احتمالا شما هم آزمایش معروف تولید برق از سیب‌زمینی را انجام داده‌اید، اما آیا می‌دانستید با سیب درختی هم می‌شود همان کار را انجام داد، البته به شرطی که به مقدارکافی سیب دسترسی داشته باشید!

عکاس خوش‌ذوقی به‌نام کالِب چارلند به یک باغ سیب رفت و با استفاده از 30 لامپ ال.ای.دی و سیم‌کشی سری و موازی به درختان مجاور، این تصویر زیبا را خلق کرد. او توانست به اتصال سری 10 سیب به یکدیگر، یک ال.ای.دی را روشن کند و از کنار هم قرار دادن 30 لامپ، روشنایی لازم برای تصویربرداری را بدست آورد. البته اگر فکر می‌کنید روشنایی چراغ مناسب است در اشتباهید، چراکه این تصویر حاصل چهار ساعت نوردهی پیوسته است! برای مشاهده عکس در ابعاد بزرگ، اینجا را کلیک کند.

دید کلی :

    آیا تابحال به این فکر کرده اید که جرثقیل ، چگونه قطعات بزرگ آهن را جابجا می کند؟

    آیا تا کنون ملاحظه کرده اید که یک میخ آهنی بعد از چند بار مالش برروی یک آهنربا ، میخهای آهنی کوچکتر از خود را جذب کند؟


برای پاسخ گفتن به پرسشهای فوق و سوالات دیگر شبیه آنها ، باید اطلاعاتی در مورد آهنربا و خاصیت آهنربایی داشته باشیم. مقاله حاضر تا حدی ما را با این مقوله آشنا می کند.

سنگ مغناطیسی و کهربا ، دو ماده طبیعی هستند که از دیر باز ، مورد توجه مردم بوده اند. سنگ مغناطیسی ، یک ماده معدنی با خصوصیات غیر عادی است که آهن را جذب می کند. اگر یک قطعه کوچک از این سنگ را از نقطه ای آویزان کنیم. آن قدر می چرخد تا سرانجام بطور تقریبی در راستای شمال و جنوب قرار گیرد. نخستین بار در کشورهای غربی ، دریانوردان از این سنگ بعنوان قطبنما استفاده می کردند.

سیر تحولی و رشد :

انسانهای اولیه به سنگهایی برخورد کردند که قابلیت جذب آهن را داشتند. معروف است که ، نخستین بار ، شش قرن قبل از میلاد مسیح ، در شهر باستانی ماگنزیا واقع در آسیای صغیر «ترکیه امروزی) ، یونانیان به این سنگ برخورد کردند. بنابراین بخاطر نام محل پیدایش اولیه ، نام این سنگ را ماگنتیت یا مغناطیس گذاشتند که ترجمه فارسی آن آهنربا می باشد. سنگ مذکور از جنس اکسید طبیعی آهن با فرمول شیمیایی Fe3O4 می باشد.

بعدها ملاحظه گردید که این سنگ در مناطق دیگر کره زمین نیز وجود دارد. پدیده مغناطیس همراه با کشف آهنربای طبیعی مشاهده شده است. با پیشرفت علوم مختلف و افزایش اطلاعات بشر در زمینه مغناطیس ، انواع آهنرباهای طبیعی و مصنوعی ساخته شد. امروزه از آهنربا در قسمتهای مختلف مانند صنعت ، دریانوردی و ... استفاده می گردد.

منشا پیدایش :

کهربا شیرهای است که مدتها پیش از بعضی از درختان مانند کاج که چوب نرم دارند، بیرون تراوید. و در طی قرنها سخت شده و بصورت جسم جامدی نیم شفاف در آمده است. کهربا به رنگهای زرد تا قهوهای وجود دارد. کهربای صیقل داده شده سنگ زینتی زیبایی است و گاهی شامل بقایای حشرههایی است که در زمانهای گذشته در شیره چسبناک گرفتار شده اند.

