخر .

ويظهر شروق الشمس وغروبها فى الفضاء ( 16 مرة ) فى اليوم الواحد حيث أنها تشرق وتغرب كل ساعة ونصف على مدار اليوم أى أن دورة الليل والنهار غائبة فى الفضاء لغياب الجاذبية الأرضية فى الفضاء كما يمتلىء الفضاء بالأشعة الكونية التى تظهر على هيئة ومضات زرقاء منتشرة فيه وتعتبر البلازما أكثر المواد وفرة فى الفضاء .

ويعانى رواد الفضاء من الدوار وفقدان التوازن والشعور بالغثيان وعدم القدرة على النوم بعمق لإصابتهم بدوار الفضاء الذى يشبه دوار البحر كما توجد فى الفضاء سحابة عملاقة تتكون من الكحول وموجودة فى كوكبة ( العقاب ) ويوجد فى الفضاء أكثر من ( 100 مليار مجرة ) منها مجرات كبيرة ومتوسطة وصغيرة .

كما يحتوى الفضاء على أعداد ضخمة من الكواكب والنجوم والمجرات لكن الكوكب الوحيد المتاح للحياة ( كوكب الأرض ) لأن معظم الكواكب الأخرى إما حارة جدا أو باردة جدا .

 

شوقى الشرقاوى

تنقيح / أسامة ممدوح عبد الرازق مصطفى شرف

12 / 11 / 2017

الفرق بين الفلك والفضاء والكون

 

الفرق بين الفلك والفضاء والكون

إن مفهوم كل من الفلك والفضاء والكون وما المقصود بالعلوم الفلكية ؟ إن الفلك مدار الجرم السماوى أو مجال حركته والفضاء المدى الهائل ثلاثى الأبعاد الذى لا يمكن التعبير عن حدوده ويحتوى على كل صور المادة والطاقة التى يتكون منها الكون وتهتم بدراسة مختلف العلوم الفلكية وإلى وجود بلايين المجرات واحتواء كل منها على بلايين النجوم وعلى الكتلة الهائلة لكل نجم فإن الكون هائل الاتساع لأن متوسط كثافة المادة فى الكون تقدر بنحو ( 5 جرام / ألف مليون مليون كم مكعب ) أى ما يعادل وجود ذرة هيدروجين واحدة فى مكعب طول ضلعه 2.5 كم ولهذا تقترن أسماء كل من الفلك والفضاء والكون وإن العلوم الفلكية هى التى تبحث فى استكشاف الكون وتحديد خصائصه وتفسير طبيعته وتحليل ظواهره وحوادثه ويشتمل بالضرورة على دراسة المادة والإشعاع فى أرجاء الكون الفسيح وتتضمن العلوم الفلكية دراسة الأجرام السماوية كالشمس والقمر والكواكب والنجوم والسدم والمجرات وما بينها من مواد غازية وأتربة متناثرة وتجرى الدراسات بالاعتماد على قوانين الرياضيات والفيزياء والكيمياء والاعتماد على تكنولوجيات المواد والطاقة والمعلومات والاتصالات والرصد والقياس والفضاء .

 

أسامة ممدوح عبد الرازق مصطفى شرف

30 / 11 / 2017

العالم المصرى ( د / محمود الشريف )

 

العالم المصرى د / محمود الشريف

أول مصرى يرأس مركز لبحوث الليزر فى جامعة ( بروكسل ) الأمريكية ولقد قام بتطوير أزياء الجيش الأمريكى إلكترونيا وهو صاحب ( 12 ) براءة اختراع فى الليزر ولقد استعانت به اليابان فى بحوث الفضاء وتأمين ناطحات السحاب ضد الزلازل .

