تاریخچه پیدایش تلگراف

تاریخچه پیدایش تلگراف

هنگامی که ما تاریخ انسان را از آغاز تاکنون مرور می کنیم ، به این نکته مهم و اساسی پی می بریم که ارتباطات در زندگی انسان و بخصوص انسان کنونی تا چه اندازه سهم داشته است.

بشر در تمامی قرنها و اعصار، سعی داشته از راه فرستادن علایم و نور در شبها و دود در روزها و حتی اصوات گوناگون ، با مسافت های دور و اشخاص دیگر ارتباط برقرار کند.

600 سال پیش از میلاد مسیح ، ایرانیان می توانستند در مدتی کمتر از 2 روز، خبری را به مسافت بیشتر از 400 کیلومتر انتقال دهند.

روش ایرانیان در این مورد بسیار جالب توجه بوده است. در این روش افراد با فاصله های مختلف از یکدیگر مستقر می شدند و با فریاد پیغام را می رساندند.

دو قرن بعد، این روش در ایران و روم تکامل یافت ، زیرا در این دوره ماموران از نوعی تلگراف بصری استفاده می کردند.

آنها مشعل ها را حرکت می دادند و نوع حرکت مشعل ها معرف حروف خاصی بود. یونانی ها این روش را به یک روش علمی و ریاضی تبدیل کردند، که اصول کار آن شبیه جدول ضرب بود.

روی برج ها و باروهای مخابراتی که مخصوص این کار بنا شده بودند 10 سوراخ تعبیه شده بود که 5 تا آنها در سمت راست برج و به صورت عمودی و 5 سوراخ دیگر در حالت افقی و در بالای برج قرار داشت و هر یک دریچه ای داشتند که قابل باز و بسته شدن بودند و پشت هر دریچه مشعلی روشن قرار داشت.

ماموران کاغذی داشتند که حروف الفبا را در 5 ردیف 5تایی روی آنها می نوشتند و درست همانند جدول ضرب از آن استفاده می کردند.

مثلا اگر مامور مربوطه 3 سوراخ افقی و 3 سوراخ عمودی را روشن می کرد، مامور دیگر فورا متوجه می شد که حرف N مخابره شده است.

پس از آن روشهای متفاوتی ارائه شد، اما هیچ یک کارایی چندانی نداشتند. تا زمانی که در سال 1774 شخصی ایتالیایی دستگاه تلگرافی را اختراع کرد که به تعداد حروف الفبا سیم داشت و با جریان برق ضعیفی که به آن متصل شده بود، اخبار به محلهای نزدیک فرستاده می شد ؛ اما این روش فقط مخصوص مسافت های کوتاه بود.

این مشکل هم با ارائه الکترومغناطیس حل شد. سپس در آلمان توسط فیزیکدان معروف آلمانی کارل اشتنهایل ، نوعی تلگراف اختراع شد که فقط یک سیم داشت و زمین را به جای سیم دوم که ناقل خبر بود،
مورد استفاده قرار می داد.                                                          
این مرد به جای استفاده از پیل الکتریکی از ماشین مدار الکتریسیته استفاده کرد و در هر دو طرف ، جریان الکتریکی را به وجود آورد. این دستگاه هم بتدریج تکامل یافت.

در سال 1835، مورس دستگاهی را که هنوز به نام وی معروف است و هنوز به صورت های گوناگون در قسمتهایی از کره زمین رواج کامل دارد، اختراع کرد. تا آن زمان تلگراف فقط در خشکی مورد استفاده بود.

اولین خط تلگرافی که در سال 1866 بین انگلستان و امریکای شمالی برقرار شد، از کارهای عجیب آدمی به شمار می رفت.                                                                   
سیمی به طول 5000 کیلومتر باید از کف اقیانوس می گذشت و 2 قاره را به هم وصل می کرد. برای این منظور روکش های خاصی نیز طراحی شدند که در مقابل شدیدترین نیروها مقاومت می کردند.

شکستن دیوار صوتی

شکستن دیوار صوتی

 

برای توضیح درباره آنچه هنگام شکستن دیوار صوتی روی می دهد ، ابتدا باید به صوت به چشم موجی با سرعت انتشار محدود نگاه کرد.همه شما با اثرات ناشی از محدود و نسبتا کم بودن سرعت صوت آشنایی دارید؛ بازتاب صدا در کوه ، تاخیر زمانی در شنیدن صدای بلندگوهایی که یک چیز را پخش می کنند و شنیدن صدای رعد پس از دیدن برق . در سطح دریا و دمای 22درجه ، امواج صوتی با سرعت 345متر بر ثانیه یا 1240کیلومتر در ساعت منتشر می شوند. هر چه دما و فشار کاهش یابد، سرعت صوت کم می شود، به طوری که برای هواپیمایی در ارتفاع 35هزار پایی - جایی که دما 54- درجه است سرعت صوت به 295متر در ثانیه یا 1060کیلومتر در ساعت می رسد. حالا یک منبع صوتی را تصور کنید که یک پالس در ثانیه در فضا پخش می کند. این پالسها را می توان به صورت پوسته های کروی از هوای پرفشار که با سرعت صوت بزرگ می شوند و صوت را منتشر می کنند تصور کرد (درست مانند دایره های ایجاد شده در سطح آب پس از پرتاب یک سنگ) به این کره ها جبهه های موج می گوییم . اگر چشمه ساکن باشد ، این کره ها، مانند دایره های آب هم مرکز خواهند بود ؛ اما اگر منبع شروع به حرکت کند، این کره ها را در جهت حرکتش جابه جا خواهد کرد. به طوری که فاصله کره ها از هم در یک طرف (در جهت حرکت) کمتر و در طرف مقابل بیشتر خواهد شد. (با رسم شکل این مطلب را خواهید دید). مقدار این جابه جایی بستگی به سرعت منبع نسبت به سرعت انتشار صوت دارد. هر چه سرعت منبع بیشتر باشد، به جبهه های موجی که در هر لحظه تولید می کند، نزدیکتر شده و بنابراین فاصله جبهه ها در مقابل منبع کمتر و کمتر می شود، تا این که در سرعت صوت ، منبع به موج صوتی خود می رسد و با آن حرکت می کند. به طوری که جبهه های کروی امواج تولید شده همگی مقابل منبع انباشته می شوند. (مثل حلقه های تودرتو با شعاعهای مختلف که در یک نقطه بر هم مماسند). از نظر فیزیکی جبهه های موج نشاندهنده تغییرات فشار هوا هستند و همین تغییرات فشار است که گوش ما آن را به صورت صدا می شنود.

