وبلاگ

کلید واژه ها: آمینواوراسیل ها، پیریدو[3،2-d]پیریمیدین ها، کاتالزگر بازی، واکنش چند جزیی

 

 

فصل اول

 

 

کلیات تحقیق

 

 

1-1 واکنش های چند جزئی

 

 

واکنش های چند جزئی یک زمینه نوید بخش و اساسی در شیمی آلی محسوب می شوند. واکنش های چند جزئی (MCR)، فرایندی هستند که در آن سه و یا تعداد بیش تری با یکدیگر ترکیب شده و محصولی با خصوصیات تمامی مواد سازنده سنتز می شود. از خصوصیات این واکنش ها می توان به امکان تولید محصولاتی متنوع با ساختار مولکولی متفاوت در مدت زمان کوتاه، اشاره کرد. همچنین مهم ترین معیار برای کارایی و قابلیت های این واکنش ها این است که تا حد امکان تعداد مراحل خالص سازی واکنش ها به حداقل برسد]1[.

 

 

1-2 پیریدوپیریمیدین ها

 

 

 

ساخت ترکیبات جدید حاوی پیریدین در شیمی هتروآروماتیک ها و بررسی اثرات زیستی آن ها، جایگاه ویژهای داشته و این اسکلت ساختاری در بسیاری از ترکیبات دارویی و طبیعی حضور دارد. پیریدوپیریمیدینها یکی از ساختارهای معروف در طراحی داروها هستند. در شکل 1-1 ساختار برخی از پیریدوپیریمیدین ها آمده است]2،3[.

 

 

شکل 1-1 ساختار برخی از پیریدوپیریمیدین ها

 

 

نمونه ای از کاربرد MCRدر داروسازی، سنتز خانواده ی ترکیبات ناجورحلقه (هتروسیکلی)است. ترکیبات هتروسیکلی در سنتز داروهای مختلف نقش کلیدی دارند. سنتز هتروسیکل های پیریـدین و پیریمیـدین جوش

 

 

خورده به دلیل اهمیت فزاینده آن در شیمی دارویی به عنوان ضد سرطان، ضد ویروس2، ضد باکتری3، ضد قارچ4، ضد فشار خون5 و ضد هپاتیت6 توجه زیادی را به خود جلب کرده است. در شکل 1-2 ساختار بعضی از مشتقات پیریدو[3،2-d]پیریمیدین های فعال زیستی آمده است ]4،5[.

 

 

شکل 1-2 ساختار برخی ازپیریدو[3،2-d]پیریمیدین های فعال زیستی

توسعه صنعت ناوبری و افزایش حجم تبادلات در بنادر کشور مستلزم فراهم آوری امکانات، تجهیزات و تکنولوژی غنی و به روز در زمینه ساخت، تعمیر و پذیرش شناورهاست. از مهمترین امکانات می‌توان فضای خاص و تجهیزات مورد نیاز برای تعمیر و نوسازی کشتی‌ها و شناورها را ذکر کرد. حوضچه‌های خشک[1] در محدوده‌های ساحلی به‌نحوی که قابلیت برقراری ارتباط ایمن با بدنه آبی به‌منظور انجام عملیات آبگیری و تخلیه را داشته باشند، همراه با جراثقال‌های متحرک با ظرفیت بسیار بالا از جمله این امکانات به‌شمار می‌روند [1].

 

 

تمامی کشتیهای جنگی استراتژیک و بیشتر کشتیهای بازرگانی دارای سازه‌های بسیار سنگینی با وزن حدود چند صد تن می‌باشند. چنین کشتیهای سنگینی در بخشهای زیادی از جهان از زمانهای باستان و قبل از سال 1500 میلادی وجود داشته‌اند. اطلاعات بسیار اندکی در خصوص تاسیساتی که بایستی بمنظور سرویس چنین کشتیهایی در دوره ساخت و آب اندازی یا تعمیر آنها در زیر خط آب وجود داشته باشد، در دسترس می‌باشند. در حدود سال 1500 میلادی، چهار روش برای این منظور وجود داشته است: یک کشتی می‌تواند کج شود، بر روی زمین قرار گیرد، به سمت ساحل کشیده شود و یا در حوضچه خشک قرار گیرد.

 

 

حوضچه‌های خشک، در موقعیتی که دارای جزر و مد قوی می‌باشد حتی در جاییکه کمترین نیاز به آن احساس می‌شود، آسانترین گزینه برای ساخت و بهره‌برداری می‌باشد [2]. حوضچه خشک به‌عنوان یکی از ابنیه‌های به آب‌اندازی و یا خارج نمودن کشتی که عمدتاً به‌منظور تعمیر کشتی در زمانیکه حوضچه فاقد آب باشد مورد استفاده قرار می‌گیرد. این حوضچه‌ها قادر به پرشدن به‌وسیله آب دریا در زمان باز‌بودن دیوار متحرک و تخلیه آب بوسیله پمپ‌های مکنده آب در زمان بهره‌برداری و انجام تعمیرات بر روی کشتی می‌باشند. مزیت استفاده از حوضچه‌های خشک در سادگی اجرا و بهره‌برداری از آنها می‌باشد.