إنه العالم المصرى ( د / محمود الشريف ) واحد من أبرز العلماء والمخترعين فى أمريكا له 12 براءة اختراع فى مجالات مهمة من ضمنها الليزر وهو أول عالم مصرى مغترب تتعامل معه مراكز البحوث فى أمريكا قبل الحصول على الجنسية الأمريكية كما تطلب منه شركات ومراكز علمية متخصصة أن يجرى لها أبحاثا خاصة بها حتى أصبح ذات مكانة بارزة فى الأوساط العلمية فى أمريكا واليابان وفرنسا والصين وألمانيا والد / محمود الشريف من مواليد القاهرة عام 1942 ووالده كان يعمل مدير الشئون القانونية بوزارة التربية والتعليم وتخرج من كلية الهندسة جامعة القاهرة عام ( 1966 ) والتحق فور تخرجه بالقوات المسلحة المصرية وقام ببعض الدراسات فى الجامعات المصرية كما شارك فى العمليات عام ( 1967 ) وحرب الاستنزاف وحرب ( 1973 ) وكانت أصعب أيام عاشها خلال حرب الاستنزاف حيث قامت قوات العدو الاسرائيلى بعملية إغارة بالطائرات جوا وبإنزال دبابات من البحر الأحمر على المواقع المصرية بمنطقة الزعفرانة بمحافظة البحر الأحمر لتدخل القاهرة لأن منطقة الزعفرانة فى نظم الدفاع الجوى منطقة قريبة من العاصمة

وكانت المواقع الدفاعية ضعيفة فصدر أمر من وزير الحربية باستعادة الموقع بأسرع وقت ممكن واختاروا ( د / محمود الشريف ) للقيام بالمهمة فقام بتجهيز الموقع مرة أخرى واستخدم طرقا بسيطة فى الخداع وغير مكلفة وقام بتجهيز ( 8 ) مواقع متفرقة على مسافات متباعدة وابتكر دوائر إلكترونية استخدمها فى خداع طائرات العدو الاسرائيلى والرد عليها بأنظمة الدفاع الأرضية دون معرفة أماكن مواقع القوات المصرية وحاولت قوات العدو الاسرائيلى معرفة مكان مقر القيادة ولكن بدون جدوى ووضعت خطط أنظمة الدفاع الجوى بمنطقة الزعفرانة حتى حرب ( 1973 ) ومنحه الرئيس الراحل جمال عبد الناصر نوط الشجاعة وسلمه له بعد وفاته الرائيس أنور السادات وبعد انتصار مصر فى حرب اكتوبر ( 10 / 1973 ) بدأ يطور معلوماته لأن الحرب وما بعد انتصار مصر فى حرب ( 10 / 1973 ) وما شاهده فيها أعطاه درسا كبيرا وهو أن الإنسان يدرس ويطور ويتسلح بالعلم فبدأ يدرس دراسات عليا واستعد للحصول على درجة الماجستير من جامعة الاسكندرية عن استخدام الليزر فى نقل الإشارات .

س : كيف بدأ مشواره مع الليزر ؟

ج  : فى عام ( 1975 ) بجهده الخاص حيث كان تخصصه رادار وميكروويف حيث اعتاد منذ تخرجه من جامعة الاسكندرية أن يطور نفسه عن طريق الاطلاع وجمع الكتب فى المجالات العلمية المتخصصة فى الليزر واستخداماته وفى عام ( 1975 ) أعلن عن مسابقة للحصول على درجة الدكتوراة من أمريكا فى ( الليزر وتطبيقاته ) وتقدم للمسابقة وكان ترتيبه الأول وسافر لأمريكا وحصل على الماجستير من جامعة ( بنسلفانيا ) التى حصل منها ( د / أحمد زويل ) على الدكتوراه وكانت رسالة الماجستير فى ( الاستشعار فى الليزر ) ثم حصل على الدكتوراه فى ( الليزر وتطبيقاته فى الاتصالات ) من جامعة ( دركسل ) وعاد لمصر عام ( 1987 ) وأنهى عمله بالقوات المسلحة المصرية عام ( 1989 ) وكان آخر منصب له رئيس شعبة التعليم الهندسى بكلية الدفاع الجوى وهى الكلية التى أسهم فى إنشائها منذ بدايتها وأعد فيها قسم للرادار وسافر لأمريكا عام ( 1989 ) وبدأ مشوار حياته العلمية فى مجالات الليزر حيث قابله أحد العلماء الأمريكان ورشحه لمشروع علمى جديد وهو تخصص ( استخدام الألياف الضوئية ) وتخصص فى ذلك المجال ودرسه جيدا وأجرى به أبحاثا كثيرة وطور وابتكر فيه .

س : وما مجالات استخدام الألياف الضوئية ؟

ج  : الاستشعار عن بعد فى الليزر بألياف الضوء لإنتاج تحويل المواد لمواد لها القدرة على الحس وإعطائها القدرة على إعطاء معلومات دقيقة وبدأ بإدخال التخصص فى عدة مجالات منها صناعة الطائرات والسيارات وبحوث الفضاء .