حالا تصور کنید همه این جبهه های موج پرفشار جلوی یک هواپیما که با سرعتی در آستانه سرعت صوت حرکت می کند جمع شود. در این صورت جبهه ها همدیگر را تقویت می کنند و یک موج فشار با دامنه بسیار زیاد تشکیل می دهند. این موج ، نیروی مقاومت هوا را زیاد می کند و باعث کاهش نیروی بالابر و دشواری کنترل هواپیما می شود. وقتی سرعت هواپیما با افزایش توان از سرعت صوت پیشی می گیرد، از این سد و دیوار صوتی عبور می کند و به اصطلاح دیوار صوتی را می شکند. در این حالت موج ، دامنه تشکیل شده که به آن shock wave گفته می شود در هوا منتشر می شود و به زمین می رسد. شدت موج رسیده به زمین به ارتفاع هواپیما و اندازه آن بستگی دارد. اگر هواپیما به قدر کافی به زمین نزدیک باشد موج فشار می تواند آنقدر قوی باشد که باعث شکستن شیشه ها، تخریب ساختمان های سست و یا کاهش شنوایی افراد شود. شکستن دیوار صوتی یا گذشتن از سرعت صوت ، اولین بار در 14اکتبر 1947 و به وسیله چاک بیگر، خلبان نیروی هوایی امریکا با هواپیمای -X1 که به همین منظور ساخته شده بود اتفاق افتاد. امروزه بیشتر هواپیماهای جنگنده براحتی از سرعت صوت می گذرند، به طوری که سرعت بعضی مانند SR71 به 3600کیلومتر در ساعت 3برابر سرعت صوت می رسد. اما تصویر بالا به شما امکان می دهد که این پدیده صوتی را ببینید! این تصویر که به وسیله جان گی در جولای 1999 گرفته شده است ، یک فروند هواپیمای F18 هورنت را در حال عبور از دیوار صوتی بر فراز اقیانوس آرام نشان می دهد. اشتباه نکنید. ابرسفید رنگ صدا نیست . در اطراف بالهای هواپیما بخصوص در شرایط پرواز صوتی ، مناطق کم فشار فراوانی ایجاد می شود. اگر هوا بخار آب زیاد داشته باشد، فشار هوای پایین ، آب موجود در هوا را متراکم می کند و باعث ایجاد ابری از بخار در اطراف آن می شود. وقتی هواپیما از دیوار صوتی عبور می کند، هوا به طور موضعی با shock wave آشفته و بخار ناپدید می شود. جان گی عکس را در لحظه ای که صدای غرش را شنید ، درست پیش از ناپدیدشدن ابر ، گرفته است

نانوتکنولوژی

نانوتکنولوژی

 فناوری جدید است که تمام دنیا را فرا گرفته است و به تعبیر دقیقتر "نانوتکنولوژی بخشی از آینده نیست بکله همه آینده است" . در این نوشتار بعد از تعریف نانوتکنولوژی و بیان کاربردهای آن دلایل و ضرورتهای توجه به این فناوری آورده شده است:

تعریف نانوتکنولوژی و آشنایی با آن

نانوتکنولوژی، توانمندی تولید مواد، ابزارها و سیستمهای جدید با در دست گرفتن کنترل در سطوح ملکولی و اتمی و استفاده از خواص است که در آن سطوح ظاهر می­شود. از همین تعریف ساده برمی­آید که نانوتکنولوژی یک رشته جدید نیست، بلکه رویکردی جدید در تمام رشته هاست. برای نانوتکنولوژی کاربردهایی را در حوزه های مختلف از غذا، دارو، تشخیص پزشکی و بیوتکنولوژی تا الکترونیک، کامپیوتر، ارتباطات، حمل­و­نقل، انرژی، محیط زیست، مواد، هوافضا و امنیت ملی برشمرده اند.کاربردهای وسیع این عرصه به همراه پیامدهای اجتماعی، سیاسی و حقوقی آن، این فن ­ آوری را به­عنوان یک زمینه فرا رشته­ای و فرابخش مطرح نموده است.

هر چند آزمایش­ها و تحقیقات پیرامون نانوتکتولوژی از ابتدای دهه 80 قرن بیستم بطور جدی پیگیری شد، اما اثرات تحول آفرین، معجزه آسا و باورنکردنی نانوتکنولوژی در روند تحقیق و توسعه باعث گردید که نظر تمامی کشورهای بزرگ به این موضوع جلب گردد و فناوری نانو را به عنوان یکی از مهمترین اولویتهای تحقیقاتی خویش طی دهه اول قرن بیست و یکم محسوب نمایند .

استفاده از این فن­آوری در کلیه علوم پزشکی، پتروشیمی، علوم مواد، صنایع دفاعی، الکترونیک، کامپوترهای کوانتومی و غیره باعث شده که تحقیقات در زمینه نانو به­عنوان یک چالش اصلی علمی و صنعتی پیش روی جهانیان باشد. لذا محققین، اساتید و صنعتگران ایرانی نیز باید در یک بسیج همگانی، جایگاه، موقعیت و وضعیت خویش را در خصوص این موضوع مشخص نمایند و با یک برنامه­ریزی علمی دقیق و کارشناسانه به حضوری فعال و حتی رقابتی سالم در این جایگاه، عرض­اندام و ابراز وجود نمایند و برای چنین کاری طراحی یک برنامه منسجم، فراگیر و همه جانبه اجتناب­ناپذیر است.

نانوتکنولوژی و کاربردهای آن
علوم و فناوری نانو، عنصر ی اساسی در درک بهتر طبیعت در دهه‌های آتی خواهد بود. از جمله موارد مهم در آ ی نده، همکاریهای تحقیقاتی میان‌رشته‌ا‌ی، آموزش خاص و انتقال ایده‌ها و افراد به صنعت خواهد بود. بخشی از تأثیرات و کاربردهای نانوتکنولوژی به­شرح زیر می‌باشد:

1 – تولید ، مواد و محصولات صنعتی :
نانوتکنولوژی تغییر بنیانی مسیری است که در آینده، موجب ساخت مواد و ابزارها خواهد شد. امکان سنتز بلوک‌های ساختمانی نانو با اندازه و ترکیب به دقّت کنترل‌شده و سپس چیدن آنها در ساختارهای بزرگتر، که دارای خواص و کارکرد منحصربه‌فرد باشند، انقلابی در مواد و فرآیندهای تولید آنها، ایجاد می‌کند. محقّقین قادر به ایجاد ساختارهایی از مواد خواهند شد که در طبیعت نبوده و شیمی مرسوم نیز قادر به ایجادشان نبوده‌است. برخی از مزایای نانوساختارها عبارتست از: مواد سبک‌تر، قوی‌تر و قابل برنامه‌ریزی ؛ کاهش هزینة عمر کاری از طریق کاهش دفعات نقص فنّی ؛ ابزارهایی نوین بر پایة اصول و معماری جدید ؛ بکارگیری کارخانجات مولکولی یا خوشه‌ا‌ی که مزیّت مونتاژ مواد در سطح نانو را دارند.

2- پزشکی و بدن انسان:
رفتار مولکولی در مقیاس نانومتر، سیستمهای زنده را اداره می‌کند. یعنی مقیاسی که شیمی، فیزیک، زیست‌شناسی و شبیه‌سازی کامپیوتری، همگی به آن سمت درحال گرایش هستند.

• فراتر از سهل‌شدن استفادة بهینه از دارو، نانوتکنولوژی می‌تواند فرمولاسیون و مسیرهایی برای رهایش دارو ( Drug Delivery ) تهیه کند، که به‌نحو حیرت‌انگیزی توان درمانی داروها را افزایش می‌دهد.

• مواد زیست‌سازگار با کارآیی بالا، از توانایی بشر در کنترل نانوساختارها حاصل خواهدشد. نانومواد سنتزی معدنی و آلی را مثل اجزای فعّال، می‌توان برای اعمال نقش تشخیصی (مثل ذرات کوانتومی که برای مرئی‌سازی بکار می‌رود) درون سلولها وارد نمود.

