ترجمه؛ عميد نمازي خواه
از اولين پرواز بشر كه كمتر از يك دقيقه به طول انجاميد و با هواپيمايي كه حاصل تحقيقات و ساخت برادران رايت بود بيش از صد سال مي گذرد و صنعت هوانوردي هر روز يك فناوري جديد را در خود مي پروراند. در ميان تمامي خصوصيات يك هواپيما، سرعت يك مشخصه چشمگير است و همواره مهندسان و طراحان صنعت هوا فضا در تلاش براي افزايش سرعت وسايل هوايي هستند.
تا قبل از ظهور موتورهاي جت رسيدن به سرعت صوت غيرقابل باور بود زيرا با امكانات و عملكرد موتورهاي پيستوني، نمي توانستند از سد نيروي مقاوم عظيمي كه هوا در محدوده سرعت صوت ايجاد مي كرد بگذرند و به همين دليل محدوده سرعت صوت را ديوار صوتي ناميدند. تا اين كه با اختراع موتور جت و با طراحي هاي تصحيح شده وسايل هوايي براي اولين بار خلبان چاك ييگر با هواپيما X-1 آسمان را شكافت و موفق به شكستن ديوار صوتي شد. واژه ديوار صوتي و شكستن آن را در رسانه ها و اخبار بسيار شنيده ايم و در اين نوشتار قصد داريم مختصري از چگونگي و خصوصيات ديوار صوتي توضيح دهيم.

در آغاز دوران هوانوردي ابتدايي، هواپيماها بيشتر با سرعت هاي بسيار پايين نسبت به هواپيماهاي امروزي پرواز مي كردند و سرعتشان به بيشتر از 300 كيلومتر در ساعت نمي رسيد؛ در حالي كه چنين سرعتي، سرعت مطلوب براي تيك آف يا برخاست يك هواپيماي جنگنده امروزي است و رسيدن به چنين سرعتي، مستلزم تلاش بسيار و فشار آوردن بيش از حد به موتور نيست. اما رفته رفته، سرعت هواپيماها حتي با موتورهاي پيستوني به گاه بالاي 650 كيلومتر در ساعت رسيده و از آن زمان بود كه دانشمندان علوم آيروديناميك دريافتند كه با افزايش سرعت، به تدريج ميزان پسا(نيروي مقاوم هوا) افزايش پيدا كرده و در سرعت معيني، ديگر هواپيما قادر به سرعت گرفتن نبوده گاه نيز وامانده (Stall) مي شوند. در آن زمان، علت اين موضوع بدين گونه بيان شد كه با افزايش سرعت، به تدريج سرعت گردش انتها يا نوك پره هاي پروانه  موتور، به سرعت صوت نزديك شده و سرانجام در حداكثر سرعت يك هواپيماي پيستوني كه حدود 950 كيلومتر است، سرعت انتهاي پره ها از سرعت صوت گذشته و پسا يا درگ بسياري ايجاد مي شود كه خود مانع سرعت گرفتن بيشتر هواپيماست.
در چنين سرعت هايي، پروانه موتور هواپيماهاي پيستوني، نه تنها  تراست يا نيروي رانش توليد نمي كند، بلكه در اثر سرعت بسيار زياد، تبديل به يك ديسك يا دايره توپر چرخنده مي شود كه جز ايجاد درگ و پسا، كار ديگري انجام نمي دهند. دانشمندان آيروديناميك آن زمان اين حد را يك محدوده سرعت يا همان ديوار صوتي در نظر گرفته و بسياري از آنان نيز بر اين عقيده بودند كه گذشتن از ديوار صوتي و پشت سرگذاشتن آن، كار غيرممكن است اما با ورود به عصر جت و پيشرفت علم آيروديناميك، همه ما شاهد هستيم كه اين كار براي جنگنده هاي امروزي كاري بس سهل و آسان است.
