دنياي شگفت انگيز ذرات

احتمالا از دبيرستان به ياد داريد که مواد اطراف ما از الکترون ، پروتون و نوترون تشکيل شده اند. در نگاه اول اين حرف درست است : اتمهايي که مواد اطراف ما را تشکيل داده اند ، نه فقط روي زمين ؛ بلکه در ديگر نقاط عالم از يک هسته تشکيل شده اند که تعداد مشخصي الکترون در مناطق بخصوصي حول آن مي چرخند. در هسته نيز تعداد مشخصي پروتون و نوترون وجود دارد و تفاوت عناصر مختلف در تعداد پروتون هاي موجود در هسته است ؛ اما فهميدن اين موضوع خيلي طول کشيد. اولين ذره اتمي در سال 1895 کشف شد ، زماني که لامپهاي کاتدي موضوع روز بودند. در آن زمان تابش کاتدي با بار الکتريکي منفي شناسايي شد که بعدها مشخص شد خاصيت ذره اي دارد و به همين دليل ، اين ذره را الکترون ناميدند. در سال 1896 ، تابش X و مواد راديو اکتيو شناسايي شدند. در سال 1899 ، ذرات آلفا شناسايي شدند و بعدها مشخص شد اين ذرات ، درواقع اتمهاي هليوم هستند که الکترون هاي خود را از دست داده اند. به عبارت ديگر، ذرات آلفا هسته اتم هليوم هستند که از 2پروتون و 2نوترون تشکيل شده است . اما در سال 1911 ، مدل اتمي نيلز بوهر ارائه شد که براساس آن هسته اي سنگين با بار مثبت در مرکز اتم قرار داشت و الکترون هاي سبک در مدارهاي شخصي حول آن مي چرخيدند. اين مدل بسياري از خواص اتمها را توجيه مي کند. در همين سال ، آزمايش ديگري با استفاده از قطرات ريز روغن صورت گرفت و رابرت ميليکان توانست بار الکترون را اندازه گيري کند. در سال 1932 ، آخرين ذره اتم يعني نوترون به طور مستقل کشف شد و بدين سان ، دانش دبيرستاني ما در مورد اجزاي تشکيل دهنده ماده شکل گرفت . اما اين آغاز ماجرا بود. در سال 1928 ، دانشمندي انگليسي به نام پل ديراک ، با تلفيق نظريه نسبيت خاص اينشتين و معادلات مکانيک کوانتوم ، معادله جديدي به دست آورد که به معادله ديراک مشهور شد. اين معادله وجود ذره اي مشابه الکترون را پيش بيني مي کرد که فقط بار الکتريکي مخالف الکترون داشت (يعني بار الکتريکي مثبت). نام اين ذره خيالي را پوزيترون نهادند؛ ولي هنگامي که در سال 1932 وجود اين ذره طي يک آزمايش به اثبات رسيد، مسير دنياي علم تغيير کرد. پل ديراک هم مانند ديگر دانشمنداني که اکتشافات مذکور را به عمل آوردند، مفتخر به دريافت جايزه نوبل فيزيک شد. پوزيترون ، نخستين پادماده اي بود که کشف شد و درک ما را نسبت به جهان متحول کرد. اگر ذره اي با پادذره اش برخورد کند، هر دو نابود مي شوند و انرژي آزاد مي کنند. مقدار انرژي آزاد شده و جرم ذره و پادذره با دقت تمام از رابطه E=mc2 مي آيند. تاکنون ذره اي کشف نشده که فاقد پادذره باشد. در سال 1937 ، اولين ذره جديد کشف شد. ميون ، ذره اي مشابه الکترون ولي با جرم بيشتر و بالطبع ناپايدارتر از آن . در سال هاي بعد نيز ذرات بيشتري کشف شدند، مانند فرون هاي پاي ، با ريون لامبدا ، فرون K ، نوترينوها و انبوهي ديگر از ذرات . تعداد ذرات بسيار بسيار زياد شده بود و همه در تلاش بودند نظريه اي ارائه کنند تا اين جمعيت زياد را منظم کند . در سال 1963 ، هوري گلمان نظريه اي ارائه کرد مبني بر آن که ذراتي مانند پروتون و نوترون ، از ذرات کوچکتري تشکيل شده اند که بارشان مضربي از ثلث بار الکترون است . اين نظريه بسيار عجيب بود ولي به مرور زمان کارايي خود را نشان داد ، تا جايي که موفقيت هاي آن جايزه نوبل را براي گلمان به ارمغان آورد . امروزه مدل استاندارد ذرات ، انواع مختلف ذرات بنيادي و واکنش هاي آن را بخوبي تفسير مي کند. طبق اين مدل ، مواد اطراف ما از 2گروه اصلي تشکيل شده اند: لپتون ها و هادرون ها. در حال حاضر 6لپتون شناخته شده است که به همراه پاد ذرات آنها 12عدد مي شود! 6 لپتون عبارتند از : الکترون ، ميون ، تاو، نوترينوي الکترون ، نوترينوي ميون و نوترينوي تاو. به نظر مي رسد لپتون ها از چيز ديگري تشکيل نشده باشند. اما هادرون ها، انواع ذراتي هستند که از کوارک ها تشکيل شده اند. طبق مدل استاندارد، 6کوارک داريم که همراه با پادکوارک ها ، 12ذره بنيادي ديگر را تشکيل مي دهند. اين کوارک ها به ترتيب اکتشاف عبارتند از: بالا (Top) ، پايين (down) ، شگفت (Strange) ، افسون (charm) ، ته (bottom) و سر (top) شايد از خودتان بپرسيد اين همه ذره چه کمکي به ما مي کند. واقعيت ماجرا آن است که زماني تمام اين ذرات وجود داشته اند. در يک هزار ميليارديم ثانيه پس از مهبانگ ، دما به قدري زياد بود که کوارک ها آزادانه در حرکت بودند. يک ميليونيم ثانيه پس از مهبانگ ، هادرون ها و لپتون ها شکل گرفتند و به همين ترتيب ماجرا ادامه يافت . دانشمندان توانسته اند شتاب دهنده هايي بسازند که تا يک ميليارديم ثانيه پس از مهبانگ را شبيه سازي کند و ما را با خصوصيات عالم در آن زمان آشنا سازد. دانشمندان در تلاشند با ساخت شتاب دهنده هاي بزرگتر مانند LHC در سرن به مهبانگ نزديکتر شوند و درکشان را از عالم پيرامون افزايش دهند.