یونانیان باستان خاصیت شگفت انگیز کهربا تشخیص داده بودند. اگر کهربا را به شدت به پارچهای مالش دهیم اجسامی مانند تکه های کاه یا رانههای گیاه را که نزدیک آن باشد جذب میکند. اما سنگ مغناطیس یک ماده معدنی است که در طبیعت وجود دارد. نخستین توصیف نوشته شده از کاربرد سنگ مغناطیس به عنوان یک قطب نما در دریانوردی در کشورهای غربی ، مربوط به اواخر قرن دوازدهم میلادی است. ولی خواص این سنگ خیلی پیش از آن در چین شناخته شده بود.

انواع آهنربا :

 

اساس کار تمام آهنرباها یکسان است، اما به دلیل کاربرد در دستگاههای مختلف ، آرایش و صنعت ، آن را به اشکال و اندازه‌های گوناگون می سازند، و لذا انواع آن از لحاظ شکل عبارتند از :

    تیغهای
    میلهای
    نعلیشکل
    استوانهای
    حلقهای
    کروی
    پلاستیکی
    سرامیکی و ...

حوزه عمل :

آهنربا به طور مستقیم و غیر مستقیم در زندگی روزانه بشر موثر است و به جرات می توان گفت که اگر این خاصیت نبود زندگی بشر امروزی با مشکل مواجه می شد. از جمله وسایلی که در ساختمان آن از خاصیت آهنربایی استفاده شده است، می توان به یخچال ، قطب نما ، کنتور برق ، انواع بلندگوها ، موتورهای الکتریکی (مانند کولر ، پنکه ، لوازم خانگی و ...) ، وسایل اندازه گیری الکتریکی مانند ولت سنج ، آمپر سنج و ... اشاره کرد.

آیا آهنربا بغیر از آهن ، اجسام دیگری را جذب می کند؟

بعد از پیدایش آهنربا ، دانشمندان به این فکر افتادند که آیا آهنربا غیر از آهن ، اجسام دیگری را نیز می تواند جذب کند. پس از بررسیها و مطالعات مختلف ، سرانجام مشخص شد که آهنربا در عنصر دیگر به نامهای نیکل و کبالت را نیز می تواند جذب کند. بر این اساس به سه عنصر آهن ، کبالت ، نیکل و آلیاژهای آنها که توسط آهنربا جذب می گردد، مواد مغناطیسی می گویند. بدیهی است که سایر مواد را که فاقد این خاصیت است، مواد غیر مغناطیسی می گویند.

روشهای مختلف تشخیص قطبهای یک آهنربا :

    اگر یک آهنربا را از وسط بوسیله تکه نخ بسته و از محلی آویزان کنید، آهنربا در راستای شمال و جنوب مغناطیسی زمین قرار می گیرد.

    با توجه به اینکه در آهنرباها ، قطبهای همنام همدیگر را دفع و قطبهای غیر همنام همدیگر را جذب می کنند، لذا اگر یک آهنربای دیگر که قطبهای آن معلوم است، در اختیار داشته باشیم، به راحتی می توان قطبهای آهنربای دیگر را تشخیص داد.

    به کمک یک عقربه مغناطیسی و با استفاده از رانش و ربایش قطبها نیز میتوان این کار را انجام داد.

تصاویری زیبا از ایستگاه فضایی بین المللی در حالی به ثبت رسیده‌اند که این لابراتوار مدارگرد بزرگ در حال عبور از کنار ماه و مشتری است

در یکی از این تصاویر که توسط عکاس ناسا، "لارن هارنت" به ثبت رسیده، از ماه در لحظه‌ای عکاسی شده است که ایستگاه فضایی بین المللی در حال عبور از مقابل صورت همسایه زمین است.

هارنت این تصویر را در چهارم ژانویه و از مرکز فضایی جانسون ناسا در هیوستون به ثبت رسانده و سپس با ترکیب چندین تصویر با یکدیگر ماه را قبل و بعد از عبور ایستگاه فضایی بین المللی از کنار ماه نمایش داده است.

ایستگاه فضایی بین المللی بزرگترین فضاپیمایی است که تا به حال ساخته شده و ابعادی به اندازه یک زمین فوتبال دارد. در حال حاضر این ایستگاه میزبان 6 فضانورد است و با سرعتی برابر 28 هزار کیلومتر بر ساعت در ارتفاع 386 کیلومتری از زمین در حرکت است.

