شکل(۲- ۱): انرژی بستگی هسته‌ها که به صورت تجربی به دست آمده‌اند. ۱۱
شکل(۲- ۲): انرژی بستگی هسته‌ها براساس فرمول نیمه تجربی جرم ۱۲
شکل(۲- ۳): پتانسیل هسته‌ای بین نوکلئون های هسته به همراه پتانسیل کولنی. ۱۵
شکل(۲- ۴): ترازهای انرژی هسته‌ها. (a با در نظرگرفتن پتانسیل نوسانگر هماهنگ ساده . (b با در نظر گرفتن چاه پتانسیل با لبه‌های گرد شده. (c چاه پتانسیل با لبه گرد شده همراه با برهم کنش اسپین- مدار. ۱۸
شکل(۳- ۱): نمونه‌ای از طیف الکترون که ممکن است از یک چشمه رادیواکتیو گسیل شود. چند قله ناپیوسته تبدیل داخلی روی زمینه ناپیوسته واپاشی بتازا قرار دارند. ۲۳
شکل(۳- ۲): طیف الکترون حاصل از واپاشی ۲۰۳Hg در تصویر بالا، طیف پیوسته بتا همراه با خطوط تبدیل K، L و M تفکیک نشده قابل مشاهده است. در تصویر میانی طیف تبدیل با تکیک بیشتر نشان داده شده است؛ خطوط L و M به خوبی جدا شده اند و حتی LIII نیز تفکیک شده است. در تفکیک خیلی بهتر شکل پایینی، خطوط LI و LII به خوبی از هم جدا شده‌اند. ۲۵
شکل(۴- ۱): محیط یک پلاسمای کوارک- گلئونی ۳۳
شکل(۴- ۲): شبکه مکعبی پلاسمای کوارک- گلئونی ۳۴
فصل اول
۱-۱- مقدمه
امروزه علم امواج و الکترونیک آنقدر پیشرفت کرده است که ما بتوانیم اتفاقات به وقوع پیوسته در بعضی از نقاط جهان را ثبت کنیم و چقدر خوب بود اگر اتفاقات پس از مهبانگ در گوشه‌ای از عالم هستی ثبت می‌شد. در این صورت بشر می‌توانست به هزاران سوالی که امروزه فکرش را مشغول کرده است پاسخ بدهد.
ماهیت شرایط ترمودینامیک یا فیزیک سوپ کوارک- گلئونی پس از مهبانگ، شرایط تشکیل ذرات بنیادی موجود در این سوپ، تعادل تابش با انرژی و ماده، تعداد ذرات بنیادی، خواص ذرات عامل شکل گیری این سوپ و اجزای آن و تشکیل هسته‌ها، گوشه‌ای از ابهاماتی است که ذهن فیزیکدانان ذرات بنیادی را به خود مشغول کرده است. از طرفی فیزیکدانان مشتاق هستند تا یک نمونه آزمایشگاهی از مهبانگ بسازند تا شاید بتوانند به بعضی از سوالات مذکور جواب دهند.
۱-۲- تاریخچه فیزیک هسته‌ای
سرآغاز فیزیک هسته‌ای را می‌توان از کشف مواد رادیواکتیویته (پرتوزایی) توسط بکرل در سال ۱۹۶۸ و یا ظهور نظریه رادرفورد مبنی بر وجود هسته در اتم در سال ۱۹۱۱ در نظر بگیریم. در هر حال، به روشنی معلوم است که دانش تجربی و نظری فیزیک هسته‌ای نقش برجسته‌ای در توسعه علم فیزیک در قرن بیستم ایفا کرده است.
از طرفی دانش فیزیک هسته‌ای تکنیک‌هایی را در اختیار بشر گذاشته است که در زمینه‌های علمی دیگر از جمله در فیزیک اتمی، حالت جامد، پزشکی، صنایع دفاعی و …. کاربرد وسیعی پیدا کرده است.