عضویت در گروه فیزیک-شیمی

اگه میخواهید شما هم از  گروه فیزیک-شیمی و فعالیت هایش آگاه شوید از لینک زیر عضو شوید:

 

Click to join physic-chemistry  

منطق فازی و پروفسور لطفی زاده

منطقي كه تكنيك را هوشمند كرد

پروفسور لطفي زاده، دانشمند ايراني تبار و مبدع منطق فازي، روز سه شنبه سوم مي 2005 به دعوت كانون مهندسين و متخصصين ايراني در آلمان و دانشگاه فني برلين حضور رئيس دانشگاه (كورت كوتسلر) و معاون ارشد علمي اش، در سالن EB 301 ساختمان تاريخي دانشگاه پس از امضاي كتابچه طلاي يادبود، نام خود را در كنار بزرگان علم و صنعت دنيا به ثبت رساند.

همه لوازم پيرامون ما كه آسايش را برايمان معنا مي كند و تكنيك "اتومات" و "هوش مصنوعي" را در بطن خود دارد از ابداع پروفسور لطفي زاده نشان دارد.

پروفسور "لطفي زاده" كه در جهان علم به پروفسور "زاده" مشهور است، مخترع منطق علمي نوين "فازي" است، كه جهان صنعت را دگرگون كرد.

امروزه هيچ دستگاه الكترونيكي، از جمله وسايل خانگي بدون اين منطق در ساختار خود ساخته نمي شوند. با منطق فازي پروفسور لطفي زاده، ابزار هوشمند مي شوند و توانايي محاسبه در آنان نهادينه مي شود.

از شوروي به تهران، از تهران به آمريكا

او در سال 1921 در شهر باكو در جمهوري آذربايجان به دنيا آمد. پدرش يك ژورناليست ايراني بود كه در آن زمان به دلايل شغلي در باكو بسر مي برد و مادرش يك پزشك روس بود.