ففى الطائرات يصنع الجسم من مواد تستطيع حساب القوة الخارجية المؤثرة عليها والمتمثلة فى سبيكة الديورالومين وفى مجال الفضاء حيث تجرى الأبحاث لعمل المواد المفكرة التى تؤدى وظائف وتتخذ قرارات وهو الذى تقدم بمشروع لهذا البحث .

س : كم براءة اختراع حصل عليها ؟

ج  : حصل على ( 12 ) براءة اختراع منها :

1 ) اختراع تحميل المعلومات والاتصالات على ألياف الضوء وإشارات الميكروويف .

2 ) براءة فى استخدام الليزر فى الإستشعار عن بعد .

3 ) براءة فى استخدام الليزر فى التحليل الكيميائى .

4 ) استخدام الليزر فى حساب القوى على الأجسام .

5 ) اخترع جهاز ألياف ضوئية فى حساب القوى المؤثرة فى كل أجزاء المظلات أثناء الفتح والاسقاط وتصحيحها أثناء طيران المظلة فى الجو حيث تشاهد الأرض من خلال أجهزة استقبال خاصة وشاشات متابعة تعرض الأشكال المختلفة للمظلة .

والابتكار نفسه طبقه على جسم السيارة ونفذه مع شركة عالمية لصناعة السيارات وبالتحديد على شاسيه السيارة .

س : هل له أبحاث علمية مع مراكز بحوث فى دول أخرى غير أمريكا ؟

ج  : طلب منه فى اليابان عمل أبحاث عن وضع خيوط الضوء فى بعض الأجهزة الفضائية اليابانية لحساب كل القوى المؤثرة فى الأشكال والأوضاع المختلفة ويتم تصميمها على أساس علمى كامل وتنفذ على القياسات العلمية بحساب القوى المؤثرة الواقعية .

ولقد أدخل نفس النظام فى ناطحات السحاب والكبارى العلوية والطرق المعلقة لحمايتها من الهزات الأرضية ( الزلازل ) عن طريق وضع خيوط الضوء فى شبكة أعصاب تحس بأى خلل يحدث فى أى مستوى ويمكن حساب أى تأثير للهزات الأرضية ( الزلازل ) على المبانى والمفاعلات النووية والسدود كما يستخدم فى المواد والأجهزة الطبية للأعضاء المزروعة فى الجسم البشرى وقياس كل التفاعلات والقوى المؤثرة واشترك فى مشروع للجيش الأمريكى خاص بتطوير الزى العسكرى إلكترونيا .

 

أسامة ممدوح عبد الرازق مصطفى شرف

14 / 5 / 2018

الطواف ( كريوزتى ) قد يثبت وجود حياة على المريخ

 

الطواف ( كريوزتى ) قد يثبت وجود حياة على المريخ

إن الطواف ( كريوزتى ) التابع ( لمعمل علوم المريخ ) وجد جزيئات كربونية فى التراب المريخى

وإن تجربة إطلاق ( الكاشف النظائرى ) فى مهمة ( فايكنج ) التابعة ( لناسا ) عام ( 1976 ) أن يعيد تحليل تجربته لاكتشاف الحياة على كوكب ( المريخ ) .

فلقد مزجت تجربته التربة المريخية مع مواد غذائية تحتوى على ( الكربون المشع ) فلو أن تربة

( المريخ ) تحتوى بكتيريا وكذلك المواد الغذائية فسوف تشع بعض الجزيئات المتمثلة فى ثانى أكسيد الكربون فوجدت التجربة بكتيريا وبعض الجزيئات المتمثلة فى ثانى أكسيد الكربون حيث انبعث عن تربة المريخ ثانى أكسيد الكربون الذى يحتوى ذرات الكربون المشعة .

كان مقياس الطيف لقياس الكتلة ( كروماتوجراف الغاز ( GC-MS ) ) يبحث عن الجزيئات الكربونية ولم يجد شيئا .

إن الحياة لا يمكن أن توجد من دون الجزيئات العضوية وأن نقص الجزيئات العضوية اختلقت تجربة إطلاق الكاشف النظائرى الإيجابية .

فلقد اعترف بعض من فريق مقياس الطيف لقياس الكتلة ( كروماتوجراف الغاز / GC-MS ) أن تجربتهم لم تتميز بالحساسية الكافية للكشف عن الجزيئات العضوية حتى فى التربة الفضائية التى تحتوى على ميكروبات .