حال، پس از بررسي تاريخچه آن، بهتر است به اصل موضوع بپردازيم و نخست، ببينيم كه خصوصيات صوت و ديوار صوتي چيست و چرا گذر از آن نيازمند قدرت و كشش و توانايي زيادي است. صوت، در شرايط عادي (دما، فشار و... معمولي) در سطح دريا داراي سرعتي معادل 332 متر بر ثانيه يا 195, 1 كيلومتر بر ساعت است كه اين سرعت، با افزايش ارتفاع و كاهش فشار و تراكم هوا، كاهش يافته و در ارتفاعات بالاتر، صوت فواصل را با سرعت كمتري مي پيمايد.
اين مسأله بدين صورت است كه صوت همان طور كه مي دانيم، از طريق ضربات ملكول هاي هوا به يكديگر و انتقال انرژي آن ها فضا را طي مي كند و هرچه تعداد ملكول ها در يك حجم معين بيشتر باشند، انتقال انرژي زودتر صورت پذيرفته و صوت با سرعت بيشتري انتقال مي يابد؛ چنان كه سرعت صوت در مايعات بيشتر از هوا و در جامدات بسيار بيشتر از مايعات و هوا و معادل 6000 كيلومتر بر ساعت است. پس در نتيجه افزايش ارتفاع، تعداد ملكول ها در يك حجم معين كاهش يافته و صوت با سرعت كمتري فضا را مي پيمايد. ديوار صوتي، شيئي فيزيكي و قابل روئيت نيست؛ بلكه به دليل اين كه گذشتن از سرعت صوت نيازمند توان بسيار بالاي موتور و آيروديناميك خوب است، اين حد را يك مانع براي رسيدن به سرعت هاي بالاتر دانسته و از آن به نام ديوار صوتي ياد مي كنند. عدد ماخ، در حقيقت همان نسبت سرعت شيء پرنده يا همان هواپيما به سرعت صوت محيط است كه به احترام دانشمندي آلماني كه براي اولين بار چنين مقياسي را در نظر گرفت، آن را ماخ نام نهادند.
پس عدد ماخ، كميتي متغير است و بسته به خصوصيات هوا مانند دما و فشار، تغيير كرده و كاهش يا افزايش مي يابد. اما حال كه با عدد ماخ آشنا شديم، به مهم ترين و اصلي ترين عامل ايجاد ديوار صوتي يعني همان امواج ضربه اي (shockwaves) پرداخته و دليل ايجاد درگ و پساي زياد را در سرعت هاي نزديك سرعت صوت، بررسي خواهيم كرد. امواج ضربه اي در حقيقت همان عامل اصلي ايجاد ديوار صوتي هستند. امواج ضربه اي، تغييري ناگهاني در فشار و دماي يك لايه از هواست كه مي تواند به لايه هاي ديگر منتقل شده و به صورت يك موج فضا را بپيمايد. براي درك بهتر مطلب، وقتي كه سنگي در آب انداخته مي شود، موج هايي در آب به وجود مي آيند كه به سمت خارج در حال حركتند. اين امواج، نتيجه افزايش سرعت يا اعمال نيرو به لايه اي از ملكول هاي آب است كه قادر به انتقال به لايه هاي ديگر است و امواج ضربه اي نيز، همان امواج درون آب هستند، با اين تفاوت كه آن ها در سيالي ديگر به جاي آب به نام هوا، تشكيل مي شوند.
در سرعت هاي نزديك سرعت صوت، فرضيه غيرقابل تراكم بودن هوا رد شده و ضريب تراكم هوا به 16 مي رسد، كه مقداري غيرقابل چشم پوشي است. در اين سرعت ها هواي جلوي بال يا ملخ به شدت متراكم گشته و دما و فشار آن به طرز قابل توجهي افزايش مي يابد، همين مسأله، يكي از عوامل ايجاد امواج ضربه اي است.