وي ده ساله بود كه در اثر قحطي و گرسنگي سراسري پديد آمده در سال 1931، به اتفاق خانواده به وطن پدري اش ايران بازگشت. لطفي زاده در دبيرستان البرز تهران، تحصيلات متوسطه را به پايان رساند و در امتحانات كنكور سراسري، مقام دوم را كسب نمود. در سال 1942 رشته الكترونيك دانشگاه تهران را با موفقيت به پايان رساند و در طي جنگ دوم جهاني براي ادامه تحصيلات به آمريكا رفت.

او در سال 1946 موفق به اخذ مدرك ليسانس از دانشگاه ماساچوست شد. در سال 1949 به دريافت مدرك دكترا از دانشگاه كلمبيا نائل شد و در همين دانشگاه با تدريس در زمينه "تئوري سيستم ها" كارش را آغاز كرد. او در سال 1959 به بركلي رفت تا به تدريس الكتروتكنيك بپردازد و در سال 1963 ابتدا در رشته الكتروتكنيك و پس از آن در رشته علوم كامپيوتر كرسي استادي گرفت.

لطفي زاده به طور رسمي از سال 1991 بازنشسته شده است، وي مقيم سانفرانسيسكو است و در آنجا به پروفسور "زاده" مشهور است. لطفي زاده به هنگام فراغت به سرگرمي محبوبش عكاسي مي پردازد. او عاشق عكاسي است و تاكنون شخصيت هاي معروفي همچون روساي جمهور آمريكا، ترومن و نيكسون، رو به دوربين وي لبخند زده اند.

سرگرمي ديگر لطفي زاده "HI FI" است. او در اتاق نشيمن خود بيست و هشت بلندگوي حساس تعبيه نموده تا به موسيقي كلاسيك با كيفيت بالا گوش كند.

پروفسور لطفي زاده داراي بيست و سه دكتراي افتخاري از دانشگاه هاي معتبر دنياست، بيش از دويست مقاله علمي را به تنهايي در كارنامه علمي خود دارد و در هيئت تحريريه پنجاه مجله علمي دنيا مقام "مشاور" را داراست.

تئوري منطق فازي در يك نگاه

بر خلاف آموزش سنتي در رياضي، او منطق انساني و زبان طبيعت را وارد رياضي كرد. شايد بتوان با دو رنگ سياه و سفيد مثال بهتري ارائه داد. اگر در رياضي، دو رنگ سياه و سفيد را صفر و يك تصور كنيم، منطق رياضي، طيفي به جز اين دو رنگ سفيد و سياه نمي بيند و نمي شناسد. ولي در مجموعه هاي نامعين منطق فازي، بين سياه و سفيد مجموعه اي از طيف هاي خاكستري هم لحاظ مي شود و به اين طريق فصل مشترك ساده اي بين انسان و كامپيوتر بوجود مي آيد.

اين منطق حدود چهل سال پيش در آمريكا توسط لطفي زاده پايه ريزي شد. و براي اولين بار در سال 1974 در اروپا براي تنظيم دستگاه توليد بخار، در يك نيروگاه كاربرد عملي پيدا كرد. با پيشرفت چشمگير ژاپن در عرصه وسايل الكترونيكي، در سال 1990 كلمه "فازي" در آن كشور به عنوان "كلمه سال" شناخته شد.

سخنراني لطفي زاده در دانشگاه صنعتي برلين

دعوت نامه رئيس دانشگاه صنعتي دانشگاه برلين به اشكال مختلف در ميان دانشجويان و مطبوعات و وسايل ارتباط جمعي به چشم مي خورد. كاغذهاي زرد رنگ در قطع كوچك در ميان دانشجويان دست به دست مي گشت و وعده ديدار با دانشمند بزرگي را مي داد.

در قسمتي از دعوت نامه نوشته شده : "باني تئوري منطق فازي به برلين مي آيد: پروفسور لطفي زاده درباره تئوري جهاني خود كه در سال 1965 تدوين شده و كاربرد جهاني آن در اتومبيل، موبايل، لباس شويي و غيره، و در خطوط متعدد توليد، و روش هاي متديك ديگري كه امروزه در امور اعتباري و نرم افزارهايي كه به اين سياق كار مي كنند سخنراني خواهد كرد.