وعن طريق إعادة تحليل البيانات الأصلية فوجد ( كريوزتى ) جزيئات وأن معمل العلوم المريخية سوف يجد جزيئات عضوية وربما تلتقط الكاميرات شيئا ما وأن النتائج ربما تشكل قاعدة لاكتشاف الحياة على المريخ .

إن عملية الأيض الميكروبية تشير إلى أن الحياة الميكروبية على المريخ احتمال حقيقى .

 

 

                                                                   أ / غادة الحلوانى

                                                                   العربى العلمى

                                                                   العدد : 10

                                                                   الشهر : اكتوبر 2012

 

الطاقة النووية

 

الطاقة النووية

إن مصادر الطاقة التقليدية من الفحم والبترول والغاز الطبيعى من المصادر الناضبة على مستوى العالم حيث أنها ملوثة للبيئة عند استخدامها فى توليد الطاقة فإذا استمر استخدام البترول والغاز والكهرباء بمعدلات متزايدة فيصبح من الضرورى البحث عن وسائل طاقة بديلة لتوليد الكهرباء فعن طريق استخدام مساقط المياه وإدخال نظام الدورة المركبة فى محطات الكهرباء المستخدمة للغاز الطبيعى مما أدى لرفع كفاءة استخدام الغاز الطبيعى من خلال التوربينات الغازية لجانب التوربينات البخارية فى نفس محطة توليد الكهرباء وإلى رفع نسبة مساهمة الطاقة الشمسية وطاقة الرياح إلى ( 30 % ) من إجمالى مصادر توليد الطاقة الكهربية عام ( 2020 ) .

وإن ارتفاع معدلات استهلاك الكهرباء بأكثر من ( 7 % ) سنويا لتغطية احتياجات التنمية الاقتصادية والاجتماعية يلزم توفير المزيد من محطات توليد الكهرباء مع الحد من مزيد الاعتماد على الغاز الطبيعى والبترول حيث يبلغ إجمالى القدرة الكهربية الحالية 25000 ميجاوات كهرباء .

س : كيف يمكن توفير مصادر توليد الطاقة الكهربية فى المستقبل ؟ حيث لا بد من توفير المزيد من الطاقة لتحلية مياه البحر فهل يمكن الاعتماد على الطاقة الشمسية وطاقة الرياح وحدهما فى توفير احتياجات الطاقة المستقبلية بل لا بد من الاعتماد على الطاقة النووية للحد من مزيد الاعتماد على البترول والغاز الطبيعى فى توفير الجانب الأعظم من الاحتياجات الكهربية مدعومة باستخدام الطاقة الشمسية وطاقة الرياح فلابد من استخدام الطاقة النووية السلمية لتوفير الطاقة الكهربية فى ظل نظام آمن .

 

أسامة ممدوح عبد الرازق مصطفى شرف

13 / 12 / 2017

الطاقة الاندماجية

 

الطاقة الاندماجية

تعتبر الطاقة الاندماجية كبديل نظيف للطاقة النووية حيث تعتمد الطاقة الاندماجية على غاز الهيدروجين حيث يتم تحويله لنظيرين هما الديوتيريوم والتريتيوم باستخدام الكهرباء ووضع بينهما عمود من مادة الليثييوم كفاصل بين الديوتيريوم والتريتيوم حيث يتم استخراج الطاقة الاندماجية فى وجود المياه والكهرباء وغاز الهيدروجين .

 

تعريف التفاعل الاندماجى :

التفاعل الاندماجى عبارة عن اندماج نواتين أو أكثر لعناصر خفيفة لتكوين نواة عنصر ثقيل بحيث تكون الكتلة الناتجة أقل من كتلة الأنوية المندمجة ويكون ذلك مصحوب بنقص فى الكتلة يتحول إلى طاقة اندماجية هائلة .

 

·       أمثلة :

1 H2 + 1 H2 – 2He 3 + on1 + E

1 H3 + 1 H2 – 2He 4 + on 1 + E

علل :

1 ) يعتبر الهيدروجين أفضل العناصر للحصول على طاقة اندماجية ؟

لأنه يمكن دمج نواتين من الهيدروجين بسهولة عن أى عنصر آخر وذلك لأن قوة التنافر بين الأنوية ضعيفة وذلك لأن نواة ذرة الهيدروجين تحتوى على بروتون واحد وبذلك شحنة النواة أقل ما يمكن من أى عنصر آخر .