هواپيما با حركت خود در هوا، نظم فشار هواي محيط را بر هم مي زند و همانند قايقي كه در آب در حال حركت است، امواجي از آن ساطع شده و به دليل اين كه اين امواج با سرعت صوت حركت مي كنند و هواپيما زير سرعت صوت در حال سير است، از آن دور مي شوند. اما كم كم، با نزديك شدن به سرعت هاي نزديك صوت و حدود سرعت صوت، اين امواج فرصت دور شدن از هواپيما را نداشته و در جلوي بال متراكم مي شوند. در مناطقي از بدنه هواپيما كه سطوح ناموزوني نسبت به جهت حركت هواپيما دارد، سرعت گذر هوا افزايش يافته و براساس اصل برنولي، با افزايش سرعت سيال، فشار آن كاهش مي يابد. در چنين سرعت هايي هواي اطراف اين سطوح به سرعت صوت مي رسد، گرچه هواپيما هنوز به سرعت صوت نرسيده باشد.
در نتيجه رسيدن بعضي سطوح به سرعت صوت، امواج ضربه اي توليد شده و درگ يا پساي فراواني را قبل از رسيدن به سرعت صوت توليد مي كنند، كه همين مسأله گذر از ديوار صوتي را مشكل مي كند. به سرعتي كه در آن حداقل يكي از سطوح هواپيماها به سرعت صوت رسيده باشد، گرچه اين پديده در مورد خود هواپيما صادق نباشد، عدد ماخ بحراني يا Critical Mach Number مي گويند. عدد ماخ بحراني را مي توان به سرعتي كه نمودار پسا در مقابل سرعت سير صعودي مي گيرد، نيز تعريف كرد.
در اين سرعت، فرامين هواپيما كم كم شروع به درست جواب ندادن كرده و حالتي شبيه به كوبيدن بر روي بال توسط امواج ضربه اي به وجود مي آيد كه با گذر از ديوار صوتي، فرامين هواپيما به حالت طبيعي خود بازمي گردند. بنابراين، در سرعتي كه هواپيما به عدد ماخ بحراني خويش مي رسد، پسا به دليل ايجاد امواج ضربه اي به طور قابل توجهي افزايش مي يابد، پس، بايد تلاش برآن باشد تا عدد ماخ بحراني هر چه بيشتر با بهبود ويژگي هاي آيروديناميكي افزايش يابد، چون اگر اين اتفاق در سرعت هاي پايين تر رخ دهد، هواپيما نيز بايد از سرعت پايين تري جدال با افزايش پسا را شروع كند. حال ببينيم كه چرا با توليد امواج ضربه اي، پسا افزايش مي يابد. قانوني كه مبحث ديوار صوتي بيان مي كند كه هر جريان هوايي كه از يك موج ضربه اي بگذرد، موج ضربه اي انرژي جنبشي آن را گرفته و در خود تبديل به گرما و افزايش فشار مي كند، در نتيجه سرعت جريان هواي گذرنده از موج ضربه اي به ميزان قابل توجهي كاهش مي يابد.
با كاهش سرعت جريان هوا در جلوي بال ها در سرعت هاي نزديك سرعت صوت، تلاش پيشرانه يا موتورهاي هواپيما بايد چند برابر شود تا اثر كاهش سرعت در اثر موج ضربه اي را خنثي كند. در صورتي كه عدد ماخ بحراني هواپيمايي پايين باشد، در سرعت هاي پايين بايد نيروي رانشي هواپيما چند برابر شود كه مصرف سوخت فوق العاده اي را براي گذر از ديوار صوتي به دنبال خواهد داشت؛ اما در صورت بالا بودن عدد ماخ بحراني، هواپيما فقط مدت كوتاهي نيازمند قدرت و كشش بسيار زياد براي شكستن ديوار صوتي است. با اعمال نيروي فراوان رانشي، سرانجام هواپيما بر مشكل پساي زياد فائق آمده و از ديوار صوتي مي گذرد. در نتيجه اين عمل، امواج توليد شده توسط هواپيما از آن جا مانده و پشت سر هواپيما حركت مي كنند.