پيش از برپايي سخنراني، راديوها و روزنامه هاي مختلف و از جمله انجمن مهندسين آلمان سئوالات خود را با لطفي زاده مطرح كردند. خبرنگاري كه ميكروفن حساسي در دست داشت، از كاربرد منطق فازي در تكنيك امروزي پرسيد؛ پروفسور لطفي زاده به ميكروفن خبرنگار اشاره كرد و گفت: "اتفاقأ اين حساسيتي كه در ميكروفن شما بكار گرفته شده تا صداي موضعي را تشخيص دهد و صداي محيط پيرامون را منعكس نكند، نظام منطق فازي را در خود مستتر دارد."

رئيس دانشگاه در اتاق ويژه مهمانان، ضمن خوشامد به لطفي زاده گفت: "من رياضي دان هستم، و از زماني كه با رياضيات مأنوسم با اسم و رسم شما هم آشنايي دارم، و از پروفسور كنعاني رئيس كانون مهندسين و متخصصين ايراني در آلمان، كمال تشكر را دارم كه فرصت ديدار با ايشان را بوجود آورد."

پس از آن از طرف رياست دانشگاه، از پروفسور لطفي زاده دعوت شد تا در دفتر يادبود طلايي دانشگاه كه يادگار مخترعين بزرگ از جمله اولين مخترع كامپيوتر (كنراد سوزه) را در خود دارد، نام خود را ثبت كند. و به رسم يادبود كتاب زيبايي كه دانشگاه فني برلين به مناسبت يكصد و بيست و پنج سالگي تاسيس اين دانشگاه منتشر شده بود با عنوان "بزرگاني كه ما بر دوش آنان ايستاده ايم" به آقايان لطفي زاده و ناصر كنعاني اهدا گرديد.

پس از آن ناصر كنعاني به زبان انگليسي به معرفي لطفي زاده پرداخت. سپس مبتكر منطق فازي سخنراني خود را در باره پيدايش منطق فازي و گفتاري پيرامون نظرات مخالف و موافق آن و تكميل و پيشرفت روز افزون اين تئوري به مدت يكساعت و نيم ايراد كرد.

انتقاد لطفي زاده از رفتار اروپا با دانشمندان مهاجر

در فرصتي كوتاهي كه دست داد، با پروفسور لطفي زاده گفتگويي داشتم. او گفت: "خوشحالم بعد از بيست و دو سال بار ديگر به برلين آمدم. اول از همه ديدار ايرانيان برلين برايم جالب بود. از برلين خوشم آمده؛ از خيابان هاي پهن آن خوشم آمده، و از اين كه در اين شهر آسمان خراش وجود ندارد بسيار لذت بردم… من فوق العاده خوشحالم كه در اين جا هستم و با اين استقبال گرم مواجه شدم. تنها پشيماني ام اين است كه نمي توانم آن طور كه بايد و شايد فارسي صحبت بكنم. و مجبورم به انگليسي با شما حرف بزنم، به همين جهت بايد از شما عميقأ عذرخواهي كنم كه فارسي من خيلي خوب نيست، فهميدن فارسي براي من مشكل نيست، ولي صحبت كردن برايم كمي سخت است."

لطفي زاده در اشاره به تفاوت پذيرش ايرانيان مهاجر در اروپا و آمريكا مي گويد: "مي خواهم مقايسه اي كنم بين جامعه ايراني ها در آمريكا، كانادا، و برلين. دلم مي خواهد در رابطه با كانادا صحبت كنم كه چندي پيش از طرف جامعه مهندسين كانادا به آنجا دعوت شده بودم. يك فرق اساسي وجود دارد كه ايراني هايي كه مقيم كانادا هستند براي دولت كار مي كنند. ولي آنچه در برلين متوجه شدم، اين است كه ايراني ها يا در صنايع، و يا در دانشگاه ها كار مي كنند و نديدم كه يك ايراني در استخدام دولت آلمان باشد. به گمان من اين موضوع مربوط مي شود به اينكه آلمان يك جامعه سنتي است و يك فرق اساسي بين خارجي ها و آلماني ها وجود داشته و دارد. من اگر آن موقع، به جاي آمريكا به آلمان مي آمدم، بعيد مي ديدم كه در آلمان استاد دانشگاه مي شدم. و اين مسئله فقط مربوط به آلمان نيست، مربوط به تمام كشورهاي اروپايي است و اين تفاوت بين خارجيان وجود دارد."