 

 

حوضچه‌های خشک دارای سه دیواره ثابت بتنی بوده و کف آن از نوع کف بتنی وزنی یا دال خمشی می‌باشد که در شرایط خاص ممکن است نیاز به اجرای شمع داشته باشند [3]. این سازه‌ها معمولا از یک طرف به دریا متصل بوده و با یک درب بزرگ از محیط دریا ایزوله می‌گردند. سازه درب حوضچه خشک باید توانایی آب بندی محیط داخل حوضچه را دارا بوده و در برابر فشار آب پشت درب از استحکام کافی برخوردار باشد. همچنین با توجه به ورود و خروج شناورها، امکان برداشتن و جابجا کردن آسان را داشته باشد. از این‌رو استفاده از سازه‌های فلزی با دیواره‌های تقویت شده برای درب حوضچه خشک امری رایج می‌باشد. سازه درب بسته به ابعاد حوضچه ونیروهای وارده از سازه‌های ساده با تقویت‌کننده‌های افقی و عمودی تا سازه‌های دوجداره با قابلیت شناوری می‌تواند متغیر باشد. در ادامه این فصل، اقدام به ارزیابی مساله نموده و مروری بر سوابق مطالعات انجام شده و اهداف اصلی و حوزه مطالعاتی تعریف‌شده برای این پایان‌نامه خواهیم پرداخت. در فصل دوم نیز، با انواع حوضچه‌های خشک و اقسام درب‌ فلزی آنها آشنا خواهیم شد.

 

 

1-1- ارزیابی مسأله

 

 

پانلهای ورقی تقویت‌شده فولادی به‌صورت بسیار گسترده‌ای به‌عنوان اجزای اولیه بسیاری از سیستم‌های سازه‌ای نظیر تیرهای حمال قوسی شکل، هواپیماها، کشتی‌ها و سازه‌های فراساحلی به‌کار برده می‌شوند. سادگی ساخت و نسبت مقاومت به وزن بالای آنها، جذابیت خاصی به اینگونه ورقها داده است. تقویت‌کننده‌ها، وزن بسیار کمی در مقایسه با وزن کل سازه را دارا می‌باشند، در حالیکه به‌میزان قابل توجهی بر پایداری و مقاومت آن تاثیر می‌گذارند [4]. ورقهای تقویت شده بطور معمول شامل یک ورق با تقویت‌کننده‌های با فواصل مساوی جوش‌شده در یک طرف و تقویت‌کننده‌های متقاطع میانی می‌باشند. معمولترین مقاطع عرضی تقویت‌کننده عبارت از مقاطع حبابی، تسمه‌ای، سپری و نبشی می‌باشند [5].

 

 

صفحات، در حالات تقویت شده یا تقویت نشده، مهمترین المانهای سازه‌ای در سازه‌های دارای دیواره‌های نازک، مانند کشتی‌ها و سازه‌های فراساحلی می‌باشند [6]. بارهای فشاری درون صفحه‌ای تقریبا بیشترین بارهای وارده بر روی چنین المانهایی هستند. مقاومت ورقها و المانهای ورق‌های تقویتی بر روی ظرفیت سازه‌ای کلی تاثیر می‌گذارد [7]. در طراحی کشتیها و سازه‌های فراساحلی، ضروری است اطمینان حاصل کنیم که سازه دارای مقاومت کافی برای تحمل شرایط بارگذاری حدی[1] باشد. مقاومت ورقها و ورقهای تقویت شده بر روی ظرفیت سازه‌ای کلی یا مقاومت نهایی کل سازه تاثیرگذار می‌باشند [6].

 

 

از سوی دیگر، کشتیها و سکوهای فراساحلی در یک محیط دریایی تهاجمی بکار برده می‌شوند. در اثر فعل و انفعالات بین ساختارهای فلزی کشتی‌ها و سکوهای فراساحلی با محیط دریایی، خوردگی ایجاد می‌شود [7]. مشکلات خوردگی و مربوط به خوردگی بعنوان مهمترین فاکتورهایی که سبب فروافت سازه‌ای مرتبط با سن کشتیها و بسیاری از سایر انواع سازه‌های فولادی می‌گردند، شناخته می‌شوند. خوردگی دارای اثر مضری از نقطه نظر ایمنی می‌باشد و می‌تواند موجب رخنه در ضخامت[2] ، ترکهای خستگی[3] ، شکستگی ترد[4] و گسیختگی ناپایدار[5] شود. چنین تاثیراتی بسته به نوع کشتی یا سازه‌های فراساحلی، می‌تواند سبب خطرات جانی و آلودگی‌های زیست محیطی گردد.

 

 

کمیته ساختمان کشتی[6]، هشت نوع طبقه‌بندی را برای خوردگی تعریف نموده است. این طبقه‌بندیها مشتمل بر خوردگی یکسان یا عمومی، خوردگی گالوانیکی، خوردگی ناشی از ترک مویی، خوردگی حفره‌دار، خوردگی درون دانه‌ای، فروشست انتخابی[7]، خوردگی سرعت و ترکهای خوردگی تنشی می‌باشند. بعلاوه، این موضوع بایستی تاکید گردد که انواع خوردگیهای مزبور از یکدیگر کاملاً مستقل نبوده و درجات معینی از همپوشانی بین آنها برقرار است [6].

 

 

خوردگی در سازه‌های دریایی عمدتا به دو شکل خوردگی عمومی و خوردگی محلی دیده می‌شود. عموماً، خوردگی حفره‌دار بعنوان بیشترین حمله خورنده محلی شناخته می‌شود و در مقایسه با کل سطح درمعرض، نسبتاً کوچک می‌باشند. بعنوان مثالی از خوردگی عمومی می‌توان به چارچوبهای نگهدارنده کشتی‌های فله‌بر که دارای پوشش محافظتی نظیر رنگهای اپوکسی می‌باشند، اشاره نمود [7]. خوردگی حفره دار، در سازه‌های فولادی که در تماس با آب هستند یا در معرض شرایط آب و باد هستند، همچنین در مخازن حامل محموله‌های مایع ایجاد می‌شود (شكل ‏1‌.‌‌1). معمولاً سوراخها در امتداد گرانش رشد می‌نمایند. حفره‌های خیلی عمیق می‌توانند سبب ایجاد سوراخ در صفحه گردیده و ممکن است سبب آلودگی جدی شوند. حفره‌ها در ورقهایی که زیر آب نمی‌روند و یا صرفاً در معرض اسپری آب هستند، ایجاد نمی‌شوند. در صورت مشاهده خوردگی متمرکز در چارچوبهای نگهدارنده فله‌برها، محلهای حملات خورنده که حفره‌ای هستند نسبتاً بزرگ می‌باشند (تقریباً تا قطر 50 میلی‌متر) [6].