در اين حالت، وضعيت به حالت عادي بازگشته و پساي ايجاد شده به وضعيت نرمال باز مي گردد. بعضي از هواپيماها از تمام نيروي پس سوزشان يا 100 قدرت موتور براي گذر از ديوار صوتي و يا سرعت 195, 1 كيلومتر بر ساعت استفاده مي كنند، در حالي كه در سرعت هاي بسيار بالاتر، تنها از 30 قدرت موتور براي رانش به جلو بهره مي جويند. با دقت در اين مثال، مي توان به خوبي افزايش درگ و پسا و قدرت فراوان لازم براي غلبه بر آن در سرعت هاي نزديك به سرعت صوت را درك و تجزيه و تحليل نمود.
امواج ضربه اي توسط هواپيما در سرعت صوت، بسيار قدرتمند مي باشند، چنان كه در صورت پرواز هواپيما نزديك به زمين و گذر آن از ديوار صوتي، امواج ضربه اي با منتهاي قدرت به اجسام زميني مانند شيشه هاي منازل و ساختمان ها برخورد كرده و باعث شكستن آن ها مي شود، يا حتي اگر شخصي در معرض امواج ضربه اي به طور مستقيم قرار گيرد، احتمال از دست دادن شنوايي و پاره شدن پرده گوش بسيار است. از امواج ضربه اي، در بمب ها و تسليحات ديگر نيز استفاده مي شود. بمب ها با يك افزايش دما و فشار ناگهاني در لايه هايي از هوا، امواج ضربه ا ي به وجود آورده كه از طريق هوا انتقال يافته و باعث شكستن شيشه ها و تخريب ديوارها نيز مي شود.
اگر شخصي در فاصله اي نسبتاً نزديك در فضايي تهي از هوا و خلأ حتي نزديك يك بمب ده تني ايستاده باشد، بر فرض منفجر كردن بمب، آسيبي به وي نخواهد رسيد، چون هوايي براي انتقال امواج ضربه اي وجود ندارد. به دليل توليد امواج ضربه اي در سرعت هاي حدود سرعت صوت، خلبانان سعي مي كنند فقط مدت كوتاهي در چنين سرعت هاي حدود سرعت صوت پرواز كرده و به زودي از ديوار صوتي گذر كنند، چون پرواز در اين سرعت ها نيروي بسيار زياد موتور در نتيجه افزايش فوق العاده ميزان مصرف سوخت را در پي دارد. اما حال ببينيم صدايي انفجار مانند كه هنگام شكستن ديوار صوتي توليد مي شود نتيجه چيست. امواج حاصله از حركت هواپيما يا صداي توليد شده در اثر حركت، هر بار در سرعت هاي زير سرعت صوت از هواپيما دور شده و به گوش شنونده مي رسد. اما با رسيدن هواپيما به سرعت صوت، اين صداها ديگر فرصت دور شدن از هواپيما را نداشته و كلاً در جلوي هواپيما جمع مي شوند.
با گذر از سرعت صوت، صدايي چند ده برابر شده از حركت هواپيما با هم به گوش شنونده مي رسد كه مانند يك انفجار شديد يا صداي رعد و برقي بسيار قدرتمند است. شايد در تصاوير هواپيماهاي در حال گذر از ديوار صوتي، هاله اي سفيد رنگ را در اطراف هواپيما مشاهده كرده باشيد. در هنگام گذر از ديوار صوتي، اگر هواپيما نزديك به زمين و در محيطي مرطوب با درصد بخار آب زياد باشد، بخار آب هوا در اثر امواج ضربه اي فشرده شده و ابر سفيدي را براي چند ثانيه پديد مي آورند كه همان هاله سفيدرنگ قابل روئيت در تصاوير است. اما از امواج ضربه اي در موتورهاي جت نيز استفاده مي شود.
بدين گونه كه، هواي ورودي در موتورهاي جت، حتي اگر هواپيما با سرعت هاي بالاي صوت پرواز نمايد، بايد زير سرعت صوت باشد تا قابليت احتراق را در موتور داشته باشد. بنابراين، اكثراً در ورودي موتورهاي هواپيماهاي جنگنده مخروطي را به شكل كامل يا نصف مانند هواپيماهاي ميگ 21 يا اف 104 استارفايتر مي بينيم، كه فلسفه ايجاد اين مخروط توليد عمدي امواج ضربه اي است. در صورت توليد امواج ضربه اي، هواي عبوري از ميان آن با سرعت كاهش يافته يا زير صوت وارد موتور مي شود و فرآيند احتراق به طور كامل انجام مي پذيرد. براي انجام پروازهاي مافوق صوت، اغلب هواپيماهاي جنگنده از مقطع بال هاي ويژه اي كه عدد ماخ بحراني را به حداكثر مي رسانند، استفاده مي كنند و مقطع بال ها معمولاً بسيار نازك و متقارن است.