• افزایش توان محاسباتی بوسیلة نانوتکنولوژی، ترسیم وضعیت شبکه‌های ماکرومولکولی را در محیط‌های واقعی ممکن می‌سازد. اینگونه شبیه‌سازی‌ها برای بهبود قطعات کاشته‌شدة زیست‌سازگار در بدن و جهت فرآیند کشف دارو، الزامی خواهدبود.

3- دوام‌پذیری منابع: کشاورزی، آب، انرژی، مواد و محیط زیست پاک:
نانوتکنولوژی چنان چ ه ذکر شد، منجر به تغییرات ی شگرف در استفاده از منابع طبیعی، انرژی و آب خواهد شد و پس ا ب و آلودگی را کاهش خواهدداد. همچنین فنّاوری‌های جدید، امکان بازیافت و استفادة مجدد از مواد، انرژی و آب را فراهم خواه ن د کرد. در زمینه محیط زیست ، علوم و مهندسی نانو، می‌تواند تأثیر قابل ملاحظه‌ا‌ی ، در درک مولکولی فرآیندهای مقیاس نانو که در طبیعت رخ می‌دهد ؛ در ایجاد و درمان مسائل زیست‌محیطی از طریق کنترل انتشار آلاینده‌ها ؛ در توسعة فنّاوری‌های "سبز" جدید که محصولات جانبی ناخواستة کمتری دارند و ی ا در جریانات و مناطق حاوی فاضلاب، داشته‌باشد. لازم به ذکراست، نانوتکنولوژی توان حذف آلودگی‌های کوچک از منابع آبی (کمتر از 200 نانومتر) و هوا (زیر 20 نانومتر) و اندازه‌گیری و تخفیف مداوم آلودگی در مناطق بزرگتر را دارد.

در زمینه انرژی ، نانوتکنولوژی می‌تواند به‌طور قابل ملاحظه‌ا‌ی کارآیی، ذخیره‌سازی و تولید انرژی را تحت تأثیر قرار د ا د ه مصرف انرژی را پایین بیاورد . به عنوان مثال، شرکتهای مواد شیمیایی، مواد پلیمری تقویت‌شده با نانوذرات را ساخته‌اند که می‌تواند جایگزین اجزای فلزی بدنة اتومبیلها شود. استفاده گسترد ه ازاین نانوکامپوزیت‌ها می‌تواند سالیانه 5/1 میلیارد لیتر صرفه‌جویی مصرف بنزین به ‌همراه داشته‌باشد .

یا انتظار می‌رود تغییرات عمده‌ا‌ی در فنّاوری روشنایی در 10 سال آینده رخ دهد. می‌توان نیمه‌هادی‌های مورد استفاده در دیودهای نورانی ( LED ها) را به مقدار زیاد در ابعاد نانو تولید کرد. در ا مریکا ، تقریبا" 20% کل برق تولیدی، صرف روشنایی (چه لامپهای التهابی معمولی و چه فلوئورسنت) می‌شود. مطابق پیش‌بینی‌ها در 10 تا 15 سال آینده ، پیشرفتهایی از این دست می‌تواند مصرف جهانی را بیش از 10% کاهش دهد که 100 میلیارد دلار در سال صرفه‌جویی و 200 میلیون تن کاهش انتشار کربن را به‌همراه خواهدداشت .

4 - هوا ­ و ­ فضا :
محدودیت‌های شدید سوخت برای حمل بار به مدار زمین و ماورای آن، و علاقه به فرستادن فضاپیما برای مأموریتهای طولانی به مناطق دور از خورشید ، کاهش مداوم اندازه، وزن و توان مصرفی را اجتناب‌ناپذیر می‌سازد. مواد و ابزارآلات نانوساختاری، امید حل این مشکل را بوجود آورده‌است.

"نانوساختن" ( Nanofabrication ) همچنین در طرّاحی و ساخت مواد سبک‌وزن، پرقدرت و مقاوم در برابر حرارت، موردنیاز برای هواپیماها، راکت‌ها، ایستگاههای فضایی و سکّوهای اکتشافی سیّاره‌ا‌ی یا خورشیدی، تعیین‌کننده است. همچنین استفادة روزافزون از سیستمهای کوچک‌شدة تمام خودکار، منجر به پیشرفتهای شگرفی در فنّاوری ساخت و تولید خواهدشد. این مسأله با توجه به اینکه محیط فضا، نیروی جاذبة کم و خلأ بالا دارد، موجب توسعة نانوساختارها و سیستمهای نانو – که ساخت آنها در زمین ممکن نیست- در فضا خواهدشد.

5- امنیت ملّی:
برخی کاربردهای دفاعی نانوتکنولوژی عبارتند از: تسلط اطّلاعاتی از طریق نانوالکترونیک پیشرفته بعنوان یک قابلیت مهم نظامی ، امکان آموزش مؤثّرتر نیرو، به کمک سیستمهای واقعیت مجازی پیچیده‌تر حاصله از الکترونیک نانوساختاری ، استفادة بیشتر از اتوماسیون و رباتیک پیشرفته برای جبران کاهش نیروی انسانی نظامی، کاهش خطر برای سربازان و بهبود کارآیی خودروهای نظامی ، دستیابی به کارآیی بالاتر (وزن کمتر و قدرت بیشتر) موردنیاز در صحنه‌های نظامی و در عین‌حال تعداد دفعات نقص فنّی کمتر و ه ز ینة کمتر در عمر کاری تجهیزات نظامی ، پیشرفت در امر شناسایی و در نتیجه مراقبت عوامل شیمیایی، زیستی و هسته‌ا‌ی ، بهبود طرّاحی در سیستمهای مورد استفاده در کنترل و مدیریت عدم تکثیر سلاحهای هسته‌ا‌ی ، تلفیق ابزارهای نانو و میکرومکانیکی جهت کنترل سیستمهای دفاع هسته‌ا‌ی . در بسیاری موارد، فرصتهای اقتصادی و نظامی مکمّل هم هستند. کاربردهای درازمدت نانوتکنولوژی در زمینه‌های دیگر، پشتیبانی کننده امنیت ملّی است و بالعکس.

6- کاربرد نانوتکنولوژی در صنعت الکترونیک
ذخیره‌سازی اطلاعات در مقیاس فوق‌ العاده کوچک، با استفاده از این فناوری می‌توان ظرفیت ذخیره سازی اطلاعات را در حد 1000 برابر یا بیشتر افزایش دهد و نهایتاً به ساخت ابزارهای ابرمحاسباتی به کوچکی یک ساعت مچی منتهی شود.

ظرفیت نهایی ذخیره اطلاعات به حدود یک ترابیت در هر اینچ ربع برسد، و این امر موجب می‌شود که ذخیره‌ سازی 50 عدد DVD یا بیشتر در یک هارد دیسک با ابعاد یک کارت اعتباری شود.

ساخت تراشه‌ها در اندازه­های فوق­العاده کوچک به عنوان مثال در اندازه­های 32 تا 90 نانو متر، تولید دیسک‌های نوری 100 گیگا بایتی در اندازه­های کوچک نیز می­باشد.