به گزارش مهر، در درخشان‌ترین حالت ممکن، ایستگاه فضایی می‌تواند درخشان‌تر از سیاره زهره به نظر بیاید به طوری که بتوان آن را با کمک چشم غیر مسلح نیز مشاهده کرد. در عکس‌های هارنت، کره ماه به وضوح و با جزئیاتی دقیق دیده شده و می‌توان صفحات خورشیدی ایستگاه فضایی را نیز به خوبی تشخیص داد.

هارنت اولین کسی نبود که در این هفته از ایستگاه فضایی تصویربرداری کرد، در روز پنجم ژانویه عکاسی به نام "مایک کیلیان" ایستگاه فضایی را در حالی مشاهده کرد که از کنار سیاره درخشان مشتری عبور می‌کرد.

ایستگاه فضایی تنها فضاپیمایی نیست که با چشم غیر مسلح قابل ردیابی است بلکه لابراتوار مدارگرد "تیانگونگ 1" چین را نیز می‌توان با کمک چشم غیر مسلح مشاهده کرد.

کاوشگر وستا در گودالی واقع در قطب جنوب سیارک وستا کوهی را پیدا کرد که با 21 متر ارتفاع، دومین کوه بلند منظومه خورشید بوده و شهاب سنگ‌هایی را ساخته است که امروز در موزه‌های زمین نگهداری می‌شوند

در ابتدای دهه 90 به خاطر بررسی‌های طیف نگاری مادون قرمز، دانشمندان دریافتند که طیف شهاب سنگ‌های "هواردیتی، ائوکریتی، دیوجنیتی" (HED) و سیارک وستا بسیار شبیه هم هستند و بنابراین، به احتمال بسیاری "وستا" جد اولیه این سنگ‌های آسمانی رسیده به زمین هستند.

در می 1996، زمانی که فاصله وستا تا زمین به حداقل خود رسید تلسکوپ فضایی هابل توانست رصدهای موثری را انجام دهد و وجود یک گودال غول پیکر با قطر حدود 450 کیلومتر را در نزدیکی قطب جنوب این سیارک کشف کند. با توجه به اینکه ابعاد این سیارک کمی بیشتر از 500 کیلومتر است دانشمندان نتیجه گیری کردند که شکل گیری این حفره باید یادآور یک حادثه فاجعه بار برای وستا باشد.

به نظر می‌رسد که شکل گیری این حفره حاصل برخورد یک سیارک کوچک با قطر چند ده کیلومتر است. سپس در طول ده‌ها میلیون سال زمان بعضی از تکه‌هایی که در مدت برخورد منفجر شدند به مناطقی رسیدند که از نظر دینامیک ناپایدار بودند و زیر فشار اختلالات شدیدی قرار گرفتند که سبب بروز تغییراتی ریشه‌ای در مدارات آنها شدند و بعد آنها را به مناطق داخلی منظومه خورشیدی هدایت کردند و در پایان از مدارات سیارات داخلی از جمله زمین عبور کردند.

تحقیقات بعدی اجازه داد که دانشمندان وجود گروهی از ده‌ها سیارک کوچک با قطر 5 تا 10 کیلومتر را با طیف مشابه طیف سیارک وستا شناسایی کنند. به همین خاطر به این گروه سیارکی "وستاک" (سیارک‌های وستایی) گفته می‌شود.

این خانواده سیارک‌ها از تکه‌هایی تشکیل شده‌اند که بیشتر آنها در پی برخوردی که حفره قطب جنوب وستا را ساخته است به دنیا آمده‌اند.

بعضی از تکه‌های این گروه نیز راه زمین را در پیش گرفتند و اکنون در موزه‌های زمینی نگهداری می‌شوند که نمونه‌های شهاب سنگهای HED از جمله آنها هستند.

این سه شهاب سنگ در اکتبر 1960 در استرالیا و اکتبر 1999 در آفریقا به زمین افتادند. بررسی ردپای پرتوهای کیهانی بر روی این شهاب سنگ‌ها، وقوع نمایشی از برخوردهای فضایی را در 20 میلیون سال قبل نشان داد.