لطفي زاده مي گويد: " شصت سال پيش، زماني كه به آمريكا رفتم، اوضاع خيلي بدتر از اين بود، و حتا اگر فردي نام خارجي مي داشت مي توانست سرآغاز مشكلات براي او باشد و با اين اسم شما نمي توانستيد شغلي بگيريد. به خاطر دارم زماني كه در ايران بودم و به دبيرستان البرز مي رفتم، به يك آمريكايي گفتم كه مي خواهم براي ادامه تحصيلات به آمريكا بروم؛ و در جواب به من گفت كه تو ديوانه اي! و من نفهميدم كه چرا به من گفت ديوانه. وقتي رسيدم به آمريكا متوجه شدم كه او حق دارد، چرا كه ما نمي توانيم شغلي داشته باشيم؛ كاملأ غير ممكن بود. تقريبأ آن زمان مثل الان آلمان بود." به فارسي مي افزايد: نه نه، خيلي هم بدتر.

ارتقاي اجتماعي دانشوران مهاجر در آمريكا و كانادا

به نظر او اوضاع در كانادا و آمريكا امروزه عوض شده است ولي مهاجران همچنان با محدويت در ارتقاي اجتماعي روبرويند: "امروز به هر كجا كه مي روي مي تواني حضور خارجيان را ببيني...در آمريكا اوضاع به گونه اي ست كه شما مي توانيد مدارج ترقي را طي كنيد، ولي در مرحله اي خارجي بودن باعث توقف مي شود. شايد بتوانيد رئيس دانشكده بشويد، ولي رئيس دانشگاه شدن تقريبأ غير ممكن است. افراد زيادي هم در استخدام دولت آمريكا نيستند ولي در كانادا وضع به شكل ديگري ست. به اين ترتيب من احساس مي كنم كه زندگي در آلمان خيلي مشكل تر است.

"اروپا در سير نزولي است"

او در ادامه از نگراني خود در باره آينده علمي اروپا مي گويد: "بايد فكر كرد كه اوضاع و احوال به چه جهت به اين جا كشيده است؟ ولي به تحقيق مي توانم بگويم كه اروپا در سير نزولي است . اگر آمريكا هم در سير صعودي مي بود، پيدا كردن شغل آسان تر مي بود. ولي الان آمريكا هم در سير نزولي است. علت اين است كه با كشورهاي آسيايي در رقابت هستند و آسيايي ها در سير ترقي هستند. مثلأ در آلمان توليدات رو به پايين حركت مي كند، و در بعضي كشورها سير نزولي شديدتر است مثل انگلستان.

پروفسور لطفي زاده در ادامه مي گويد: "از آنجا كه من به كشورهاي مختلف سفر مي كنم به تحقيق مي توانم بگويم كه اين معضل دست به گريبان همه كشورهاي اروپايي است. مثلأ در تركيه گاز و نفت وجود ندارد ولي در عوض توريست دارند. درآناتولي فقط پانصد هزار نفر در قسمت توريسم كار مي كنند. ولي از توريسم كه يك كشور نمي تواند ثروتمند شده و رشد كند.

"شكل گيري استعمار جديد در صنعت"

لطفي زاده عقايد اجتماعي خاصي دارد كه از حساسيت او به وضع كشورهاي كمتر توسعه يافته حكايت دارد. او مي گويد: "من به هر كشوري كه سفر مي كنم از استادان دانشگاه سئوال مي كنم كه آيا شما مي توانيد با پولي كه مي گيريد زندگي كنيد؟ در آلمان پاسخ مثبت است، ولي در ايران و ديگر كشورها از جمله بلغارستان، روماني، تركيه، لهستان، پاسخ منفي است. و اين براي پيشرفت علم و دانش مناسب نيست و بايد كاري انجام داد."