تاریخچه فناوری نانو در جهان

چهل سال پیش Richard Feynman ، متخصص کوانتوم نظری و دارنده جایزه نوبل، درسخنرانی معروف خود در سال 1959 با عنوان " آن پایین فضای بسیاری هست "( Ther is plenty of room in the bottom ) به بررسی بعد رشد نیافته علم مواد پرداخت. وی درآن زمان اظهار داشت : "اصول فیزیک، تا آنجایی که من توانایی فهمش را دارم، بر خلاف امکان ساختن اتم به اتم چیزها حرفی نمی­زنند." او فرض را بر این قرار داد که اگر دانشمندان فرا گرفته­اند که چگونه ترانزیستورها و دیگر سازه­ها را با مقیاسهای کوچک بسازند، پس ما خواهیم توانست که آنها را کوچک و کوچک­تر کنیم. در واقع آنها به مرزهای حقیقی­شان در لبه­های نامعلوم کوانتوم نزدیک خواهند بود به­طوری که یک اتم را در مقابل دیگری به­گونه­ای قرار دهیم که بتوانیم کوچکترین محصول مصنوعی و ساختگی ممکن را ایجاد کنیم.

با استفاده از این فرمهای بسیار کوچک چه وسایلی می­توانیم ایجاد کنیم؟

Feynman در ذهن خود یک "دکتر مولکولی" تصور کرد که صدها بار از یک سلول منحصربه فرد کوچکتر است و می­تواند به بدن انسان تزریق شود و درون بدن برای انجام کاری یا مطالعه و تایید سلامتی سلولها و یا انجام اعمال ترمیمی و به­طور کلی برای نگهداری بدن در سلامت کامل به سیر بپردازد. در بحبوبه سالهای صنعتی کلمه "بزرگ" از اهمیت ویژه­ای برخوردار بود. مثل علوم بزرگ، پروژه­های مهندسی بزرگ و غیره حتی کامپیوترها در دهه 1950 تمام طبقات ساختمان را اشغال می­کردند. ولی از وقتی Feynman نظرات و منطق خود را بازگو کرد، جهان روندی به­سوی کوچک شدن در پیش گرفت.

Marvin Minsky تفکرات بسیار باروری داشت که می­توانست به اندیشه­های Feynman قوت ببخشد. Minsky پدر یابنده هوش­های مصنوعی دهه 70-1960 جهان را در تفکراتی که مربوط به آینده می­شد، رهبری می­کرد. در اواسط دهه 70 ، Eric Drexler که یک دانشجوی فارغ التحصیل بود، Minskey را به­عنوان استاد راهنما جهت تکمیل پایان­نامه­اش انتخاب کرد و او نیز این مسئولیت را بر عهده گرفت. Drexler سبت به وسایل بسیار کوچک Feynman علاقه­مند شده بود و قصد داشت تا در مورد تواناییهای آنها به کاوش بپردازد. Minskey نیز با وی موافقت کرد. Drexler در اوایل دهه 80، درجه استادی خود را در رشته علوم کامپیوتر دریافت کرده بود و گروهی از دانشجویان را به صورت انجمنی به دور خود جمع نموده بود. او افکار جوانترها را با یک سری ایده­ها که خودش "نانوتکنولوژی" نامگذاری کرده، مشغول می­داشت. Drexler اولین مقاله علمی خود را در مورد نانوتکنولوژی مولکولی (MNT) در سال 1981 ارایه داد. او کتاب Engin of Creation:The Coming Era of Nanotechnology را در سال 1986 به چاپ رساند. Drexler تنها درجه دکتری در نانوتکنولوژی را در سال 1991 از دانشگاه MIT دریافت داشت. او یک پیشرو در طرح نانوتکنولوژی است و هم­اکنون رئیس استیتو Foresight و Research Fellow می­باشد.

تعیین بودجه­های کلان در کشورهای صنعتی برای تحقیقات در زمینه نانوتکنولوژی

بسیاری از کشورهای توسعه‌یافته و در حال توسعه (در حدود 30 کشور)، برنامه‌هایی را در سطح ملی برای پشتیبانی از فعالیتهای تحقیقاتی و صنعتی نانوتکنولوژی تدوین و اجرا می‌نمایند. زیرا نانوتکنولوژی به عنوان انقلابی در شرف وقوع، آینده اقتصادی کشورها و جایگاه آنها در جهان را تحت تأثیر جدی قرار خواهد داد و این مس أ له در این کشورها توسط صاحب‌نظران و محققان تبیین‌شده و برای مدیران اجرایی به صورت یک امر شفاف و قطعی درآمده است. در بخشی از این کشورها، در یکی دو سال اخیر تحرکات شدیدی از طرف دولتها برای سرعت بخشیدن به توسعه نانوتکنولوژی صورت گرفته و فعالیتهایی که تا قبل از این به صورت خودجوش توسط محققان انجام می‌گرفته است، با تشویق و حمایتهای مستقیم دولت ادامه یافته‌اند که در این قسمت نمودار ستونی میزان سرمایه گذاری دولتها آورده شده است:

اهمیت مطرح شدن طرح

همانگونه که اشاره شد بسیاری از کشورهای پیشرفته و در حال پیشرفت، برنامه‌هایی را برای پشتیبانی از فعالیتهای تحقیقاتی و صنعتی نانوتکنولوژی تدوین و اجرا می‌نمایند. اما یک سوال مهم برای کشور ما و بسیاری از کشورها که هنوز به نانوتکنولوژی به عنوان تمدن آینده علمی توجه کافی نکرده‌اند، این است که آیا باید با این روند همراه شد یا نه؟ توجه به فضای بسیار بزرگ و در حال ایجاد نانوتکنولوژی و حجم وسیع فعالیتهای مربوط به آن در دنیا، این باور را به انسان القاء می‌کند که دیر یا زود باید آینده را دید و برای ورود به آن اقدام نمود.

غنی سازی

چگونه اورانیوم به انرژی تبدیل می شود؟ :[مطالب علمی]

غنی سازی:

اورانیوم طبیعی اصولا شامل مخلوطی از دو ایزوتوپ (نوع اتمی) از اورانیوم است. تنها 7/0 درصد از اورانیوم طبیعی، شکاف پذیر و یا دارای قابلیت شکاف پذیری است که با شکافته شدن در راکتورهای هسته ای انرژی تولید می کنند. ایزوتوپ اورانیوم شکاف پذیر، اورانیوم نوع 235 (u-235) است و پس مانده آن اورانیوم 238 (u-238) است.

در بیشتر انواع راکتورهای معمولی هسته ای به اورانیوم 235 (u-235 که اورانیوم با غلظت بیش از حد طبیعی است) نیاز دارند. عملیات غنی سازی، غلظت اورانیوم را بیشتر می کند. عموماً بین 5/3 تا 5 درصد اورانیوم 235 با بیرون آوردن 8 درصد از اورانیوم 238. این عمل با جداسازی گازی هگزافلورید اورانیوم در دو جریان انجام می گیرد. یکی به اندازه لازم غنی سازی می شود و اورانیوم غنی شده ضعیف نامیده می شود و دیگری به اورانیوم 235 منتهی می شود که به پس مانده معروف است.