درحال حاضر، کاوشگر داون که از جولای 2011 در مدار اطراف سیارک وستا است و تا 6 ماه دیگر در این منطقه باقی می‌ماند علاوه بر تائید نتایج به دست آمده از رصدهای تلسکوپ هابل کشف کرده است که در مرکز این گودال، کوه عظیمی حضور دارد که در حدود 21 کیلومتر قد برافراشته است.

برای درک ارتفاع این قله کافی است فکر کنید که اورست به عنوان مرتفع ترین کوه زمین، در حدود 2.5 برابر کوچک‌تر از این کوه است و بلندترین کوهی که تاکنون در منظومه خورشیدی کشف شده است و "کوه الیمپوس" در مریخ نام دارد 27 کیلومتر ارتفاع دارد.

نکته شگفت انگیز در اینجا است که این کوه 21 کیلومتری بر روی یک جسم سیارکی قرار دارد که قطر آن تنها 500 کیلومتر است.

شناسایی این کوه عظیم که در اثر یک برخورد سیارکی ایجاد شده است نشان می‌دهد که این حادثه برخورد به سبب انفجار میزان وسیعی از تکه سنگ‌های سطح وستا بوده است که بخش‌هایی از آنها بعدها به شکل شهاب سنگ به زمین افتاده‌اند.

به منظور مرتبط کردن این دو رویداد به هم، گروهی از محققان دانشگاه کالیفرنیا در لس آنجلس با استفاده از عکس‌های با وضوح تصویر بسیار بالایی که کاوشگر داون به زمین ارسال کرده‌اند توانستند تاریخ برخورد روی وستا را از طریق ارزیابی تعداد حفره‌های اطراف این کوه تعیین کنند.

درحقیقت، در اثر این برخورد حفره‌های از پیش موجود حذف شدند بنابراین می‌توان با شمارش حفره‌های فعلی، زمان برخورد را محاسبه کرد.

با تعیین زمان برخورد و مقایسه آن با عمر شهاب سنگ‌های روی زمین برپایه تعیین تاریخ رادیواکتیوی آنها می‌توان اطلاعات جمع آوری شده را تائید کرد.

درصورتی که این روش تحقیقاتی جواب بدهد و بتواند ارتباط میان این شهاب سنگ‌ها را با گودال قطب جنوب وستا پیدا کند در مرحله بعد نیاز است که دانشمندان پژوهش‌هایی را در خصوص اینکه چرا این شهاب سنگ‌ها تا این حد متعدد هستند آغاز کنند.

یک انفجار پرتویی از یک خوشه ستاره‌یی در حال عبور احتمالا منجر به انقراض بزرگ در زمین در 440 میلیون سال پیش شده است.

به گزارش سرویس علمی خبرگزاری دانشجویان ایران(ایسنا)، در سال 2003 یک تیم از محققان دانشگاه کانزاس به ارائه طرحی پرداختند که در آن یک انفجار پرتو گاما در فاصله چند هزار سال نوری از زمین منجر به انقراض جمعی در 440 میلیون سال قبل بر روی زمین شده است؛ اما هیچ گواهی برای آن ثابت نشده است.

از آنجایی که این انفجارها در زمانی رخ می‌دهند که یک ستاره منفجر شده یا دو ستاره با هم ترکیب می‌شوند، پیدا کردن مقصر بسیار سخت می‌شود.

به گفته محققان موسسه فیزیک اتمی ماکس‌پلانک در آلمان، در صورتی می‌توان نشانه‌ای برای ثابت کردن جریان پیدا کرد که این انفجار در یک خوشه ستاره‌یی میزبان ستاره‌های مرده‌ای که با هم ادغام می‌شوند،‌ رخ بدهد.

بر اساس تعداد خوشه‌های ستاره‌یی در کهکشان راه شیری و نرخ انفجارهای اشعه گاما در آنها، ‌این محققان به این باور رسیده‌اند که احتمالا یکی از آنها در فاصله‌ نزدیکی از زمین در میلیاردها سال قبل منفجر شده است.