به عقب برگشتگي بال هاي هواپيماهاي مدرن نيز در نتيجه تلاش براي افزايش عدد ماخ بحراني بوده چرا كه آزمايش هاي تونل باد نشان داده كه با به عقب برگشتگي بال ها به ميزان چند درجه عدد ماخ بحراني به ميزان قابل توجهي افزايش مي يابد، تا جايي كه هواپيماهاي مسافربري سريع السير مانند بوئينگ 747 كه در حدود سرعت صوت يا حدود 980 كيلومتر بر ساعت پرواز مي كنند، نيز به بال هايي به عقب برگشته مجهزند. در برخي از هواپيماها، مانند هواپيماي اف 14 تامكت، از سيستم بال هاي متغير استفاده شده كه در اين سيستم، در سرعت هاي پايين كه از عدد ماخ بحراني خبري نيست بال ها گسترده مي شوند و براي فراواني توليد مي كنند، ولي رفته رفته با نزديك شدن به سرعت صوت، كامپيوتر موجود در اين سيستم خود زاويه لازم براي افزايش عدد ماخ بحراني را محاسبه كرده و بال را متناسب با زاويه آن تغيير داده و به عقب برمي گرداند. اين سيستم به دليل هزينه هاي بالا و سنگيني بيش از حد آن، داراي استفاده محدودي است. هواپيماها كلاً از نظر سرعت نسبت به سرعت صوت به چند دسته زير تقسيم مي شوند:
* هواپيماهاي زيرسرعت صوت يا مادون صوت با محدوده سرعت 350 تا 950 كيلومتر بر ساعت، Subsonic.
* هواپيماهاي حدود سرعت صوت با محدوده سرعت 950 تا 1200 كيلومتر بر ساعت، Transonic.
* هواپيماهاي سرعت صوت با محدوده سرعت دقيقاً سرعت صوت نسبت به محيط Sonic.
* هواپيماهاي بالاي سرعت صوت يا مافوق سرعت صوت با محدوده سرعت 1 ماخ تا 5 ماخ Supersonic.
* هواپيماهاي با سرعت بسيار بيشتر از سرعت صوت با محدوده سرعت 5 ماخ و بالاتر،Hypersonic .
لازم به ذكراست، اولين بار، خلباني آزمايشي آمريكايي به نام چاك ييگر، با انجام اصلاحاتي بر روي يك بمب افكن قديمي آن را به چهار موتور موشكي مجهز كرده و بر فراز بياباني در آمريكا، پس از جدا شدن از هواپيماي مادر، به پرواز درآورد. پس از چند ثانيه پرواز هواپيماهاي پرتقالي رنگ ملقب به X-1 به صورت گلايد، خلبان چهار موتور موشكي خود را روشن كرده و پس از چند لحظه صدايي رعدآسا در آسمان شنيده شد كه همان نتيجه شكستن ديوار صوتي براي اولين بار در جهان بود. در اين آزمايش، اين هواپيما به سرعت 16/1 ماخ دست يافت و با ورود به عصر جت، روياي شكستن ديوار صوتي نيز به واقعيتي بسيار قابل لمس مبدل گشت.