پژوهش‌های آزمایشگاهی فیزیک هسته‌ای را می‌توان برای درک مسائل گوناگونی مانند برهم کنش کوارک ها، مراحل تکامل جهان پس از انفجار بزرگ و غیره به کار برد. اما باید یادآور شد که هنوز در فیزیک هسته‌ای یک مدل ممتاز و منحصر به فرد برای توجیه تمام خواص و پدیده‌های جالب هسته‌ای وجود ندارد. اکثراً مجبوریم پدیده‌های متنوع هسته‌ای را با مدل‌های متفاوت هسته‌ای توجیه کنیم. حتی برخی از اصولی‌ترین مسائل فیزیک هسته‌ای مانند ماهیت دقیق نیروهای هسته‌ای تا حدودی ناشناخته مانده است. تعدادی از محققین اعتقاد دارند با توجه به این که پس از مهبانگ و قبل از تشکیل هسته‌ها، جهان از یک پلاسمای کوارکی با دمای بالا اشغال شده بود و سپس با پایین آمدن دما هسته‌ها تشکیل شدند، بنابر این باید بتوان تعدادی از پدیده‌های هسته‌ای را با مدل کوارکی توجیه کرد.

(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))

۱-۳- پیشینه تاریخی فیزیک هسته‌ای
تلاش برای درک ماهیت اساسی ماده را به فیلسوفان یونان باستان، بویژه دموکرتیوس، نسبت می‌دهند. دموکریتوس که در قرن چهارم پیش از میلاد می‌زیست، اعتقاد داشت که هر نوع ماده را می‌توان به اجزای کوچک و کوچک‌تر تقسیم کرد، تا این که به ذره‌ای برسیم که دیگر تجزیه آن امکان پذیر نباشد. او این جزء کوچک ماده را که با چشم قابل دیدن نبود، ذره بنیادی سازنده ماده می‌دانست. این تفکر سال‌ها به صورت اندیشه‌ای فلسفی باقی ماند، تا اینکه در ابتدای قرن نوزدهم، دانشمندان علوم تجربی در این زمینه به تحقیق پرداختند، و آن تفکر فلسفی به یک نظریه علمی برجسته تبدیل شد. دالتون، آواگادرو و فاراده از جمله شیمیدانان برجسته‌ای بودند که به پیشگامان این تفکر علمی معروف شدند. در نهایت شیمیدان‌ها با تعیین جدول تناوبی مندلیف این تفکر علمی را به یک فکر سازمان یافته تبدیل کردند. از طرفی مطالعه خواص بنیادی تک تک اتم‌های عناصر مختلف را گروه دیگری از دانشمندان دنبال کردند که امروزه به شاخه فیزیک اتمی معروف است. این مطالعات در سال ۱۸۹۶ توسط بکرل با کشف خاصیت رادیواکتیو در برخی اتم‌ها، و سپس در سال ۱۸۹۸ توسط پیر و ماری کوری با شناسایی مواد رادیواکتیو دیگری ادامه پیدا کرد. در ادامه نوبت به رادرفورد رسید که از خواص این پرتوها استفاده کرده تا برعکس بتواند ساختار اتم‌ها را مطالعه و بررسی کند. در خلال همین پژوهش و تحقیق‌ها رادرفورد توانست در سال ۱۹۱۱ وجود هسته را در اتم اعلام کند. تایید فرضیه وجود هسته از طریق آزمایش‌های گایگر و مارسدن شاخه جدیدی از فیزیک به نام فیزیک هسته‌ای را بنا نهاد. نهایتاً در سال ۱۹۳۲ با کشف نوترون توسط چادویک، فیزیک هسته‌ای جایگاه مستحکم و روشن خود را در جهان پیدا کرد. به هر حال امروز پس از گذشت یک قرن هنوز تحقیق و پژوهش در زمینه فیزیک هسته‌ای آنقدر از نظر کاربردی شیرین و جذاب می‌باشد که ذهن تعداد زیادی از پژوهشگران دنیای علم و صنعت را به خود مشغول کرده است.
۱-۴- ذرات بنیادی و مدل استاندارد
از دیرباز شناخت جهان و اجزای آن یکی از اهداف مهم هر مکتب علمی بوده است. اما امروزه تحقیقات در زمینه شناخت جهان به شاخه‌های مختلفی تقسیم شده است که هر کدام از منظری خاص ساختار عالم و اجزای آن را مورد کنکاش قرار می‌دهند.