ماموریت فضایی Gaia سازمان فضایی اروپا که قرار است در سال 2013 به فضا پرتاب شده و به ارائه نقشه ستارگان بپردازد، ‌می‌تواند خوشه ستاره‌ای مقصر را در فضا پیگیری کند. گایا به تعیین موقعیت و سرعت این خوشه‌ها می پردازد تا رویدادهای نزدیک به انقراض زمین مشخص شوند.

شتاب دهنده سیکلوترون

دستگاه شتاب دهنده سیلکوترون به منظور تولید انواع رادیوایزوتوپ ها و انجام تحقیقات بنیادی و کاربردی هسته ای سال 1370 در مرکز تحقیقات کشاورزی و پزشکی هسته ای کرج و در ساختمانی به مساحت 5600 متر مربع نصب و راه اندازی شده است. این شتاب دهنده توانایی تولید ذرات پروتون و دوترون به ترتیب با انرژی های تا 30 میلیون الکترون ولت و 15 میلیون الکترون ولت را دارد، که توسط آنها برخی رادیوایزوتوپ های مورد نیاز تولید می گردد. قابلیت دیگر این شتاب دهنده استخراج جریان بالا از پروتون ها تا 350 میکروآمپر و دوترون ها تا 100 میکروآمپر است. علاوه بر آن انواع هدف ها( جامد، مایع، گاز) و در عین حال دو هدف مختلف را می تواند همزمان مورد پرتودهی قرار دهد.

تعدادی از رادیوایزوتوپ های تولیدی در این شتاب دهنده نظیر گالیم-67، تالیم-201، کریپتون-81m ، ایندیم-111 و فلوئور-18 به عنوان رادیو دارو در کشور استفاده می شوند.علاوه بر آن امکانات تحقیقاتی مناسبی نیز در زمینه های گوناگون هسته ای در پیراموت فراهم شده است که زمینه انجام پروژه های تحقیقاتی را فراهم می نماید.

امکانات و تجهیزاتی که در اختیار این دستگاه شتاب دهنده قرار دارد عبارتند از:

آزمایشگاه های تولید رادیودارو مجهز به هات سل، دستگاه کروماتوگرافی مایع، کوریمتر، الکتروفورز، اسپکترومتر مادون قرمز، کالریمترUV و آشکار سازHPGe.

فعالیت های برنامه ریزی شده عبارتند از:

** فعالیت گروه های مهندسی و کارگردانی سیکلوترون در زمینه پرتودهی و تولید رادیوایزوتوپ های گوناگون با پروتون و دوترون

** فعالیت های گروه تولید رادیوایزوتوپ که به کمک دستگاه سیکلوترون انواع رادیوداروها را به تولید می کند.

** گروه تحقیق و توسعه که در زمینه های تحقیقات بنیادی و کاربردی شتاب دهنده، فیزیک هسته ای، فیزیک نوترون و سایر پژوهش های مرتبط فعالیت می کند.

شتاب دهنده ی الکترون

این شتاب دهنده از نوع رودوترون است که از سال 1378 در مرکز تحقیقات پرتوفرآیند، واقع در استان یزد جهت ارائه خدمات پرتودهی به صنایع و انجام پروژه های تحقیقاتی و کاربردی مورد بهره برداری قرار گرفته است. شتاب دهنده رودوترون دارای چهار کانال پرتودهی عمودی و افقی با انرژی های 5 و 10 میلیون الکترون ولت است. قدرت نهایی این دستگاه 100 کیلووات است که تا دو برابر قابل افزایش بوده و می تواند پرتوهای الکترون و ایکس تولید نماید.

همانند تمام شتاب دهنده ها، رودوترون نیز بر همان اصل بنیانی عبور الکترون ها از یک میدان الکتریکی قوی به منظور افزایش انرژی کار می کند. چون در رودوترون، میدان الکتریکی در یک محفظه شتاب قرار دارد و الکترون ها توسط میدان مغناطیسی، مجددا جهت شتاب بیشتر به این محفظه بر می گردند، در نتیجه این شتاب دهنده به صورت پیوسته عمل می نماید. رودوترون نسل جدیدی از شتاب دهنده هاست، که قادر است پرتوهای الکترون و یا ایکس پرقدرت و پر انرژی را برای مصارف صنعتی از قبیل پرتودهی لوازم پزشکی، مواد پلیمری، کابل، سیم برق و مواد غذایی را به وجود آورد.