منبع: Aerospacetalk.com

دلواپسي ميمون ها
روابط انساني از مطمئن و دوستانه تا خصمانه و غيرقابل پيش بيني قابل تغيير است، اما جالب است كه اين مسأله درباره ميمون ها نيز صادق است. يك گروه از زيست شناسان رفتار گروهي از بابون هاي زيتون را در كنيا و در محيط طبيعي آنها مطالعه كرده اند:
يك بابون نمي تواند احساس خود را بازگو كند، بنابراين دانسكان كاستلز و همكارانش از دانشگاه توكيو، براي سنجش وضعيت احساسي جانور به اندازه گيري رفتارهاي خود جهت حيوان پرداختند و در يك دوره ده ماهه دفعات و مواقع انجام فعاليت هايي نظير: خميازه كشيدن، خارش بدن و تميز كردن خود و يا تكان دادن بدن را ثبت كردند.
اين فعاليت هاي حركتي معروف، به عنوان علايم ميزان هيجان يك فرد در نظر گرفته مي شوند. افراد انساني هم در شرايط پرتنش اعمال مشابهي از خود نشان مي دهند. زيست شناسان دريافته اند كه فعاليت هاي حركتي مشابه، در بابون ماده اي كه در پنج متري يك بابون قدرتمندتر (نر يا ماده) قرار مي گيرد، 40 درصد بيشتر مي شود، در مقايسه با وضعي كه همان بابون نزديك فرد هم رتبه خودش قرار بگيرد.
افزايش سطح هيجان در حضور يك فرد برتر كه به معني احتمال خطر حمله بالاتر است، عجيب نيست، اما نكته اينجاست كه تحقيقات نشان مي دهد رفتار ميمون هاي ماده به نسبت اينكه نزديك كدام ميمون خاص قرار بگيرند، متفاوت است. آنها نزد برخي راحت هستند و نزد بقيه، بيشتر مضطربند.
محققان پيشنهاد مي كنند كه يك بابون ماده، روابط متفاوتي با افراد مختلف گروه برقرار مي كند و ميزان اضطراب نه تنها به سطح برتري جانور متقابل بستگي دارد، بلكه به اين دو نكته نيز وابسته است كه روابط خاص دو حيوان چقدر امن و دوستانه است و آيا حيوان مي تواند رفتار طرف مقابل را پيش بيني كند يا خير.
منبع: بي بي سي وايلدلايف
ترجمه: مهين سادات چاوشي

خودروهاي برقي جديد
گروه علمي فرهنگي- شركت EEstoe در شهر اوستين ايالت تگزاس آمريكا سرگرم طراحي نوعي خودرو و برقي كم مصرف با نام تجاري ESU است. اين خودرو از باتري هاي اسيدي سبك تر است و در صورتي كه به توليد انبوه برسد با قيمتي به مراتب كمتر از خودروهاي معمولي عرضه مي شود.
خودروESU داراي نوعي خازن قدرتمند است كه به اندازه كافي نيروي الكتريسيته براي راه اندازي خودرو ذخيره مي كند و زماني كه صرف شارژ دوباره خازن آن مي شود به اندازه مدتي است كه يك خودرو معمولي سوخت گيري مي كند. يك نمونه از اين خودرو ساخته شده مي توان ميليون ها بار خازن آن را تخليه و از نو شارژ كرد، حال آن كه باتري هاي معمولي تا مدت زمان مشخصي قابل شارژ و استفاده هستند.
قورباغه هاي متعصب
وزغ هاي سم توت فرنگي انواع گوناگوني از رنگ هاي متنوع دارد. حتي برخي از آنها آبي براق، زرد طلايي، سبز يا نارنجي روشن و همگي از يك گونه هستند. يكي از انواع اين گونه ها كه در آمريكاي مركزي زندگي مي كند، مورد مطالعه قرار گرفته است. تا به حال تصور مي شد كه مهمترين عامل جفت يابي در قورباغه ها، توسط آوازهاي جفت گيري است. اين آوازها از جزيره اي به جزيره ديگر تفاوت چنداني ندارند. اما تحقيقات دانشمندان دانشگاه كاليفرنياي شرقي نشان مي دهد كه قورباغه ها براي جفت يابي از عامل رنگ هم بهره مي برند. اين مسئله احتمالاً علت جدايي گونه هاي مختلف قورباغه ها كه آواز يكساني دارند، اما با شكلي متفاوت هستند را توضيح مي دهد. در يك آزمايش براي فهم اينكه چه چيزي مبناي تصميم گيري قورباغه هاي ماده براي جفت گيري است با حذف آوازهاي جفت گيري نيمي از آزمون تحت نور طبيعي و نيمي ديگر تحت نور آبي (نور آبي باعث مي شود رنگ سبز و نارنجي يكسان به نظر برسد) انجام شد. نتيجه اين بود كه اگر هيچ تفاوت رنگي بين آنها ديده نمي شد، ماده ها جفت خود را به طور اتفاقي انتخاب مي كردند و اگر تحت نور طبيعي هيچ تفاوتي غير از رنگ بين نرها وجود نداشت، ماده، نري را انتخاب مي كرد كه هم رنگ خودش بود!