 

 

خوردگی عمومی مشکلی است که در المانهای صفحه‌ای که فاقد پوشش محافظتی هستند، رخ می‌دهد (شكل ‏1‌.‌‌1) و سطوح ورق ممکن است به‌صورت طیف‌های موجی‌شکل خورده شوند [7]. این نوع خوردگی به شکل زنگ بر روی سطوح فولادی محافظت نشده ظاهر می‌شوند. مقیاس زنگ زدگی دائماً ارتباط آهن تازه با حملات خورنده را قطع می‌نماید. همچنین، مقیاس زنگ زدگی دارای عمق ثابت و غلظت یکنواختی بر روی سطح می‌باشد. خوردگی عمومی بر روی کل سطح صفحه فولادی گسترش می‌یابد و سبب کاهش ضخامت، و متعاقب آن موجب تسهیل ترکهای خستگی، شکستگی ترد و گسیختگی ناپایدار می‌گردد [6].

 

 

2-1- سوابق مطالعات قبلی

 

 

ماتئوس و ویتز[1] [8]، تاثیرات خوردگی عمومی بر روی پس-کمانش ورقهای یک طرف خورده شده را با استفاده از شیوه کاهش ضخامت یکسان[2]  و مدل شبه تصادفی سطح ضخامت[3] ارزیابی کردند. آنها مشخص نمودند که شیوه معمول کاهش ضخامت یکسان برای تخمین تاثیرات خوردگی عمومی روش دقیقی نمی‌باشد، برای اینکه مفاصل پلاستیک شکل می‌گیرد، به این دلیل که بی‌نظمی سطح صفحه سبب کاهش اندکی در مقاومت نهایی آن گردیده و سبب تاثیر چشمگیری در رفتار پس-کمانش صفحه می‌گردد.

 

 

دایدولا و همکاران[4] [9]، یک مدل ریاضی را برای تخمین ضخامت باقیمانده ورقهای حفره شده، با استفاده از مقادیر میانگین و بیشینه داده‌های حفره‌ها یا تعداد حفره‌ها و عمق عمیقترین حفره پیشنهاد دادند، و روشی را برای ارزیابی تاثیر کاهش ضخامت ناشی از حفره شدن

 موضعی و کمانش صفحه مبتنی بر شیوه احتمالاتی، ارائه نمودند. بعلاوه، آنها ابزارهایی را که توانایی ارزیابی مقاومت باقیمانده صفحات حفره شده را داشتند، توسعه دادند.

 

 

اسلیتر و همکاران[5] [10]، مطالعه‌ای را بر روی مقاومت کمانشی و رفتار صفحات کشتی خورده شده را با استفاده از روش اجزاء محدود انجام دادند.

 

 

پایک و همکاران[6] [11]، [12]، بر روی مشخصات مقاومت نهایی المانهای صفحه‌ای حفره‌دار تحت نیروی فشاری محوری و نیروی برشی داخلی مطالعه نموده و فرمول نزدیکی را برای پیش‌بینی مقاومت نهایی صفحات حفره‌دار با استفاده از شیوه فاکتور کاهش مقاومت (مجزا ) استنتاج نمودند. آنها با حالتی سرو کار داشتند که شکل حفره‌های خوردگی بصورت استوانه‌ای بود.

 

 

وانگ و همکاران[7] [4]، مطالعه‌ای را بر روی فعل و انفعال متقابل گسیختگی کمانشی ورق‌های فولادی تقویت‌شده انجام دادند. آنها در این ارزیابی، رفتار کمانشی چهار ورق تقویت‌شده با اندازه واقعی را که دارای تقویت‌کننده‌های طولی از نوع سپری بودند را به روش‌های تجربی و تحلیلی بررسی نمودند. روش اجزاء محدود به‌کار گرفته شده در این ارزیابی، توانایی پیش‌بینی ظرفیت و حالت‌های گسیختگی نمونه‌ها را داشت. آنها در این مطالعه به وجود واکنش کمانشی متقابل، با توجه به تبعیت کمانش ورق از کمانش کلی، بصورت عملی پی بردند.

 

 

اوک و همکاران[8] [13]، بر روی ارزیابی اثرات خوردگی حفره‌ای موضعی که در یک یا چندین ناحیه بزرگ ممکن در مقاومت نهایی ورقهای تقویت نشده متمرکز می‌شوند، مطالعه نمودند. آنها روش رگرسیون چند متغیره را بمنظور استنتاج فرمول جدیدی برای پیش‌بینی مقاومت نهایی ورقهای تقویت نشده با خوردگی موضعی بکار بستند. نتایج آنها مشخص نمود که طول، عرض و عمق خوردگی حفره‌ای دارای اثرات کاهنده بر روی مقاومت نهایی ورقها، هنگامیکه لاغری ورق صرفاً یک اثر حاشیه‌ای بر روی کاهش مقاومت دارد، می‌باشد.

 

 

آنها همچنین تعیین کردند که موقعیت عرضی خوردگی حفره‌ای، عامل مهمی در تعیین مقدار کاهش مقاومت می‌باشد.

 

 

کمانش یا مقاومت نهایی ورقهای فولادی خورده‌ شده، بصورت تجربی، عددی یا تحلیلی توسط برخی از محققان ارزیابی گردیده است [14]، [15]، [16]، [17]، [18]. بسیاری از اینگونه مطالعات تحقیقی بر روی ورقهای تقویت شده با خوردگی حفره‌ای انجام گرفته‌اند.