"به طور كلي آنچه در مورد كشورهاي جهان مي توان گفت اين است كه يك "نئو كلونياليسم" در حال شكل گيري است. در نتيجه يك كشوري مثل لهستان كه 84 درصد از صنعت خود را فروخته است؛ و حتا كار به خريد زمين هاي اين كشورها هم رسيده است، نتيجه اين كه افراد اين كشورها در آينده فقط براي آلمان و آمريكا كار خواهند كرد، نه براي خود."

"يادم مي آيد كه شاه به ايرانيان گفته بود كه حتا حاضر نيستم يك دلار قرض بگيرم و بايد كشورمان را خودمان بسازيم، ولي امروزه كشور ايران زير بار قرض و بدهكاري است. و به نظر من جهان از يك دوران خيلي سختي در حال گذر است و همه ما با اين مشكلات مواجه هستيم. و چه بسا مشكلات بزرگتري در روسيه وجود دارد."

امتياز چند فرهنگي بودن

لطفي زاده كه در فرهنگ هاي مختلف تركي و روسي و ايراني و آمريكايي باليده است اين را امتياز خود مي داند و مي گويد شما از اين طريق به طبيعت بشر بيشتر پي مي بريد: "براي مثال من پنج سال رئيس دانشكده بودم، و در بحث و نظر خواهي، نظرات آناني كه تك فرهنگي بودند، نسبي بود، ولي من هر نظري كه مي دادم به مرور زمان، درستي نظر من ثابت مي شد، براي اين كه من فرهنگ هاي مختلف را مي فهمم و درك مي كنم، در جايي كه مثلأ آمريكايي ها به علت تك فرهنگي بودن اين ويژگي را نمي توانند درك كنند."

منبع: گروه نابغه ها

انواع سوخت های گازی

 

- گاز طبيعي فشرده  (CNG):

با توجه به فراواني منابع گاز، کيفيت مطلوب سوختن و مطابقت انتشار ميزان آلاينده خروجي از اگزوز با مقررات محيط زيست و نهايتاً قيمت ارزان آن نسبت به ساير منابع انرژي، به عنوان اصلي ترين شکل انرژي جايگزين در اغلب نقاط دنيا مطرح است. براي مصرف گاز طبيعي در خودروها با توجه به دانسيته انرژي کم آن بايد تا فشار bar200 متراکم و در مخازن فلزي يا ( کامپوزيت) که براي اين فشار عملياتي طراحي شده است نگهداري نمايند.

 

 

ملاحظات ايمني:

 چون گاز طبيعي سبک تر از هواست و در صورت انتشار از مخزن به سرعت در هوا پخش مي شود. البته در فضاهاي محدود و بسته در نزديکي سقف جمع شده و ممکن است منجر به آتش سوزي گردد. در مقايسه با بنزين دماي اشتعال بالاتر دارد و محدوده سوختن آن ( باريکتر) بين غلظت 5-15 درصد است. بنابراين از نظر آتش سوزي تصادفي خطر کمتري دارد. براي تشخيص انتشار آن در هوا مقدار کمي ترکيب مرکاپتان به آن اضافه مي شود تا به اين ترتيب  حتي در غلظت 5/0 درصد نيز قابل تشخيص باشد.

مزايا: کيفيت سوختن خوب، عدد اکتان بالا، راندمان بازدهي خوب سوخت، کاهش انتشار منواکسيد کربن و هيدروکربورهاي نسوخته.

معايب: مسافت پيمايش کوتاه بعلت دانسيته انرژي پايين و محدوديت حجم مخازن، وزن بالاي مخازن ذخيره.