فعالیت های برنامه ریزی شده در این سیستم عبارتند از:

استریلیزاسیون: لوازم پزشکی یکبار مصرف مانند دستکش های جراحی، نخ جراحی، سوزن، سرنگ ، باند ، و گاز ، کیت انتقال خون ، کیت های دیالیز و موارد دیگری از این قبیل بوسیله شتاب دهنده الکترون.

مزایای استفاده از پرتودهی الکترون برای استریلیزاسیون را نیز می توان به شرح ذیل خلاصه کرد:

1.از تکنیک های دیگر، سریعتر و قابل انعطاف تر است.

2. از به کاربردن گازهای سمی و سرطان زا که برای سلامتی و محیط زیست خطرناک هستند، جلوگیری می شود.

3.این روش می تواند وسایل حساس به حرارت را در بسته بندی نهایی خود به صورت پیوسته استریل نماید.

پلیمریزاسیون: پرتودهی با الکترون به طور قابل ملاحظه ای خواص حرارتی، فیزیکی و شیمیایی مواد پلیمری ارزان قیمت را با اصلاح ساختمان مولکولی آنها از طریق ایجاد پیوند عرضی بهبود می بخشد. کاربردهای متداول و ثابت شده ای همچون ایجاد پیوند های عرضی در لوله های آب و روکش کابل و سیم که امروزه در بیشتر کشورهای صنعتی مورد استفاده قرار می گیرد. در حال حاضر با استفاده از شتاب دهنده رودوترون و آزمایشگاه های موجود در این مرکز، امکان تولید لوله های قابل انقباض حرارتی در راستای اهداف پلیمریزاسیون وجود دارد. در این راستا لوله های قابل انقباض حرارتی با قطر 2 تا 25 میلیمتر تولید می گردد که عمدتا در صنایع برق، الکترونیک و مخابرات است.

پرتودهی مواد غذایی: امروزه این روش را پاستوریزاسیون سرد هم می نامند که شیوه ای جدید جهت نگهداری مواد غذایی است و همزمان باعث کاهش آلوگی های میکروبی و از بین رفتن آفات انباری مواد غذایی نیز می شود.

به همراه فعالیت های فوق با استفاده از امکانات دزیمتری و میکروبیولوژی موجود، کنترل کیفی فرآیند پرتودهی و اندازه گیری دز جذبی نیز صورت می گیرد.

در چشم انداز فعالیت های آینده با توجه به امکان افزایش قدرت دستگاه رودوترن تا 200 کیلووات، تلاش می شود که در آینده ای نزدیک با تأمین تجهیزات مورد نیاز پرتودهی مواد پلیمری، غذایی و نظایر آنها صورت گیرد. در این حالت توانایی ارایه خدمات پرتودهی مواد پلیمری، مواد غذایی و محصولات یکبار مصرف پزشکی به طور قابل ملاحظه ای افزایش یافته و امکان انجام پروژه های تحقیقاتی بسیاری در زمینه های مختلف پرتوفرآوری فراهم خواهد شد.

پرتوهای گاما، اشعه ایکس و الکترون های شتاب داده شده به عنوان پرتوهای مهم یونیزه کننده شناخته شده اند، زیرا این پرتوها از مواد غذایی، بافت های بیولوژیکی و خیلی از اجسام دیگر عبور کرده و طی انجام واکنش با مولکول ها، آن ها را یونیزه کرده یا به بیان دیگر از مواد خنثی به لحاظ بار الکتریکی، یون مثبت و منفی به وجود می آورند.

این ذرات یا یون های ناپایدار به سرعت تبدیل به رادیکال های آزاد می شوند که با واکنش پذیری بسیار بالا، به سهم خود با یکدیگر و یا مولکول های تغییر نیافته واکنش می دهند. تاثیر این واکنش در مولکول های گیاهان سبب جلوگیری از جوانه زدن و رسیدگی زودرس می گردد.