در عملیات غنی سازی در مقیاس های بزرگ تجاری وجود دارد، که هر کدام هگزافلورید اورانیوم را به عنوان منبع استفاده می کنند: نفوذ گازی و تفکیک گازی و هر دوی آنان از خواص فیزیکی مولکولی استفاده می کنند. مخصوصا با 10 درصد اختلاف جرم، برای جداسازی ایزوتوپ ها محصول این مرحله از چرخه سوختی هسته ای، اورانیوم هگزا فلورید غنی شده است که برای تولید اورانیوم اکسید غنی شده تغییر حال مجدد می یابد.

تولید و ساخت سوخت

سوخت راکتور غالباً به شکل گلوله ای سرامیکی است. این گلوله ها از اورانیوم اکسید که در دمایی بسیار بالا (بیش از 1400 درجه سانتیگراد) پخته شده است شکل می گیرند. سپس گلوله ها در لوله های فلزی از میله سوختی پوشانده می شوند که در مجتمع های سوختی برای استفاده در راکتورها آماده هستند. دیمانسیون گلوله های سوختی و اجزای دیگر مجتمع سوختی به دقت کنترل می شوند تا از پایداری و دارا بودن آنان از خصوصیات دسته های سوختی اطمینان حاصل شود.

در تأسیسات تولید سوخت توجه زیادی به شکل و اندازه مخزن های عملیاتی می شود تا از اتفاقات خطرناک جلوگیری شود. (یک زنجیر محدود واکنش پرتو آزاد می کند). با سوخت غنی شده ضعیف امکان اتفاق افتادن این حوادث بعید به نظر می رسد. اما در تأسیسات هسته ای بررسی سوخت های مخصوص برای تحقیقات راکتورها عملی حیاتی است.

تولید نیرو

درون یک راکتور هسته ای اتم های اورانیوم 235 (u-235) شکافته می شوند و در جریان عملیات پردازش انرژی آزاد می کنند. این انرژی اغلب برای حرارت دادن آب و تبدیل کردن آن به بخار استفاده می شود.

بخار توربینی را که به ژنراتور متصل است به حرکت می اندازد و باعث تولید الکتریسیته می شود. مقداری از اورانیوم 238 (u-238 به شکل سوخت) در هسته و مرکز راکتور به پلوتونیوم تبدیل می شود و این یک سوم انرژی در یک راکتور هسته ای معمولی را حاصل می کند. شکافتن اورانیوم به عنوان منبع حرارت در راکتورها استفاده می شود. همان گونه که سوزاندن زغال سنگ، گاز و یا نفت به عنوان سوخت فسیلی در تأسیسات نیرو استفاده می شود.

سوخت مصرف شده (خرج شده)

با گذشت زمان، غلظت قطعات و عناصر سنگین شکافته شده مانند پلوتونیوم در مجموعه سوخت افزایش خواهد یافت تا جایی که دیگر هیچ سودی در استفاده دوباره از سوخت نیست. بنابراین پس از گذشت 12 الی 24 ماه سوخت مصرف شده از راکتور خارج می شود. مقدار انرژی که از مجموعه سوختی تولید شده است با نوع راکتور و سیاست و کاردانی گرداننده راکتور تغییر می کند.

معمولا بیش از 45 میلیون کیلو وات ساعت الکتریسیته از یک تن اورانیوم طبیعی تولید می شود. تولید این مقدار انرژی الکتریکی با استفاده از سوخت های فسیلی ملزم به سوزاندن بیش از 20 هزار تن زغال سنگ سیاه و 30 میلیون مترمکعب گاز است.

انبار کردن سوخت مصرف شده

وقتی یک مجموعه سوختی، از راکتور خارج می شود از خود پرتو ساطع می کند که اساساً بیشتر از شکافتن قطعات و حرارت آن است. سوخت مصرف شده فوراً در استخرهای انبار که در اطراف راکتور برای کاهش میزان پرتوزایی آن است تخلیه می شوند. در استخرها، آب جلوی پرتوزایی را می گیرد و همچنین حرارت را به خود جذب می کند.

سوخت مصرف شده در چنین استخرهایی برای ماه ها و یا سال ها نگه داشته می شوند.

وابسته به سیاست کشورهای مختلف در بعضی از آنها مقداری از سوخت مصرف شده به امکانات و تأسیسات انبار مرکزی انتقال می یابند. سرانجام، سوخت مصرف شده یا باید دوباره پردازش شود و یا برای دفع اتمی آماده شود.

پردازش دوباره

سوخت مصرف شده چیزی حدود 95 درصد اورانیوم 238 است ولی دارای حدود یک درصد اورانیوم 235 که شکافته شده نیز نیست، و در حدود یک درصد پلوتونیوم و سه درصد محصولات شکافته شده که در حد زیادی پرتوزا هستند و دیگر عناصر ترانزورانیک (که عدد اتمی بیشتری نسبت به اورانیوم دارد) که در راکتور شکل گرفته اند در دستگاه های دوباره سازی سوخت مصرف شده به سه جزء تشکیل دهنده خود تفکیک می شوند: اورانیوم، پلوتونیوم و پس مانده که شامل محصولات شکافته شده است. دوباره سازی امکان بازسازی مجدد اورانیوم و پلوتونیوم به سوخت تازه را می دهد و بخش عمده ای از پس مانده کاهیده را تولید می کند. (مقایسه با به حساب آوردن کل سوخت مصرف شده به عنوان پس مانده)

بازسازی مجدد اورانیوم و پلوتونیوم

اورانیوم حاصل از دوباره سازی که معمولا غلظتی کمی بیشتر از اورانیوم 235 دارد و در طبیعت رخ می دهد، می تواند اگر نیاز باشد پس از تبدیل کردن و غنی شدن به عنوان سوخت استفاده شود. پلوتونیوم می تواند مستقیماً به MOX (سوخت مخلوط اکسید) تبدیل شود که در آن اورانیوم و پلوتونیوم مخلوط شده اند.

در راکتورهایی که از سوخت MOX استفاده می کنند، پلوتونیوم به جای اورانیوم 235 جانشین سوخت اورانیوم اکسید معمولی می شود.

دفع سوخت مصرف شده

در حال حاضر، هیچ گونه امکاناتی برای دفع سوخت مصرف شده (برخلاف امکانات انبارسازی) وجود ندارد که برای دوباره سازی استفاده می شود و پس مانده های به جا مانده از دوباره سازی می توانند در محلی انباشته شوند. هرچند نتایج فنی و تکنیکی مرتبط با دفع سوخت ثابت کرده اند که هیچ احتیاجی به تأسیس چنین امکاناتی در برابر حجم کم پس مانده ها نیست. انبار کردن با توجه به کاهش در حال رشد پرتوزایی برای مدت طولانی آسان تر است. همچنین مقاومت مغناطیسی در سوخت دفع شده وجود دارد، چون منبع قابل توجهی از انرژی در آن است که می تواند دوباره فرآوری شود و امکان بازیافت دوباره را به اورانیوم و پلوتونیوم بدهد.

تعدادی از کشورها در حال انجام مطالعاتی در زمینه تصمیم گیری بهترین راه برای نزدیک شدن به دفع سوخت مصرف شده و پس مانده های پس از دوباره سازی هستند. روش متداولی که امروزه استفاده می شود قرار دادن سوخت مصرف شده در انبارهای زیرزمینی است:

پس مانده ها

پس مانده های حاصل از چرخه سوختی هسته ای در رده های: شدید، متوسط و کم دسته بندی می شوند و این تقسیم بندی براساس تشعشعات رادیواکتیوی که از خود ساطع می کنند، است.