منبع: بي بي سي ورلدلايف
ترجمه: مهين سادات چاوشي

رامتين راوندي
چندي پيش در ادامه پيشرفت هاي فناورانه ايران، مجتمع آب سنگين ايران نيز در اراك آغاز به كار كرد. از همان موقع، يكي از پرسش هايي كه اذهان مردم، به ويژه دانش آموزان و دانشجويان علاقه مند را به خود مشغول ساخته، اين است كه واقعاً آب سنگين يعني چه؟ و چه تفاوتي است ميان اين آب و مثلاً ساير انواع اين مايع حيات. به همين مناسبت و همزمان با آغاز به كار دوباره مدرسه و دانشگاه ها، برآن شديم مقاله اي را كه در اين ارتباط تهيه شده، منتشر كنيم.
***
آب سنگين (D2O) آبي است كه هيدروژن هاي آن دوتريوم يا ايزوتوپ سنگين هيدروژن است. آب سنگين از نظر شيميايي مشابه همان آب شرب است. فرق آن اين است كه آب سنگين يك ايزوتوپ هيدروژن به نام دوتريوم دارد كه در هسته خود يك نوترون و يك پروتون دارد. اين آب در مقايسه با آب معمولي، نقطه جوش و انجماد بالاتري دارد و ويسكوزيته يا چسبندگي آن بيشتر است. هسته معمولي هيدروژن داراي يك پروتون و هسته ايزوتوپ سنگين داراي يك پروتون و يك نوترون است. اين نوترون اضافي هم سبب كاهش جذب نوترون توسط دوتريوم و آب سنگين مي شود و هم افزايش جرم آن را به همراه دارد. جرم مولكولي آب معمولي 18 و آب سنگين 20 است. در نتيجه يك ليتر آب سنگين داراي جرمي بيشتر از يك ليتر آب سبك است. نكته اي كه بايد به آن اشاره شود اين است كه آب سخت، همان آب سبك يا معمولي است كه داراي املاح بسيار زيادي است.
كشف ايزوتوپ دوتريوم در سال 1931 ميلادي توسط هارولد اوري صورت گرفت. در سال 1934 ميلادي شركت نروگي نورسك هايدرو اولين مجتمع تجاري آب سنگين را راه اندازي كرد. مقدار ايزوتوپ دوتريوم در آب معمولي بسيار كم است، به طوري كه از 100000 مولكول آب تنها 15 مولكول آب سنگين وجود دارد. آب سنگين خالص براي نخستين بار در دنيا از طريق الكتروليز به دست آمد چون نقطه جوش آب سنگين بالاتر از آب معمولي است، براي توليد آن، از روش تبخير و تقطير هم استفاده مي شود. البته بايد يادآوري شود كه مراحل غني سازي اورانيوم از پيچيدگي بيشتري برخوردار است. زيرا تفاوت جرم 2 ايزوتوپ اورانيوم بسيار كم است، در حالي كه تفاوت جرم آب سنگين و آب سبك قابل ملاحظه است و تفاوت در نقاط جوش اين دو نوع آب، امكان جداسازي آب سنگين و خالص سازي آن را تسهيل مي كند. البته در دنيا روشهاي زيادي (در حدود چهل روش) وجود دارد كه فقط چند تاي آن صنعتي هستند و بقيه روش ها آزمايشگاهي است. اما مهم ترين روش، تبادل ايزوتوپي و تقطير است. در روش تبادل ايزوتوپي، با استفاده از تركيبات مختلفي كه هيدروژن دارد مثل 2 NH يا 3 SH يا انواع آمين ها، دوتريوم را جايگزين هيدروژن آب مي كنند.