اگر این مولکول، مولکول های بزرگی مثل دی اکسی ریبونوکلییک اسید یا DNA باشد، مخصوصا برای شکسته شدن به مولکول های کوچک تر بسیار مستعد است. لذا این تغییرات شیمیایی سبب تخریب DNA می شود که این تخریب از تقسیم سلول های زنده جلوگیری می کند، لذا مرگ ارگانیسم های تابش دیده مثل قارچ ها، انگل ها، حشرات، لاروها، باکتری ها، میکروب ها، کپک ها و ویروس ها را سبب می گردد. هرچه اورگانیسم ساده تر باشد میزان دز بیشتری برای کشتن آن لازم است.

مثلا مولکول های DNA شامل اطلاعات ژنتیکی انسان، تمام وظایف وعملکردهای شیمیایی و فیزیکی سلول های انسان را کنترل می کنند. حال اگر این مولکولها صدمه ببینند، مولکول های DNA در اکثر موارد قادر هستند آنرا خودترمیم کنند، اما گاهی اوقات لطمات وارد شده به مولکول های DNA به حدی است که بر توانایی آنها در رفع اشکال و یا ادامه کار آنها برای انتقال اطلاعات به سلول های جدید تاثیر جدی می گذارند.

بدن انسان از عضوهای زیادی تشکیل یافته است، که هر عضو آن از سلول های اختصاصی ساخته شده است. پرتوهای یونیزه کننده بالقوه می توانند بر عملکرد طبیعی این سلول ها تاثیر بگذارند. بنابراین بحث تاثیرات بالقوه ی بیولوژیکی و مخاطرات ناشی از پرتوهای یونیزه کننده می تواند بسیار حائز اهمیت باشد.

تاثیر بیولوژیکی از زمان یونیزه شدن اتمها شروع می شود. در واقع مکانیزمی که صدمات بافت انسانی یا مواد دیگر را باعث می شود، همان یونیزه شدن اتمهای ماده است. پرتوهای یونیزه کننده که توسط بافتهای موجود زنده یا غیر زنده جذب می شود، معمولا به اندازه کافی انرژی دارندکه الکترون ها را از اتمهای مولکول های آن بافت خارج سازند. لذا وقتی که الکترون های به شراکت گذاشته شده بین اتمها در مولکول توسط پرتو یونیزه کننده جابه جا می شوند، پیوند مربوطه شکسته شده و مولکول به چند قسمت تبدیل می شود. این در واقع پایه و اصل مفهوم صدمه ناشی از پرتوهاست. زمانی که پرتوهای یونیزه کننده با سلول ها واکنش می دهند ممکن است، این اندرکنش قسمت حساس و اساسی و یا قسمت غیر حساس سلول را صدمه بزند. مثلا این امر در مورد کروموزوم ها که حساس ترین قسمت سلول ها هستند، مصداق پیدا می کند. این اجزای بیولوژیکی به دلیل برداشتن اطلاعات و دستورات ژنتیکی و نیاز به انجام وظایفشان و کپی کردن آن برای منظورهای تولید زودتر از بقیه می توانند دچار اشکال گردند.

مشاهدات عینی

در حدود 60 سال پیش مشاهده شد که پرتوهای یون ساز، مانند ان پرتوهایی که بخشی از محیط زیست مارا تشکیل می دهند  باعث جهش های ژنتیکی در حشرات و میوه می شود. از ان زمان تاکنون، مطالعات گسترده بر روی گیاهان و حیوانات نشان داده است که تابش های هسته ای می توانند جهش های ژنتیکی مشابهی را بوجود آورند. ولی در شواهد آسیب های ژنتیکی ناشی از تشعشع، حتی در مورد دزهای زیادی که بازماندگان بمب اتمی در ژاپن دریافت نموده اند، چنین اثراتی مشاهده نشده است.

در یک سلول گیاه یا حیوان، ماده DNA که اطلاعات ژنتیکی مورد نیاز برای توسعه و تغییرات سلول را حمل می کند، می تواند تحت تاثیر پرتوهای هسته ای قرار گیرد و تغییراتی در بازسازی و تقسیم سلولی حاصل کند. بیشتر آسیب های مربوط به DNA قابل ترمیم اند، ولی در تعداد کمی از سلول ها، DNA به طور دائم و پایدار دچار تغییر می شود.