این پس مانده ها از منابعی سرچشمه می گیرند که شامل موارد زیر است:

پس مانده های رده پایین (Low-level) که در تمام مراحل چرخه سوختی تولید می شوند.

پس مانده های رده متوسط (Intermediat-level) که در جریان عملکرد راکتور و دوباره سازی تولید می شوند.

پس مانده های رده بالا (High-Level) که شامل محصولات شکافته شده حاصل از دوباره سازی و در بسیاری از کشورها خود سوخت مصرف شده هستند.

فرآیند غنی سازی تولیدات را به سوی تهی کردن اورانیوم هدایت می کند. غلظت اورانیوم 235 به طور عمده کمتر از 7/0 درصد است که در طبیعت پیدا می شود. تعداد کمی از این مواد که اصولاً اورانیوم 238 هستند زمانی استفاده می شوند که چگالی بسیار زیاد نیاز است. مثل استحفاظ پرتوافشانی و گاهی استفاده در تولید سوخت Mox. در حالی که اورانیوم 238 قابل شکافتن نیست ماده ای پرتوافشانی کم است و باید درمورد آن احتیاط کرد، از این رو یا آن را انبار و یا دفع می کنند.

میزان مواد موجود در چرخه سوختی هسته ای

موارد زیر فرضیات مختلفی ایجاد می کنند. (پاورقی شماره 2 را ملاحظه فرمایید) اما مورد ملاحظه عملکرد راکتور انرژی هسته ای NWE 1000 قرار می گیرند.

20000 تن از یک درصد سنگ معدن اورانیوم استخراج

230 تن از اورانیوم اکسید غلیظ شده (همراه 195 تن اورانیوم) آسیاب سازی

288 تن UF6 (همراه 195 تن اورانیوم) تبدیل کردن

35 تن UF6 (همراه 24 تن اورانیوم غنی شده) غنی سازی

27 تن UO2 (همراه 24 تن اورانیوم غنی شده) ساخت و تولید سوخت

7000 میلیون کیلووات ساعت (kwh) نیروی الکتریسیته عملکرد راکتور

27 تن شامل 240 کیلوگرم پلوتونیوم، 23 تن اورانیوم(u-235 8/0 درصد)، 720 کیلوگرم محصولات شکافتی، همچنین ترانزورانیک سوخت مصرف شده

پاورقی شماره 1- غلیظ کننده های اورانیوم بعضی اوقات در شرایط u3o8 قرار می گیرند که حجم آن (مخلوطی از دو اورانیوم اکسیدی که نسبتاً همان چیزی است که در طبیعت یافت می شود.

محصول u3o8 خالص شامل حدوداً 85 درصد فلز اورانیوم است.

پاورقی شماره 2- غلظت اورانیوم 80 درصد است، غنی سازی در 4 درصد اورانیوم 235 به همراه 3 درصد دنباله آزمایش شده، 80 درصد برای عملکرد راکتور بارگزاری می شوند، در هسته راکتور 72 تن اورانیوم بارگزاری می شوند. سوخت گیری سالانه است و هر سال یک سوم سوخت را عوض می کنند

تاریخچه نظریه‌های آلبرت انیشتین

تاریخچه نظریه‌های آلبرت انیشتین(نسبیت عام و خاص) :[مطالب علمی]

آلبرت انیشتین دو نظریه دارد. نسبیت خاص را در سن 25 سالگی بوجود آورد و ده سال بعد توانست نسبیت عام را مطرح کند.

نسبیت خاص بطور خلاصه تنها نظریه ایست که در سرعتهای بالا ( در شرایطی که سرعت در خلال حرکت تغییر نکند--سرعت ثابت) میتوان به اعداد و محاسباتش اعتماد کرد. جهان ما جوریست که در سرعتهای بالا از قوانین عجیبی پیروی می کند که در زندگی ما قابل دیدن نیستند. مثلا وقتی جسمی با سرعت نزدیک سرعت نور حرکت کند زمان برای او بسیار کند می گذرد. و همچنین ابعاد این جسم کوچک تر میشود. جرم جسمی که با سرعت بسیار زیاد حرکت می کند دیگر ثابت نیست بلکه ازدیاد پیدا می کند. اگر جسمی با سرعت نور حرکت کند، زمان برایش متوقف می شود، طولش به صفر میرسد و جرمش بینهایت میشود.

نسبیت عام برای حرکتهایی ساخته شده که در خلال حرکت سرعت تغییر می کند یا باصطلاح حرکت شتابدار دارند. شتاب گرانش زمین g که همان عدد 9.81m/sاست نیز یک نوع شتاب است. پس نسبیت عام با شتابها کار دارد نه با حرکت. نظریه ایست راجع به اجرام ی که شتاب ثقل دارند. کلا هرجا در عالم، جرمی در فضا ی خالی باشد حتما یک شتاب جاذبه در اطراف خود دارد که مقدار عددی آن وابسته به جرم آن جسم می باشد. پس در اطراف هر جسمی شتابی وجود دارد. نسبیت عام با این شتابها سر و کار دارد و بیان می کند که هر جسمی که از سطح یک سیاره دور شود زمان برای او کند تر میشود. یعنی مثلا، اگر دوربینی روی ساعت من بگذارند و از عقربه های ساعتم فیلم زنده بگیرند و روی ساعت آدمی که دارد بالا میرود و از سیاره ی زمین جدا میشود هم دوربینی بگذارند و هردو فیلم را کنار هم روی یک صفحه ی تلویزیونی پخش کنند، ملاحظه خواهیم کرد که ساعت من تند تر کار می کند. نسبیت عام نتایج بسیار عجیب و قابل اثبات در آزمایشگاهی دارد. مثلا نوری که به اطراف ستاره ای سنگین میرسد کمی بسمت آن ستاره خم میشود. سیاهچاله ها هم بر اساس همین خاصیت است که کار می کنند. جرم انها بقدری زیاد و حجمشان بقدری کم است که نور وقتی از کنار آنها می گذرد به داخل آنها می افتد و هرگز بیرون نمی آید.


فرمول معروف آلبرت انیشتین (دست خط خود آلبرت انیشتین)


نظریه نسبیت عام
همه ما برای یک‌بار هم که شده گذرمان به ساعت‌فروشی افتاده است و ساعتهای بزرگ و کوچک را دیده ایم که روی ساعت ده و ده دقیقه قرار دارند. ولی هیچگاه از خودمان نپرسیده ایم چرا؟ آلبرت انیشتین در نظریه نسبیت خاص با حرکت شتابدار و یا با گرانش کاری نداشت. اولین موضوعات را در نظریه نسبیت عام خود که در 1915 انتشار یافت مورد بحث قرار داد.نظریه نسبیت عام دید گرانشی را بکلی تغییر داد و در این نظریه جدید نیرو ی گرانش را مانند خاصیتی از فضا در نظر گرفت نه مانند نیرو یی بین اجرام ، یعنی برخلاف آنچه که اسحاق نیوتن گفته بود !در نظریه او فضا در مجاورت ماده کمی انحنا پیدا می‌کرد. در نتیجه حضور ماده اجرام ، مسیر یا به اصطلاح کمترین مقاومت را در میان منحنیها اختیار می‌کردند. با این که فکر آلبرت انیشتین عجیب به نظر می‌رسید می‌توانست چیزی را جواب دهد که قانون ثقل نیوتن از جواب دادن آن عاجز می ماند.سیاره اورانوس در سال 1781 میلادی کشف شده بود و مدارش به دور خورشید اندکی ناجور به نظر می‌رسید و یا به عبارتی کج بود !