 

 

شروط الحصول على طاقة اندماجية :

1 ) نظائر الهيدروجين ( 1H2 -1H3 ) نحصل عليها بالتحليل الكهربى للماء .

2 ) طاقة عالية جدا تصل لملايين الدرجات نحصل عليها من تفاعل انشطارى .

3 ) ضغوط عالية .

 

مصادر الهيدروجين :

نحصل عليهم بالتحليل الكهربى للماء ثم باستخدام عنصر الليثيوم

3LI6 + on1 -2He4 + 1H3  

 

 

 

علل :

2 ) الشمس مفاعل نووى ضخم ؟

لأنه يحدث فيها تفاعل نووى اندماجى يتم فيه اندماج أنوية الهيدروجين لتكوين نواة هيليوم مع حدوث نقص فى الكتلة يتحول إلى طاقة اندماجية .

 

3 ) من شروط التفاعل الاندماجى توافر حرارة وضغط عالى جدا ؟

- الحرارة العالية نحصل عليها من تفاعل انشطارى وذلك لتعرية أنوية الهيدروجين من الالكترونات لتسهيل عملية الاندماج .

- الضغط العالى يعمل على تقليل قوى التنافر بين الأنوية وبعضها .

 

4 ) استخدام قنبلة انشطارية فى التفاعلات الاندماجية ؟.

للحصول على الطاقة الحرارية اللازمة لتعرية أنوية الهيدروجين من الالكترونات .

 

5 ) يعتمد التفاعل الاندماجى على تفاعل انشطارى ؟

للحصول على الطاقة الحرارية اللازمة لتعرية أنوية الهيدروجين من الالكترونات .

 

6 ) صعوبة الحصول على طاقة اندماجية ؟

1 – صعوبة الحصول على طاقة عالية لبدء التفاعل الاندماجى

2 – ينتج من التفاعل الاندماجى طاقة حرارية عالية جدا لا يتحملها جدار المفاعل .

 

7 ) أمكن التغلب على مشاكل الحصول على طاقة اندماجية ؟

باستخدام قنبلة انشطارية للحصول على طاقة عالية جدا ثم باستخدام مجال مغناطيسى قوى يعمل على تركيز أنوية الهيدروجين بعيدا عن جدران المفاعل للتغلب على الطاقة الحرارية العالية التى لا تتحملها جدران المفاعل .

 

مميزات الطاقة الاندماجية :

1 ) لا يتخلف عنها نواتج مشعة .

2 ) عظم الطاقة الحرارية الناتجة .

3 ) الحصول على طاقة كهربائية بطريق مباشر .

4 ) توافر نظائر الهيدروجين فى البحار والمحيطات .

 

القنبلة الهيدروجينية الاندماجية :

الأساس العلمى :

إحداث تفاعل بين نظائر الهيدروجين بواسطة تفاعل متسلسل مثل :

استخدام خليط من الديوتيريوم والتريتيوم .

1H3 + 1H2 – 2He4 + on1 + E

 

·       التركيب :

·       1 ) نظائر هيدروجين

·        2 ) قنبلة انشطارية لتوليد الطاقة الحرارية اللازمة لبدء التفاعل الاندماجى .

 

 

8 ) تفضل الطاقة الاندماجية عن الانشطارية ؟

1 – يتخلف عنها مواد مشعة .

2 – الحصول على طاقة كهربية بطريق مباشر .

3 – عظم الطاقة الحرارية الناتجة .

4 – توفر نظائر الهيدروجين فى البحار والمحيطات .

 

أسباب تفوق القنبلة الهيدروجينية :

الطاقة الحرارية الناتجة عنها أكبر من الطاقة الناتجة عن القنبلة الذرية ( النووية ) .

1 ) نشوء ضغط عالى فى مركز الانفجار يعقبه موجات تخلخل كما يحدث فى القنبلة الانشطارية .

2 ) اشعاعات جاما الناتجة من القنبلة الانشطارية المستخدمة فى عملية التفجير .

3 ) مواد مشعة متخلفة .

 

 

 

9 ) تسمى القنبلة الهيدروجينية بالقنبلة ذات الثلاث انفجارات ؟

لأنه يحدث فيها انفجار لمادة T.N.T لتجميع المادة المشعة لتصبح فى حجم وكتلة أكبر من الحجم والكتلة الحرجة فتنفجر المادة المشعة ثم يحدث انفجار لأنوية الهيدروجين فيحدث الانفجار الثالث .