لازم به يادآوري است از آنجايي كه غني سازي اورانيوم از نظر فني دشوارتر و پرخرج تر است، استفاده از آب سنگين در تأسيسات هسته اي مقرون به صرفه تر است. شايد نكته جالب توجه ديگر در مورد آب سنگين سمي تر بودن آن نسبت به آب معمولي است و همچنين يخ به دست آمده از آب سنگين به علت بالاتر بودن چگالي آن، در آب سبك فرو مي رود.
كاربردهاي آب سنگين
از آب سنگين بيشتر در راكتورهاي قدرت و تحقيقاتي براي توليد راديو ايزوتوپ ها در صنعت، كشاورزي و پزشكي استفاده مي شود. از اين آب همچنين براي تشخيص نشت  آب هاي زيرزميني يا نشت آب از سدها استفاده مي شود. با توجه به اين كه ايران داراي منابع بزرگ بالفعل و بالقوه اورانيوم طبيعي است، با توليد آب سنگين مي توان راكتورهاي آب سنگين ساخت كه براي سوخت خود نيازي به كار دشوار و پرهزينه غني سازي اورانيوم ندارد. يكي از كاربردهاي ديگر آب سنگين در دانش پزشكي هسته اي است. از آب سنگين مي توان به عنوان تارگت نوترون براي توليد راديو ايزوتوپ ها و راديو داروها استفاده كرد كه براي تشخيص و درمان بيماري ها از آن استفاده مي شود.
يكي از پيشرفته ترين تكنيك ها در پزشكي هسته اي، پت اسكن است. در اين روش گلوكز نشان دار يا ِFDG يا فلوئودين استفاده مي شود. براي نشان داركردن گلوكز يا فلوئور از آب سنگين استفاده مي شود. اگر به بعضي از تحقيقات در مورد آب سنگين نظري انداخته شود بايد گفت كه يك تحقيق تأثير نوشيدن آب سنگين را مانند اثرات برجا مانده از شيمي درماني مي داند، خاصيت سمي اين نوع آب، زماني مشخص مي شود كه نيمي از آب بدن جاي خود را به آب سنگين داده باشد.
آب سنگين اراك
ايران هم پس از مدت ها توانست به تكنولوژي توليد آب سنگين در سايت اراك دست يابد. تكنولوژي تهيه و توليد آب سنگين توانايي شگرفي را در دستيابي به انرژي هسته اي فراهم مي كند. ظرفيت توليد اين مجتمع ابتدا 8 تن بود ولي امروز ظرفيت توليد اين مجتمع 16 تن آب سنگين با غناي 8/99 درصد است. البته ظرفيت كامل توليد اين مجتمع در سال 80 تن آب سنگين با غناي 8/99 درصد است. پروژه آب سنگين در عمل ايران را به عنوان نهمين كشور دنيا كه داراي مجتمع توليد آب سنگين است، مطرح مي كند. در حال حاضر چهار كشور آرژانتين، كانادا، هند و نروژ از بزرگ ترين صادركنندگان آب سنگين در جهان هستند، با توجه به اين امر مي توان فهميد كه يكي از شاخص هاي دانش هسته اي كشور، مجتمع آب سنگين اراك است. اين پروژه نقش بسزايي در ارتقاي علمي كشور و صنايع داخلي دارد و نشانگر رشد و بلوغ و ارتقاي دانش فني نزد نيروهاي متخصص ايراني است. اميد است ايران عزيز دردست يافتن به تكنولوژي عظيم هسته اي گام هاي پيوسته و استواري بردارد. زيرا پيمودن اين راه دشوار تلاش و كوشش وافري را طلب مي كند.
توضيح: دوتريوم يا همان ايزوتوپ سنگين هيدروژن را با علامت D ياHه۲۱ نشان مي دهند.