 

 

خدمتی و همکاران[9] [5]، یک ارزیابی عددی را بمنظور مطالعه تاثیر فشار جانبی بر روی رفتار پس-کمانش و مشخصات مقاومتی ورقهای آلومینیومی تقویت‌شده که درمعرض فشار درون‌صفحه‌ای می‌باشند، انجام دادند. بدین منظور، مدلهای مختلفی که دارای چیدمان‌های جوشی و تقویت‌کننده‌های متفاوتی بودند، تجزیه و تحلیل گردیدند. از خلال مطالعات آنها مشخص گردید که تحت فشار درون‌صفحه‌ای خالص، وجود و آرایش خطوط جوش تاثیر چشمگیری بر روی مقاومت کمانشی اولیه[10] مدلها ندارد، اما رفتار پس-کمانش و مشخصات مقاومتی مدلها بوسیله نوع تقویت‌کننده‌ها و آرایش جوش تحت تاثیر قرار می‌گیرند.

 

 

خدمتی و همکاران [6]، در تحقیقاتشان بر روی مقاومت صفحات فولادی با ضایعات خوردگی توزیع شده تصادفی در هر دو طرف ورق تحت فشار تک محوری مطالعه نمودند، آنها یک سری از آنالیزهای اجزاء محدود الاستیک-پلاستیک غیرخطی بر روی ورقها در شرایط مختلف خورده‌نشده و بصورت تصادفی خورده‌شده و تحت نیروی فشاری داخلی را انجام دادند و سری کامل روابط میانگین تنش-میانگین کرنش ورقها، با درنظر گرفتن تغییرات نسبت صفحه ورق و ضخامت یا لاغری ورق را استنتاج نمودند.

 

 

آنها همچنین نتیجه گرفتند که بی‌قاعدگی اجزاء محدود در مدلهای ورق با خوردگی عمومی تصادفی سبب برخی تغییرات کوچک در روابط میانگین تنش-میانگین کرنش پس از احراز مقاومت نهایی می‌گردد. منحنی رابطه میانگین تنش-میانگین کرنش برای ورق خورده شده یکنواخت معادل می‌تواند بعنوان منحنی میانگین برای واکنش فشاری ورقهای خورده شده تصادفی درنظر گرفته شود.

 

 

قوامی و خدمتی [19]، مطالعه‌ای را بمنظور آنالیز تغییرشکل غیرخطی بزرگ ورق‌های تقویت‌شده انجام دادند. آنها بدین منظور یک سری ارزیابی‌های تجربی را بر روی ورق‌های فولادی تقویت‌شده که تحت فشار محوری یکنواخت بودند را تا رسیدن به گسیختگی نهایی، با استفاده از برنامه اجزاء محدود Ansys انجام دادند. در نتیجه این ارزیابی، مشخص گردید که المان SHELL43 می‌تواند برای مطالعه رفتار الاستیک-پلاستیک ورق‌های تقویت‌شده به‌کار برده شود.

 

 

[1] Mateus and Witz

 

 

[2] Uniform Thickness Reduction Approach

 

 

[3] Quasi-Random Thickness Surface Model

 

 

[4] Daidola et al.

 

 

[5] Slater et al.

 

 

[6] Paik et al.

 

 

[7] Wang et al.

 

 

[8] Ok et al.

 

 

[9] Khedmati et al.

 

 

[10] Initial Buckling Strength

 

 

[1] Extreme Loading Situation

 

 

[2] Thickness Penetration

 

 

[3] Fatigue Cracks

 

 

[4] Brittle Fracture

 

 

[5] Unstable Failure

 

 

[6] Ship Structure Committee

 

 

[7] Selective Leaching

 

 

[1] Dry Docks

 مسئله انحلال پذیری متقابل به عنوان تابعی از نسبت اجزای سازنده[1]، دما و فشار در یك مخلوط برای طراحی دستگاهی جهت جداسازی یا تركیب(تشكیل) یك فاز همگن بسیار مفید می­باشد.  همچنین شرایط با دما و فشار بسیار زیاد شرایط لازم برای تحقیق در مورد انفجارهای چگال را فراهم می­آورد. محصورسازی اینرسی با تراكم سوخت تا چگالی زیاد و زمان محصورسازی بسیار كوتاه روشی متفاوت را برای دستیابی به همجوشی هسته­ای ایجاد می كند. در این روش با استفاده از تابش باریكه های لیزری پرقدرت و یا ذرات باردار پرانرژی كه از شتابدهنده ها تولید می شوند، مواد همجوشی كننده را بهم نزدیك كرده و احتمال همجوشی را افزایش می دهند. برای این منظور ساچمه[2] های بسیار كوچك (به قطر 1.0 تا چند میلیمتر) كه حاوی سوخت همجوشی با چگالی حجمی هیدروژن مایع در حدود4.5  1022 cm-3   و چگالی جرمی حدود 0.2 g .cm-3 ]1[ هستند، از جهات مختلف و بطور متقارن و همزمان تحت تابش پرتوهای لیزر با انرژی بالا و یا پالس شدیدی از ذرات شتابدار پر انرژی قرار می گیرند. در دما و فشار خیلی زیاد، اندازه­گیری مستقیم به علت شرایط نامطلوب آزمایشگاهی امكان پذیر نمی­باشد، از این رو، یك رهیافت تئوری، در صورتیكه اثرات دما (T) و فشار(P) بوضوح در فرمالیزم وارد شود، بر اساس تئوری مخلوط بسیار مورد سودمند است.  برای تحت شوك قرار دادن مخلوط مورد نظر باید معادلة حالت مخلوط معلوم باشد. لذا ما در این کار تحقیقاتی معادلۀ حالت مخلوط مایع   در دمای پائین و فشار نسبتا بالا  را مورد بررسی قرار داده­ایم.