 

10 ) استخدام قنبلة انشطارية فى القنبلة الاندماجية ؟

للحصول على الطاقة الحرارية اللازمة لتعرية أنوية الهيدروجين من الالكترونات .

 

11 ) تفوق القنبلة الهيدروجينية عن الاندماجية ؟

1 – الطاقة الحرارية الناتجة عنها أكبر من الطاقة الناتجة عن القنبلة الذرية ( النووية )

2 – نشوء ضغط عالى فى مركز الانفجار يعقبه موجات تخلخل كما يحدث فى القنبلة الانشطارية

3 – إشعاعات جاما الناتجة من القنبلة الانشطارية المستخدمة فى عملية التفجير

4 – مواد مشعة متخلفة    

 

 

مقارنة بين الانشطار والاندماج النووى :

ا

اصطدام قذيفة بنواة ثقيلة فتنشطر وينتج أنوية صغيرة	اندماج أنوية صغيرة لتكوين نواة ثقيلة
يستخدم يورانيوم 235 أو بلوتونيوم 239	يستخدم نظائر الهيدروجين الديوتيريوم والتريتيوم
ينتهى اليورانيوم خلال 30 سنة	نظائر الهيدروجين متوفرة فى مياه البحار والمحيطات
الطاقة الانشطارية كبيرة	الطاقة الاندماجية أكبر من الانشطارية إذا تساوت كتل المواد المنشطرة والمندمجة
تحتاج إلى قذيفة النيوترون	تحتاج إلى طاقة حرارية عالية
يجب توفر كتلة وحجم حرج اليورانيوم	لا يلزم لحدوثها كتلة أوحجم حرج
يتخلف عنها غبار واشعاعات ذرية	لا يتخلف عنها غبار ذرى
أمكن استئناسه فى الأغراض السلمية	ما زالت التجارب تجرى لاستئناسه
نحصل منه على طاقة كهربية غير مباشرة	نحصل منه على طاقة كهربية مباشرة

      

من النيتروجين كيف نحصل على الأكسجين ؟

7N 14 + 2He4 – 8016 + 1H1

 

من ألألمنيوم كيف نحصل على الصوديوم ؟

13A1 27 + on 1 – 11Na24 + 2He4

 

من الكربون كيف نحصل على البورن ؟

6C12 + 1H2 – 5B10 + 2He4

 

كيف يمكن تحويل قذيفة متعادلة إلى ثلاث قذائف متعادلة ؟

92U235 + on1 – 56Ba141 + 36Kr92 + 3on1 +E

 

كيف يمكن الحصول على نظير اليود المشع ؟

53II28 + on1 – 53II 28 + E

 

كيف يمكن تحويل اليورانيوم إلى بلوتونيوم ؟

92U238 +on1 – 92U239

92U239- B93NP239 + - 1eo

93NP239- B94Pu239 + - 1eo

من الليثيوم كيف نحصل على الهليوم ؟

3Li7 + on1- 2He4 + 1H3

 

اذكر وظيفة كل من :

قلب الكربون فى المفاعل الذرى والقنبلة الذرية ؟

1 ) مادة مهدأة

2 ) يتحمل درجات الحرارة العالية

3 ) مادة عاكسة

 

سيقان الكاديوم والبورن فى المفاعل الذرى ؟

للتحكم فى سرعة التفاعل لأنها لها القدرة على امتصاص النيترونات

 

خليط من الراديوم والبريليوم فى القنبلة الذرية ؟

الراديوم مصدر لجسيمات ألفا

88Ra226 – 88Rn222 + 2He4

 

البريليوم هدف لألفا ومصدر للنيترونات

4Be9 + 2He4- 6C12 + on1

 

القنبلة الانشطارية فى القنبلة الهيدروجينية تولد كمية الحرارة المرتفعة اللازمة لتعرية أنوية الهيدروجين من النيوترونات وتوليد الضغط اللازم لاندماج أنوية الهيدروجين 3Li6 فى القنبلة الهيدروجينية الحصول على نظير الهيدروجين

3Li6 +on1- 2He4 + 1H3

 

مادة T.N.T فى القنبلة الانشطارية ؟

مادة مفجرة تعمل على تجميع المادة المشعة لتصل إلى الحجم الحرج والكتلة الحرجة