نیم قرن مطالعه این موضوع را خدشه ناپذیر کرده بود.بنابر قوانین اسحاق نیوتن می بایست جاذبه ای برآن وارد شود. یعنی باید سیاره ای بزرگ در آن طرف اورانوس وجود داشته باشد تا از طرف آن نیرو یی بر اورانوس وارد شود.در سال 1846 میلادی اختر شناس آلمانی دوربین نجومی خودش را متوجه نقطه ای کرد که « لووریه» گفته بود و بی هیچ تردید سیاره جدیدی را در آنجا دید که از آن پس نپتون نام گرفت.نزدیک ترین نقطه مدار سیاره عطارد به خورشید در هر دور حرکت سالیانه سیاره تغییر میکرد و هیچ گاه دوبار پشت سر هم این تغییر در یک نقطه خاص اتفاق نمی‌افتاد.اختر شناسان بیشتر این بی نظمی ها را به حساب اختلال ناشی از کشش سیاره های مجاور عطارد می دانستند !مقدار این انحراف برابر 43 ثانیه قوس بود. این حرکت در سال 1845 به وسیله لووریه کشف شد بالاخره با ارائه نظریه نسبیت عام جواب فراهم شد این فرضیه با اتکایی که بر هندسه نااقلیدسی داشت نشان داد که حضیض هر جسم دوران کننده حرکتی دارد علاوه برآنچه اسحاق نیوتن گفته بود.وقتی که فرمولهای آلبرت انیشتین را در مورد سیاره عطارد به کار بردند، دیدند که با تغییر مکان حضیض این سیاره سازگاری کامل دارد. سیاره هایی که فاصله شان از خورشید بیشتر از فاصله تیر تا آن است تغییر مکان حضیضی دارند که به طور تصاعدی کوچک می شوند.اثر بخش‌تر از اینها دو پدیده تازه بود که فقط نظریه آلبرت انیشتین آن‌را پیشگویی کرده بود. نخست آنکه آلبرت انیشتین معتقد بود که میدان گرانشی شدید موجب کند شدن ارتعاش اتمها می شود و گواه بر این کند شدن تغییر جای خطوط طیف است به طرف رنگ سرخ! یعنی اینکه اگر ستاره ای بسیار داغ باشد و به طوری که محاسبه می کنیم بگوییم که نور آن باید آبی درخشان باشد در عمل سرخ رنگ به نظر می‌رسد کجا برویم تا این مقدار قوای گرانشی و حرارت ی بالا را داشته باشیم، پاسخ مربوط به کوتوله های سفید است.دانشمندان به بررسی طیف کوتوله های سفید پرداختند و در حقیقت تغییر مکان پیش بینی شده را با چشم دیدند! اسم این را تغییر مکان آلبرت انیشتینی گذاشتند. آلبرت انیشتین می گفت که میدان گرانشی شعاع های نور را منحرف می‌کند چگونه ممکن بود این مطلب را امتحان کرد.اگر ستاره ای در آسمان آن سوی خورشید درست در امتداد سطح آن واقع باشد و در زمان کسوف خورشید قابل رؤیت باشد اگر وضع آنها را با زمانی که فرض کنیم خورشیدی در کار نباشد مقایسه کنیم خم شدن نور آنها مسلم است. درست مثل موقعی که انگشت دستتان را جلوی چشمتان در فاصله 8 سانتیمتری قرار دهید و یکبار فقط با چشم چپ و بار دیگر فقط با چشم راست به آن نگاه کنید به نظر می رسد که انگشت دستتان در مقابل زمینه پشت آن تغییر جا می‌دهد ولی واقعاً انگشت شما که جابجا نشده است!

دانشمندان در موقع کسوف در جزیره پرنسیپ پرتغال واقع در آفریقای غربی دیدند که نور ستاره ها به جای آنکه به خط راست حرکت کنند در مجاورت خورشید و در اثر نیرو ی گرانشی آن خم می شوند و به صورت منحنی در می آیند. یعنی ما وضع ستاره ها را کمی بالاتر از محل واقعیش می‌بینیم.ماهیت تمام پیروزیهای نظریه نسبیت عام آلبرت انیشتین نجومی بود ولی دانشمندان حسرت می کشیدند که ای کاش راهی برای امتحان آن در آزمایشگاه داشتند.ـ نظریه آلبرت انیشتین به ماده به صورت بسته متراکمی از انرژی نگاه می کرد به همین خاطر می گفت که این دو به هم تبدیل پذیرند یعنی ماده به انرژی و انرژی به ماده تبدیل می شود. E = mc²دانشمندان به ناگاه جواب بسیاری از سؤالها را یافتند. پدیده رادیواکتیو ی به راحتی توسط این معادله توجیه شد. کم کم دانشمندان متوجه شدند که هر ذره مادی یک پادماده مساوی خود دارد و در اینجا بود که ماده و انرژی غیر قابل تفکیک شدند.تا اینکه آلبرت انیشتین طی نامه ای به رئیس جمهور آمریکا نوشت که می توان ماده را به انرژی تبدیل کنیم و یک بمب اتمی درست کنیم و آمریکا دستور تأسیس سازمان عظیمی را داد تا به بمب اتمی دست پیدا کند. برای شکافت هسته اتم اورانیوم 235 انتخاب شد. اورانیوم عنصری است که در پوسته زمین بسیار زیاد است. تقریباً 2 گرم در هر تن سنگ! یعنی از طلا چهارصد مرتبه فراوانتر است اما خیلی پراکنده.در سال 1945 مقدار کافی برای ساخت بمب جمـع شـده بود و ایـن کار یعنی ساختن بمب در آزمایشگاهــی در « لوس آلاموس » به سرپرستی فیزیکدان آمریکایی «رابرت اوپنهایمر» صورت گرفت. آزمودن چنین وسیله ای در مقیاس کوچک ناممکن بود. بمب یا باید بالای اندازه بحرانی باشد یا اصلاً نباشد و در نتیجه اولین بمب برای آزمایش منفجر شد. در ساعت 5/5 صبح روز 16 ژوئیه 1945 برابر با 25 تیرماه 1324 و نیرو ی انفجاری برابر 20 هزار تنT.N.T آزاد کرده دو بمب دیگر هم تهیه شد. یکی بمب اورانیوم بنام پسرک با سه متر و 60 سانتیمتر طول و به وزن 5/4 تن و دیگری مرد چاق که پلوتونیم هم داشت. اولی روی هیروشیما و دومی روی ناکازاکی در ژاپن انداخته شد. صبح روز 16 اوت 1945 در ساعت 10 و ده دقیقه صبح شهر هیروشیما با یک انفجار اتمی به خاک و خون کشیده شد. با بمباران هیروشیما جهان ناگهان به خود آمد، 160000 کشته در یک روز وجدان خفته فیزیکدان ها بیدارر شد! « اوپنهایمر» مسئول پروژه بمب و دیگران از شدت عذاب وجدان لب به اعتراض گشودند و به زندان افتادند. آلبرت انیشتین اعلام کرد که اگر روزی بخواهم دوباره به دنیا بیایم دوست دارم یک لوله‌کش بشوم نه یک دانشمند!