 

 

 

 

- گاز طبيعي مايع (LNG):

گاز طبيعي چنانچه در فشار اتمسفر تا دماي F º260- سرد شود، به حالت مايع تبديل مي شود. LNG شامل بيش از 95 درصد متان و درصد کمي اتان و پروپان و ساير هيدروکربورهاي سنگين تر است. ساير ترکيبات و ناخالصي هاي گاز طبيعي مانند اکسيژن، آب، گازکربنيک و ترکيبات گوگردي طي فرآيند سرد کردن از گاز طبيعي جدا شده و گاز طبيعي در حالت مايع بدست مي آيد. البته LNG تا حد 100 درصد متان خالص نيز قابل دستيابي است. حجم LNG ₆₀₀/¹ حجم گاز طبيعي و دانسيته آن 42/0 دانسيته آب است. اين ماده، مايعي بي بو، بي رنگ و غير سمي است و نسبت به فلزات يا ساير مواد حالت خورندگي ندارد. LNG وقتي تبخير يا با هوا ترکيب شود در دامنه غلظت 5 تا 15 درصد مي سوزد. LNG يا بخار آن در محيط و فضاي باز حالت انفجاري ندارد. کليه آزمايشات انجام شده و خواص LNG، ايمن بودن اين سوخت را کاملاً تائيد مي کند زيرا نشت مايع LNG يا ابربخارات آن به محض تماس با زمين يا در اثر حرارت محيط به سرعت در هوا تبديل به گاز شده و چون در  اين حالت از هوا سبک تر است در محيط پراکنده و منتشر مي شود. LNG در وهله اول براي خودروهاي سنگين ديزلي (HEAVY DUTY VEHICLE) کاربرد دارد. به لحاظ ارزش حرارتي و دانسيته انرژي، مشابه سوخت ديزل (گازوئيل) هست.

LNG  در دماي  ºF260-  و فشار اتمسفريک در حالت مايع اشباع ( در دماي جوش مايع)

 است. بنابر اين مانند هر مايع در حال جوش چنانچه در فشار ثابت  نگهداري  شود (حتي با 

افزايش حرارت)  در دماي  ثابت خواهد ماند. 

مادام که بخار LNG از مخازن خارج مي شود (boil off)، دماي مخزن ثابت مي ماند.

اجزاء  سيستم خودروهاي با سوخت LNG:

از لحاظ انتقال سوخت به موتور، مشابه موتورهاي با سوخت CNG است و سوخت به صورت بخار وارد موتور مي شود. فرق اساسي بين موتورهاي CNG, LNG در نحوه نگهداري و تحويل سوخت است.

مخازن ذخيره LNG دوجداره مي باشند و براي فشار کاري حداکثر تا 230 psi يا 16bar طراحي شده است. اين مخازن داراي لوله و اتصالات لازم براي خارج کردن گاز در صورت افزايش فشار ( با توجه به انتقال حرارت از محيط به مخزن) و يا انتقال سوخت در زمان مصرف هستند. اين مخازن مجهز به سيستم اعلام پايان سوخت گيري (پرشدن مخزن) نيز هستند. موتور خودروها گاز را در فشار 4 الي 9 بار (60-120 psi) مصرف مي کند.

معايب استفاده از LNG:

بسياري از مردم به استفاده از مواد در دماهاي پايين عادت نداشته لذا نياز به آموزش خاصي در زمينه استفاده از سوخت در دماي خيلي پايين هست.

در ايستگاههاي سوخت گيري خطوط انتقال گاز از مخزن به خودرو ( شامل لوله ها شيرآلات و وسايل اندازه گيري) جهت انتقال LNG در حالت مايع بايد پيش از شروع ، سوخت تا دماي              ºF 260- سرد شوند در غير اينصورت منجر به تبخير بخشي از سوخت مي شود.

- حداکثر پرشدن مخزن دوجداره Cryogenic تا حد ماکزيمم ظرفيت، امکان پذير نيست زيرا به اندازه لازم فضاي خالي در بالاي سطح مايع جهت تبخير يا جوشيدن مايع بايد در مخزن در نظر گرفته شود.

مزاياي استفاده از LNG:

دانسيته انرژي بالاتري نسبت به سوختهاي گازي دارد، زيرا به شکل مايع ذخيره مي شود. مسافت پيمايش بيشتر و وزن کمتر مخازن ذخيره، استفاده از آن را در خودروهاي کوچکترامکان پذير مي سازد. سرعت سوختگيري بالا به نحوي که در خودروهاي بزرگ زمان سوختگيري 4 الي 6 دقيقه مي باشد (10 الي 40 گالن در دقيقه). ارزيابي و کنترل ترکيب سوخت با دقت بالايي امکان پذير است و با توجه به اينکه LNG توليد شده براي خودروها تا 99 درصد متان دارد، لذا کنترل و تعيين مناسب ترکيب سوخت بازدهي موتور و سوخت را نيز افزايش مي دهد.