 

 

 سیستم مخلوط   به علت اهمیت زیاد از دیدگاه تئوری مورد توجه قرار گرفته است [4-2]. اجزاء سازنده­ای از این نوع بعنوان موادی كه در دما و فشار زیاد خصوصیات مشخصی را بروز دهند شناخته شده­اند، زیرا در فشارهای زیاد این مخلوط جداشدگی فازی مایع-مایع را بروز می­دهد. هر دو  دارای برهمكنش­های­ جاذبه و دافعه پیچیده­ای هستند [5]. از این رو نیروهای بین مولكولهای متفاوت در مخلوط نقش قابل توجهی [7و6] در شكل گیری  خصوصیات آنها ایفا می كند. همچنین به علت جرم پایین این دو ذره تاثیرات كوانتمی را در دماهای پائین با اهمیت می­گردد.

 

 

ما در این کار تحقیقاتی نظریه اختلال مكانیك آماری [8] را بر روی یك مخلوط دوتایی کروی سخت[3]با تصحیحات لازم برای نیروهای جاذبه و اثرات كوانتمی مورد مطالعه قرار داده­ایم.  شعاع پوسته سخت وابسته به دما است، از این رو، حلالیت مخلوط   را  در بازه وسیعی از دما و فشار می­توان بدست آورد. پتانسیلهای با دافعه ملایم مانند باکینگهام exp-6 حقیقی­تر از پتانسیلهای یوکاوا یا چاه مربعی می­باشد و خواص ترمودینامیکی دقیقی را ارائه می­دهد [8]. از اینرو برای رسم نمودار فاز مخلوط دوتایی مولكولهای كروی سخت از  پتانسیل باکینگهام استفاده کرده­ایم [9]. همچنین برای بررسی اثر كوانتمی، تصحیح مرتبه اول بسط ویگنر-كریكوود[4]  [11و10] را اعمال خواهیم کرد. با احتساب بخش­های مختلف انرژی آزاد هلمهولتز، ما قادر به ارائه نسخه پیشرفته­تری از معادله حالت برای مطالعه عامل تراكم (Z) و دیگر پارامترهای ترمودینامیکی خواهیم بود. از این فرضیات برای تحقیق اثرات  فشار و دما  (T , P) روی خواص ترمودینامیكی مخلوط   در بازه وسیعی از چگالی و نحوه ترکیب اجزای سازنده آن استفاده خواهیم نمود. علارغم ساختار ساده الكترونی هیدروژن و ایزوتوپهای آن، توصیف دقیقی از خصوصیاتشان در چگالیهای بالا تحت تراكم شوك و معادله حالت آنها در مخلوط در دست نیست  اما به كمك بعضی مدلهای تقریبی وبا استغاده از تئوری اختلال و وردشی با تصحیح كوانتمی و پتانسیلexp-6  باكینگ هام برای استفاده در معادله شوك هیوگونیت برای مخلوط فوق استفاده نموده­ایم.  چن[5] در سالهای 1999و2006 میلادی با استفاده از روش وردشی معادله حالت مخلوط  رابدست آورد و با نتایج تجربی چگالی مایع بدست آمده توسط شبیه سازی و آزمایشات نیلز در1980 مقایسه نمود ونشان داد كه تئوری مورد استفاده با نتایج تجربی تطبیق خوبی دارد. در چند سال گذشته پیشرفت های چشم گیری به صورت تئوری و عملی در معادله حالت هیوگونیت دوتریم مایع وهلیم  توسط ابلینگ و بولو[6]  در1991 میلادی و انجام گرفت. علی[7] در 2004 میلادی  بر روی مخلوط   با استفاده از روش اختلال مطالعاتی انجام داده و در مقایسه با نتایج تجربی در محدوده خاص این روش را تائید نمود. اما روش های تئوریكی هنوز كاملا قادر به توصیف این عناصر ساده در چگالی های بالا نمی­باشند. ما نیز با استفاده از روش های فوق  به بررسی معادله حالت مخلوط دو ذره  ،   می­پردازیم. لذا ابتدا در فصل یک اصول و مبانی همجوشی هسته­ای را شرح داده و ارتباط مطالعۀ انجام شده را با همجوشی بیان می­کنیم. سپس در فصل دوم به شرح اصولی که نظریه مورد استفادۀ ما بر آن استوار است می­پردازیم. در فصل سوم نحوه استفاده از این نظریه در مخلوط مورد نظر را ارائه خواهیم نمود. و در نهایت نتایج خود را با نتایج نظریات دیگر و شبیه سازی  مقایسه كرده و پارامترهای ترمودینامیکی دیگر مربوط به مخلوط دوتریوم و تریتیوم را محاسبه می­کنیم.

 

 

فصل اول: مبانی همجوشی هسته ای

 

 

تولید انرژی به همان روشی که در خورشید انجام می­گیرد برای مدت های طولانی رؤیای بشر بوده است. از اوایل قرن بیستم، دانشمندان دریافتند که منبع انرژی خورشید-همانند دیگر ستارگان- فرآیندی موسوم به همجوشی هسته­ای می­باشد. تا سال 1950 هنوز فعالیتهای تحقیقاتی مقدماتی در  این زمینه شروع نشده بود. اما امروزه کشورهای زیادی از تحقیق در ارتباط با همجوشی در جستجوی منبعی برای تولید انرژی پشتیبانی می­کنند. انجام چنین تحقیقاتی بطور فزاینده­ای مهم است، زیرا مسئلۀ بحران انرژی روز به روز به موضوعی مهمتر بدل می­شود. 