حافظه مجازی

حافظه مجازی چیست؟ :[مطالب علمی]

حافظه مجازی یکی ازبخش های متداول در اکثر سیستم های عامل کامپیوترهای شخصی است . سیستم فوق با توجه به مزایای عمده، بسرعت متداول و با استقبال کاربران کامپیوتر مواجه شده است .

اکثر کامپیوترها در حال حاضر از حافظه های محدود با ظرفیت 64 ، 128 و یا 256 مگابایت استفاده می نمایند. حافظه موجود در اکثر کامپیوترها بمنظور اجرای چندین برنامه بصورت همزمان توسط کاربر ، پاسخگو نبوده و با کمبود حافظه مواجه خواهیم شد. مثلا" در صورتیکه کاربری بطور همزمان ، سیستم عامل ، یک واژه پرداز ، مرورگر وب و یک برنامه برای ارسال نامه الکترونیکی را فعال نماید ، 32 و یا 64 مگابایت حافظه، ظرفیت قابل قبولی نبوده و کاربران قادر به استفاده از خدمات ارائه شده توسط هر یک از نرم افزارهای فوق نخواهند بود. یکی از راهکارهای غلبه بر مشکل فوق افزایش و ارتقای حافظه موجود است . با ارتقای حافظه و افزایش آن ممکن است مشکل فوق در محدوده ای دیگر مجددا" بروز نماید. یکی دیگر از راهکارهای موجود در این زمینه ، استفاده از حافظه مجازی است .

در تکنولوژی حافظه مجازی از حافظه های جانبی ارزان قیمت نظیر هارد دیسک استفاده می گردد. در چنین حالتی اطلاعات موجود در حافظه اصلی که کمتر مورد استفاده قرار گرفته اند ، از حافظه خارج و در محلی خاص بر روی هارد دیسک ذخیره می گردند. بدین ترتیب بخش ی از حافظه اصلی آزاد و زمینه استقرار یک برنامه جدید در حافظه فراهم خواهد شد. عملیات ارسال اطلاعات از حافظه اصلی بر روی هارد دیسک بصورت خودکار انجام می گیرد.

مسئله سرعت

سرعت خواندن و نوشتن اطلاعات بر روی هارد دیسک بمراتب کندتر از حافظه اصلی کامپیوتر است . در صورتیکه سیستم مورد نظر دارای عملیاتی حجیم در رابطه با حافظه مجازی باشد ، کارآئی سیستم بشدت تحت تاثیر قرار خواهد گرفت . در چنین مواردی لازم است که نسبت به افزایش حافظه موجود در سیستم ، اقدام گردد. در مواردی که سیستم عامل مجبور به جابجائی اطلاعات موجود بین حافظه اصلی و حافظه مجازی باشد ( هارد دیسک ) ، باتوجه به تفاوت محسوس سرعت بین آنها ، مدت زمان زیادی صرف عملیات جایگزینی می گردد. در چنین حالتی سرعت سیستم بشدت افت کرده و عملا" در برخی حالات غیرقابل استفاده می گردد.

محل نگهداری اطلاعات بر روی هارد دیسک را یک Page file می گویند. در فایل فوق ، صفحات مربوط به حافظه اصلی ذخیره و سیستم عامل در زمان مورد نظر اطلاعات فوق را مجددا" به حافظه اصلی منتقل خواهد کرد. در ماشین هائی که از سیستم عامل ویندوز استفاده می نمایند ، فایل فوق دارای انشعاب swp است .

پیکربندی حافظه مجازی

ویندوز 98 دارای یک برنامه هوشمند برای مدیریت حافظه مجازی است . در زمان نصب ویندوز ، پیکربندی و تنظیمات پیش فرض برای مدیریت حافظه مجازی انجام خواهد شد. تنظیمات انجام شده در اغلب موارد پاسخگو بوده و نیازی به تغییر آنها وجود نخواهد داشت . در برخی موارد لازم است که پیکربندی مدیریت حافظه مجازی بصورت دستی انجام گیرد. برای انجام این کار در ویندوز 98 ، گزینه System را از طریق Control panel انتخاب و در ادامه گزینه Performance را فعال نمائید. در بخش Advanced setting ، گزینه Virtual memory را انتخاب نمائید.

با نمایش پنجره مربوط به Virtual Memory ، گزینه "Let me specify my own virtual memory setting" را انتخاب تا زمینه مشخص نمودن مکان و طرفیت حداقل و حداکثر فایل مربوط به حافظه مجازی فراهم گردد..در فیلد Hard disk محل ذخیره نمودن فایل و درفیلد های دیگر حداقل و حداکثر ظرفیت فایل را بر حسب مگابایت مشخص نمائید. برای مشخص نمودن حداکثر فضای مورد نیاز حافظه مجازی می توان هر اندازه ای را مشخص نمود . تعریف اندازه ائی به میزان دو برابر حافظه اصلی کامپیوتر برای حداکثر میزان حافظه مجازی توصیه می گردد.

میزان حافظه موجود هارد دیسک که برای حافظه مجازی در نظر گرفته خواهد شد بسیار حائر اهمیت است . در صورتیکه فضای فوق بسیار ناچیز انتخاب گردد ، همواره با پیام خطائی مطابق "Out of Memory" ، مواجه خواهیم شد. پیشنهاد می گردد نسبت حافظه مجازی به حافظه اصلی دو به یک باشد. یعنی در صورتیکه حافظه اصلی موجود 16 مگابایت باشد ، حداکثر حافظه مجازی را 32 مگابایت در نظر گرفت .

یکی از روش هائی که بمنظور بهبود کارائی حافظه مجاری پیشنهاد شده است ، ( مخصوصا" در مواردیکه حجم بالائی از حافظه مجازی مورد نیاز باشد ) در نظر گرفتن ظرفیت یکسان برای حداقل و حداکثر انداره حافظه مجازی است . در چنین حالتی در زمان راه اندازی کامپیوتر، سیستم عامل تمام فضای مورد نیاز را اختصاص و در ادامه نیازی با افزایش آن همزمان با اجرای سایر برنامه ها نخواهد بود. در چنین حالتی کارآئی سیستم بهبود پیدا خواهد کرد .

یکی دیگر از فاکتورهای مهم در کارآئی حافظه مجازی ، محل فایل مربوط به حافظه مجازی است . در صورتیکه سیستم کامپیوتری دارای چندین هارد دیسک فیزیکی باشد ، ( منظور چندین درایو منظقی نیست ) می توان حجم عملیات مربوط به حافظه مجازی را بین هر یک از درایوهای فیزیکی موجود توزیع کرد. روش فوق در مواردیکه از حافظه مجازی در مقیاس بالائی استفاده می گردد ، کارآئی مطلوبی را بدنبال خواهد داشت.