کیهان شناسان با توجه به نظریه مهبانگ تشکیل کهکشان‌ها و ماده تاریک را بررسی می‌کنند. دانشمندان ذرات بنیادی چگونگی تشکیل سوپ کوارک- گلئونی حاصل از مهبانگ و تشکیل هادرون ها را مطالعه می‌کنند. دانشمندان هسته‌ای مکانیسم هسته سازی را بعد از تشکیل پروتون‌ها و نوترون‌ها، خواص هسته‌ها و کاربردهای آن‌ها در زندگی بشر را دنبال می‌کنند. در ادامه خط سیر تشکیل و تکامل عالم هستی، مسئولیت اتم شناسان اهمیت پیدا می‌کند، که جهان چگونه و به چه نسبتی از اتم‌های مختلف تشکیل شده است.
شکل (۱-۱ ): تحولات زمانی و دمایی علم از ابتدا تا کنون
نمودار شکل (۱-۱)، یک خط زمانی از ابتدای جهان، که به اصطلاح مهبانگ نامیده می‌شود، را نشان می‌دهد و می‌رساند که چگونه و طی چه مراحلی جهان سرد شده تا به دنیای کنونی رسیده‌ایم. با نگاه به اولین لحظات جهان، مشاهده می‌شود که در لحظه ابتدایی پس از مهبانگ و در دماهای بالاتر از ۱۰^۱۲ درجه کلوین، حالتی از ماده شامل کوارک ها و گلئون ها به صورت یک پلاسمای کوارک- گلئونی به نام پلاسمای کوارک- گلئونی وجود داشته است.این حالت ناپایدار کوارک- گلئونی در مدت بسیار کوتاهی سرد شده و پروتون‌ها و نوترون‌ها (هادرون سازی )، سپس هسته‌ها (هسته سازی ) و به دنبال آن اتم‌ها ایجاد شده‌اند. در نهایت این اتم‌ها در کنار یکدیگر مولکول‌ها را تشکیل داده و دنیای کنونی را که در آن زندگی می‌کنیم به وجود آورده‌اند.
اما به نظر می‌رسد، با توجه به سیر تشکیل عالم هستی، برای آگاهی از شناخت هسته‌ها و خواص آن‌ها باید اطلاعات و شناخت کافی از مرحله قبل از تشکیل هسته‌ها، یعنی دوره وجود سوپ کوارک- گلئونی و تشکیل هادرون ها داشته باشیم. امروزه تحقیقات فیزیک ذرات نمایانگر جاه‌طلبانه‌ترین و هماهنگ‌ترین تلاش انسان برای پاسخ به این سوال است که جهان از چه ساخته شده است [۲,۱]؟
بی شک شناخت کافی از مرحله قبل از تشکیل هسته‌ها و نظریه ذرات بنیادی می‌تواند شناخت بهتری از هسته‌ها و تشکیل آن‌ها برای ما به همراه داشته باشد. با اطمینان می‌توان گفت ذرات بنیادی سنگ بنای تشکیل ساختارهای کوچک و بزرگ جهان می با شد. بهترین تئوری ذرات بنیادی که تاکنون شناخته شده است، مدل استاندارد است. بنا بر این مدل تمام مواد از سه نوع ذره بنیادی ساخته شده‌اند. کوارک ها، لپتون ها و واسطه‌ها.
این تعداد ذرات به اصطلاح بنیادی به صورتی نسبتاً سر راست، راه را به سمت ساختار داخلی نوکلئون ها، یعنی کوارک ها هموار کرد. همچنین مزون پایون و تمام هادرون های دیگر از کوارک ساخته شده‌اند. الکترون و نوترینو، نیروی قوی هسته‌ای را احساس نمی‌کنند و بنابراین هادرون نیستند. آن‌ها گروه مجزایی از ذرات به نام لپتون ها را تشکیل می‌دهند. نوترینو ها تنها در برهم کنش ضعیف شرکت می‌کنند، اما الکترون که بار نیز دارد می‌تواند برهم کنش الکترومغناطیسی را نیز حس کند. لپتون ها مانند کوارک ها مرکب نیستند و بنابراین مستقیماً به همراه کوارک ها به عنوان ذرات بنیادی نقطه‌ای در جدول (۱-۱) وارد شده‌اند.
جدول (۱- ۱): اجزای بنیادی جهان و مشخصات آن