 

 

امروزه استفاده از همجوشی بعنوان یكی از راه حل­های بحران انرژی مطرح است. بخصوص به این دلیل که مزیت های عدم آلودگی محیط

 زیست را در مقایسه با سوزاندن زغالسنگ و نفت یا رأكتورهای شكافت هسته­ای را داراست.  همجوشی از این جهت که سوخت همجوشی قابل استخراج از آب دریاست، بسیار جذاب است، به طوریكه برای بیشتر کشورهای در جهان بطور مستقیم قابل دسترسی می­باشد.

اگرچه پیشرفت های چشمگیری در علم همجوشی و تکنولوژی صورت گرفته، تا كنون هیچ رآکتور همجوشی در حال کار نیست. به عنوان اولین گام جهت درک همجوشی به روش محصورسازی لختی، ما به این سؤال که چگونه خورشید انرژی تولید می­کند رجوع خواهیم نمود. کلید واکنشهای همجوشی هسته­ای و آزادسازی انرژی، در تعبیرات انرژی بستگی نهفته است. انیشتین نشان داد که جرم و انرژی توسط رابطه زیر با هم ارتباط دارند.

 

 

بنابراین ما با جرم هسته ها شروع می­کنیم. مطابق با درک كنونی ما، جرم یک هسته در یك دیدگاه نیم كلاسیكی توسط فرمول نیمه تجربی زیر توصیف می­گردد.

 

 

که  و  به ترتیب جرم پروتون و نوترون و  ،  ،  ،  و  ثوابتی هستند که توسط برون­یابی با انرژی­های بستگی تجربی بدست می­آیند،  جملۀ ذوجیت است. بنابراین انرژی بستگی   (در واحد  ) هسته­ اختلاف جرم اجزاء تشكیل دهندة هسته زمانیكه بسیار از یكدیگر دورند، بصورت زیر می­باشد.

 

 

   شکل (1-1) انرژی بستگی متوسط تجربی را به بصورت تابعی از  نشان می­دهد. این تابع یک بسشینه تخت را در ناحیه­ای برای هسته هایی نزدیک آهن نشان می­دهد، که از پایدارترین هسته ها است. برای هسته های بسیار سبکتر یا سنگینتر از آهن، انرژی بستگی متوسط به طور قابل ملاحظه­ای کوچکتر است. این اختلاف در میزان انرژی بستگی پایه فرآیند همجوشی و شکافت هسته­ای است. اساس همجوشی هسته­ای این است که دو هسته خیلی سبک باهم ترکیب شده و از ترکیب آنها یک هسته با انرژی بستگی بیشتر تشکیل شود (جرم کمتر). بنابراین انرژی مطابق فرمول انیشتین (1-1) آزاد می­شود. همچنین هنگامی که یک هسته سنگین به دو پاره شکافته می­شود، دو هسته با مجموع جرم کمتر از جرم هسته اولیه تولید می­شود که به آزاد شدن انرژی می­انجامد.

 

 

     فرآیندهای همجوشی زیادی بین عناصر سبك امکانپذیر است. هرچند مسئله در شروع چنین واکنش­هایی این است که هسته­های سبک بار مثبت دارند و با شدت زیادی یکدیگر را دفع می­کنند. بنابراین تحت شرایط عادی فاصله بین هسته­ها برای انجام همجوشی بسیار زیاد است، که در این شرایط برهمکنش هسته­ای تقریبا غیرممکن است. اما علی­رغم این مشكل چگونه این پدیده به تولید چنین انرژی قدرتمندی در خورشید می­انجامد؟ در پاسخ به این سؤال می­توان گفت كه به علت دما  (106K) و فشار بالا در مرکز خورشید، و وجود تعداد زیادی ذره، همچنین زمان به اندازه كافی طولانی، سطح مقطع برخورد برای چنین برهم­کنشی به اندازه کافی بزرگ است که تولید انرژی مشخصه خورشید را نسبتاً ثابت نگه دارد. در خورشید انرژی در اصل از یک چرخه برهمکنش پروتون-پروتون  بدست می­آید.

 

 

[1] Components

 

 

[2] Pellet

 

 

[3] Hard sphere

 

 

[4] Wigner-Kirkwood

 

 

[5] Q. F. Chen

 

 

[6] Beulle, Ebling

 

 

[7] I. Ali, S. M. Osman

برای تغییر رفتار سطحی پلیمرها روش­های متعددی وجود دارد که در ذیل به بعضی از معایب و مزایای آنها اشاره می­شود:  از مزایای روش­های شیمیایی می­توان به سادگی و قیمت ارزان آن اشاره کرد و از معایب آن می­توان استفاده از مواد سمی ، همگنی اندک ، مواد آلاینده زیاد و برخی مواد آلاینده مزاحم را نام برد. در روشهای فیزیکی مثل کندوپاش با وجود اینکه مواد آلاینده و مزاحم کم می باشد و از مواد سمی استفاده نمی شود ولی انرژی زیادی مورد نیاز است که از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه نیست. بنابراین استفاده از محیط پلاسما می­تواند یکی از انتخاب­های مناسب برای این کار باشد زیرا هم مواد آلاینده، مزاحم وسمی در آن به کار نمی رود و هم اینکه انرژی کمتری برای این کار مورد نیاز است.]4[

در معرض پلاسما قرار دادن پلیمرها باعث ایجاد تغییراتی درسطح آن می‌شود و برخی از خواص آن را برای استفاده در صنعت  بهبود می­بخشد از آن جمله می توان به تغییراتی درمیزان آبدوستی و آب‌گریزی و بار سطحی]5[، نابودی حفره‌های هوای ایجاد شده در سطح پلیمر توسط پلاسما وافزایش رسانش الکتریکی آن]3[ اشاره کرد، و از اثرات دیگر پلاسما بر پلیمرها تغییر در ضریب شکست و تغییرات در میزان جذب فیزیکی یا شیمیایی، شکست برخی پیوندهای کووالانسی]6[ و افزایش انرژی سطح  در پلیمر مورد نظر می­باشد.]7[