این مسئله باعث مرگ سلول یا گسترش سرطان و یا در صورتی که این سلول مربوط به بخشی از بافت غدد جنسی باشد،  سبب تقویت ژنتیکی در نسل های آینده می گردد. بیشتر اینگونه تغییرات جهشی سلول ها زیان آورند و درصد بسیار ناچیزی از آنها بهبود می یابند. سطح تابش های هسته ای مجاز برای افراد عادی و کارکنان صنایع هسته ای در حدی  است که اثرات ژنتیکی مربوط به کارکرد نیروگاه های هسته ای نا محسوس باشد، که تقریبا نادیده گرفته می شود.

امروزه یکی از فاکتورهای تعیین کننده سلامت محیط هسته ای اثراتی است که تشعشعات بر تغییرات ژنتیکی و زیستی دارند و این مهم در طراحی های واحدهای هسته ای با نمونه گیری از سیستم های زنده محیطی در معر تابش های هسته ای بررسی می شود.

ماتیو داتی، از محققان دانشگاه دلاواره، بر روی روش‌های جدید ساخت نقاط کوانتومی که برهم‌کنش‌های الکترون‌ها را با نور و میدان مغناطیسی کنترل می‌کند، ‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌تحقیق می‌کند. نقاط کوانتومی مذکور در کاربردهایی از قبیل نسل جدید بازی‌های رایانه‌ای و همچنین تجهیزات انرژی خورشیدی می‌توانند به‌کار گرفته شوند.

گروه تحقیقاتی به سرپرستی آقای ماتیو بر روی نقاط کوانتومی تحقیق و بررسی می‌کنند. نقاط کوانتومی در مقایسه با اتم‌هایی مانند هیدروژن و هلیم، می‌توانند الکترون‌های منفرد را به‌دام بیندازند. معمولاً نقاط کوانتومی به‌عنوان اتم‌های مصنوعی مطرح می‌شوند زیرا خواص الکترونی مشابهی با اتم‌های طبیعی دارند. گروه تحقیقاتی نیز بر روی روش‌های تولید نقاط کوانتومی که منجر به ساخت مولکول‌های مصنوعی می‌شود، تحقیق می‌کنند.

بر خلاف مولکول‌های طبیعی، مولکول‌های نقاط کوانتومی برای ایجاد خواص یکسان و تنظیم پذیر برای الکترون‌های به‌دام افتاده در مولکول‌ها، مناسب هستند.

از جمله فعالیت‌های گروه تحقیقاتی مذکور می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

1- فاکتور تنظیم کننده برای الکترون‌های منفرد محصور شده در داخل مولکول نقاط کوانتومی ایندیوم آرسنیک:

در این پروژه، راهبرد جدیدی برای طراحی، ساخت و مشخصه سازی نقاط کوانتومی در نظر گرفته شده‌است که امکان تنظیم ویژگی‌های الکترون به‌وسیله تغییر کوچک در ولتاژ اعمالی به مولکول را فراهم می‌سازد. موفقیت راهبرد مذکور، رویکرد جدیدی را برای مهندسی تجهیزات الکترونیک نوری با قدرت محاسباتی بالا فراهم می‌سازد.

2- اثرات اسپکتروسکوپی برهم‌کنش‌ها و حالت‌های الکترونی غیر مستقر در خود مونتاژی عرضی مولکول‌های نقاط کوانتومی:

در این پروژه، طراحی مولکولی متفاوتی ارائه شده‌ است و نقاط کوانتومی به‌جای اینکه بر روی‌هم قرار گیرند، در مجاورت هم و پهلو به پهلو قرار می‌گیرند. طراحی جدید انجام شده باعث می‌شود تا الکترون‌ها با مکانیسم متفاوت‌تری در مولکول‌ها به‌دام بیفتند و در نهایت حالت‌های الکترونی پیچیده‌تری ایجاد ‌شود. ساختار محاسباتی جدید که محدودیت‌های روش‌های محاسباتی متداول را بر طرف می‌نمایند، از جمله محصولات این پروژه است.