 

 

پلاسما امروزه در زمینه­های مختلفی در هوا فضا ، پزشکی و صنعت به کار می‌رود و یکی از کاربردهای مهم آن، ایجاد تغییراتی در ماده بخصوص در سطح آن می­باشدکه این تغییرات می تواند فرایند نانوکردن، تغییر در مورفولوژی[1] سطح ، باردار کردن سطح و تغییراتی در پیوندهای شیمیایی ماده باشد.]8[

 

 

با قرار دادن پلیمرها در معرض پلاسما، خواص و اثراتی در آنها ایجاد می­شود که می­توان از آن خواص در جهت بهره­برداری بیشتر در انرژی ،

 صنعت وپزشکی استفاده کرد.که از آن جمله می‌توان به تغییراتی در مورفولوژی سطح اشاره کرد]1[ و با برجسته کردن سطح می­توان مساحت سطح تماس را افزایش داد و هم چنین می توان  به تغییر میزان آبدوستی وآب گریزی سطح اشاره کرد.]4[

 

 

در این پژوهش، سطح فیلم نازک[2] پلیمری تحت تاثیر پلاسما مورد آزمایش و مطالعه قرار داده شده است و مشاهده شده است که پلاسما می‌تواند اثراتی را در سطح پلیمر باقی گذارد که می­تواند منجر به ایجاد پیوندهایی در سطح شود و برخی از خواص شیمیایی و فیزیکی سطح را تغییر دهدکه در نتیجه تغییر این خواص، بعضی از مشخصات سطح مثل آبدوستی و آب گریزی سطح تغییر می­کند.]9[

 

 

هدف از این پژوهش ، بررسی تغییرات ایجاد شده از تحت تاثیر قرار دادن  پلیمرهای آلاییده با رنگینه به صورت لایه نازک در معرض پلاسما می‌باشد. ازبرخی از این تغییرات می‌توان به افزایش یا کاهش میزان برخی از گروه­های عاملی پلیمر، شکستن و ایجاد پیوندهای جدید اشاره کرد ونتایج تاثیر پلاسمای تخلیه الکتریکی تابان[3] با جریان مستقیم ومتناوب و اثرگازهای مختلف مورد مقایسه واقع می­شود و در کنار این موارد می توان رفتار رنگینه آلاییده در پلیمر را نیز مورد مطالعه قرار داد.

 

 

فصل اول

 

 

بررسی منابع

 

 

در این فصل به طور مختصر به بررسی اطلاعات موجود در زمینه پلاسما ، پلیمر ، رنگینه و نحوه اثر پلاسما بر پلیمر و یافته­های موجود در این زمینه می­پردازیم.

 

 

1-1-پلاسما

 

 

پلاسما گاز یونیزه و شبه­خنثا[4]یی است که از ذرات باردار و خنثی تشکیل می­شود و رفتار جمعی از خود نشان می­دهد. واژه شبه­خنثی به این معنی است که در پلاسما بارهای مثبت و منفی وجود دارد و در عین حال این بارهای مثبت و منفی تقریباً برابر یکدیگرند.[11و10]

 

 

1-1-1- تاریخچه و کاربرد

 

 

ابتدا این گاز یونیزه بوسیله کروکز[5]، در سال 1879 بعنوان حالت چهارم ماده نامیده شد و 49 سال بعد در سال 1928 ، این حالت چهارم ماده اسم خود را از ایروینگ لانگمویر[6]  گرفت و او نام  “پلاسما”  را بر آن نهاد. [12]

 

 

پلاسما هم در طبیعت یافت می شود و هم در آزمایشگاه و صنعت ساخته می­شود و هر دوی آن­ها شبه­خنثی هستند. پلاسمای طبیعی بیش از 99% از جهان قابل دید ما را تشکیل می­دهد. از پلاسماهای طبیعی می­توان کرونای خورشیدی، بادهای خورشیدی، سحابی­ها، یونوسفر زمین، رعد و برق و شفق قطبی را نام برد. در آزمایشگاه، پلاسما بوسیله شعله، لیزر و تخلیه الکتریکی ایجاد می­شود.  پلاسما در صنعت در دستگاه­های برش، اسپری پلاسما و فرآیند اصلاح سطح به کار می­رود. هم­چنین پلاسماهای ساخته بشر می­توانند در سنتزهای گرما هسته­ای، الکترونیک، لامپ­های فلوئورسنت و … کاربرد داشته باشند و بسیاری از کارخانه­های تولید کننده سخت افزار­های کامپیوتری، تلفن همراه و تلویزیون­های پلاسما، از تکنولوژی پلاسما کمک می­گیرند. و از دیگر کاربردهای پلاسما می­توان لایه­نشانی ، ضد عفونی آب و هوا، سوزاندن زباله و مواد مضر وتبدیل آن­ها به ترکیبات بی­خطر را نام برد. [12-10]

در سال 1821 دانشمندی به نام سیبک1 اولین گزارش مربوط به مشاهدات اثرات ترموالکتریکی را به فرهنگستان علوم  پروسیان2 ارائه کرد. وی با گرم کردن محل اتصال دو رسانای نامتجانس توانسته بود بین دو سر دیگر آنها یک اختلاف پتانسیل ایجاد کند. علی رغم اینک سیبک فهم کاملی از این آزمایشات نداشت و نمی توانست این اثرات را به خوبی توجیه کند، اما توانست اثرات ترموالکتریکی را در رساناهای مختلف دیگر مشاهده کند.

 

 

13 سال بعد، یک ساعت ساز فرانسوی به نام پلتیه3 نتایج کم و بیش مشابهی را ارائه کرد و دومین اثر ترموالکتریکی را کشف نمود. او نشان داد که هر گاه جریان الکتریکی از محل اتصال دو رسانای متفاوت عبور داده شود، بسته به جهت جریان، فرآیند جذب یا تولید گرما انجام می­شود. باید توجه داشت که این اثر کاملاً با اثر گرما مقاومتی ژول  تفاوت دارد. پلتیه هم همانند سیبک به طور کامل نتوانست ماهیت فیزیکی نتایج بدست امده را توضیح دهد،اما در سال 1838، لنز4 نشان داد که آب در محل اتصال بیسموت- آنتیموان می­توانست یخ ببندد و چنانچه جهت جریان عوض می­شد یخ تولید شده ذوب می­شد.

 

 

تامسون5 که بعداً به لرد کلوین معروف شد، متوجه شد که می­بایست بین اثر سیبک و اثر پلیته ارتباط وجود داشته باشد. او توانست این ارتباط را با استفاده از مباحث مربوط به ترمودینامیک مشخص و نتیجه­گیری کند که باید یک اثر سوم ترموالکتریکی (که امروزه به اثر تامسون معروف است) نیز موجود باشد. این اثر سوم ترموالکتریکی بدین معنی است که فرایند گرمایش یا سرمایش می­تواند در رسانای همگن اتفاق بیافتد، اگر یک جریان الکتریکی در جهت گرادیان دمایی در آن وجود داشته باشد.

 

 

علی رغم این واقعیت که اثرات ترموالکتریکی برای مدت زمان طولانی شناخته شده است اما استفاده عملی از این اثرها تنها در چند دهه گذشته با ساخت ترموکوپل برای اندازه گیری دما و مجوعه­ای از ترموکوپل به نام ترموپایل برای آشکارسازی انرژی تابشی انجام شد. در هر دو وسیله فوق از اثر سیبک استفاده می­شود که در آن تولید الکتریسیته توسط گرما انجام می­شود. در ابتدا ترموکوپل­های ساخته شده دارای حساسیت بسیار پایین بودند اما امروزه با پیشرفت فن آوری ساخت مدار بهتر، حساسیت این ابزارها بسیار بالاست.

 

 

نظریه اساسی مربوط به تولید و فرایند سرد سازی اولین بار به طور رضایت بخشی توسط آلتن کرش1 مطرح شد. او نشان داد که برای مقاصد کاربردی مواد مورد استفاده می­بایست دارای ضریب ترموالکتریکی بالا باشند. ضمناً لازم بود که رسانندگی الکتریکی آنها نیز بالا باشد تا گرمای ژول کمینه باشد. ویژگی سوم این مواد آن است که باید دارای رسانندگی گرمایی پایینی باشند تا افت انتقال گرما در آنها کم باشد.به هر حال شناخت ویژگیهای مواد و کشف موادی که دارای خصوصیات بالا باشند خود مساله­ای پیچیده بود و محققان زیادی برای دستیابی به چنین موادی تحقیقات زیادی انجام دادند که نتیجه آن دستیابی به مواد نیمرسانا به جای رسانا، بود که اثرات ترموالکتریکی را به صورت بهتر در مقایسه با رساناها از خود نشان می­دهند. امروزه استفاده از چنین موادی امکان ساخت مدارها و سرد کننده­های ترموالکتریکی با راندمان بالا را ممکن ساخته است.

 

 

 

 

2-1- اثر سیبک

 

 

همان طور که قبلا اشاره شد، اثر سیبك توسط  توماس جان سیبك ( 1770-1831) دانشمند آلمانی در سال ۱۸۲۲ كشف شد.

 

 

 مطابق شكل (1-1) سیبك دو میله­ی مس و بیسموت را به هم متصل كرد و موازی با میله­ها عقربه­ی مغناطیسی را قرار داد تا بتواند آزادانه حول محور قائمی بچرخد.

 

 

هنگامی كه یك محل اتصال دو فلز به وسیله­ی شعله گرم می­شد، انحراف عقربه­ی مغناطیسی عبور جریان الکتریکی را در مدار نشان می­داد. سیبك این آزمایش را با فلزهای متفاوت تكراركرد و نتیجه گرفت كه هرگاه اتصا لهای دو فلز ناهمجنس در دماهای متفاوت قرار گیرند نیروی محرك الكتریكی (e.m.f) در مدار تولید می­شود[1].

 

 

پس اگر ماده‌ای که حاوی الکترونهای آزاد است در معرض جریان گرمایی قرار بگیرد به طوری که  اختلاف دمای T)∆) در دو طرف آن ایجاد شده، در این صورت با یک اختلاف پتانسیل مدار باز (V∆) روبرو خواهیم شد. برای یک جسم همگن و اختلاف دمای کوچک، رابطه میان اختلاف پتانسیل  (V∆) و اختلاف دما(T∆)، چنین است.

 

 

که در آن،S، ضریب ترمو الکتریک 1یا ضریب سیبک 2نامیده می‌شود. نام اخیر برای نیمرساناها متداول شده است. بدین ترتیب توان گرمایی بیان کننده بزرگی ولتاژ ترموالکتریکی ایجاد شده در مقابل اختلاف دمای موجود در ماده می باشد. یکای ضریب سیبک ولت بر کلوین (V/K) است، اما معمولا این ضریب بر حسب میکرو ولت بر کلوین بیان می­شود و مقادیری بر حسب صدها میکرو ولت بر کلوین، منفی و یا مثبت، نشان دهنده یک ماده ترموالکتریک خوب است. با استفاده از رابطه(1-1)،  می‌توان به معادله کلی‌تر زیر رسید[5].

 

 

1  Thermoelectric Coefficient

 

 

2  Seebeck  Coefficien

 

 

1  Seebeck

 

 

2  Prussian Accodemy Of Science

 

 

3  Peltier

 

 

4  Lenz

 

 

5  Thomson

 

 

1  Altenkirch

 

 

1  Thermoelectric Effect