- گاز مايع (LPG) Liquefied Petroleum GAS:

گاز مايع که بصورت مخفف LPG ناميده مي شود معمولاً عمدتاً از دو ترکيب هيدروکربني پروپان و بوتان با فرمول شيميايي C₄H₁₀, C₃H₈ تشکيل شده است. بوتان خود شامل دو ترکيب ايزوبوتان ونرمال بوتان است. LPG که معمولاً در برخي نقاط دنيا به نام ترکيب عمده آن، پروپان، نيز شناخته مي شود بعنوان محصول فرعي فرآيندهاي تصفيه و توليد گاز طبيعي و پالايش نفت خام توليد مي شود. LPG در آمريکا عمدتاً از 90% پروپان، 5/2% بوتان و هيدروکربنهاي سنگين و مقدار کمي نيز اتان و پروپلين تشکيل شده است. گاز مايع فاقد رنگ، بو و مزه است و بطور کلي زيان آور نيست ولي در صورتيکه حجم زيادي از آن استشمام گردد باعث بيهوشي خواهد شد. به منظور آگاهي از نشت گاز مايع ترکيبات گوگرد دار بنام مرکاپتان شامل "اتيل مرکاپتان" و "متيل مرکاپتان" به گاز مايع افزوده مي شود. خواص مهم اين سه ترکيب در جدول زير درج شده است:

عدد اکتان موتور MON	ارزش حرارتي BUT	چگالي	نقطه جوش ^of	وزن مولکولي	ترکيب
1/97	21500	5077/0	42-	1/44	پروپان
6/97	21090	5631/0	7/11-	1/58	ايزوبوتان
6/89	21140	5844/0	5/0-	1/58	نرمال بوتان

 

LPG در شرايط فشار و دماي عادي بصورت گاز است و تحت فشار atm10-8 ، اجزا آن به مايع تبديل مي شود. بنابراين نگهداري و حمل و نقل اين محصول به سادگي امکان پذير است. البته ترکيبات LPG براي مکانهاي مختلف و در فصول مختلف متفاوت است. براي مثال گاز مايع ارائه شده به مصرف کنندگان در ايران در فصول مختلف بين (90-50) درصد بوتان و (50-10) درصد پروپان و تا 2% ترکيبات سنگين تر مثلاً پنتان دارد. به علت کيفيت سوخت گاز مايع LPG و کاهش انتشار آلاينده ها، استفاده از اين سوخت در جهان به صورت فزاينده اي مورد توجه بوده و در کشورهاي مختلف مانند ايتاليا (با 1500000 خودرو)، ژاپن، امريکا، انگليس استفاده از اين سوخت جايگزين مورد حمايت و تشويق دولتها مي باشد.

مزاياي LPG شامل در دسترس بودن ( درکشورهاي توليد کننده)، ايمني، نياز به تغييرات جزيي در موتور خودروها و بازدهي مناسب سوخت مي باشد. جهت مايع نمودن، اين گاز در فشار حدود 8 تا 10 اتمسفر در مخازن فلزي با استحکام مناسب ذخيره مي شود. چون اين مخازن مجهز به شير قطع جريان در صورت نشت از خطوط انتقال سوخت هستد استفاده از آنها ايمن تر از بنزين مي باشد.

LPG به موتور محفظه احتراق به صورت بخار وارد مي شود، لذا روغن را از ديواره سيلندرها        نمي شويد، يا در شرايط سرد بودن موتور، روغن را رقيق نمي کند. همچنين، مواد آلاينده مانند اسيد سولفوريک، ياذرات کربن را وارد روغن موتور نمي نمايد.

بنابراين موتورهايي که با سوخت گاز مايع کار مي کنند هزينه تعميرات و نگهداري کمتري خواهند داشت. چون LPG داراي عدد اکتان بالا حدود (RON=105) مي باشد قدرت موتور يا بازدهي سوخت بدون افزايش ضربه در موتور، با افزايش ضريب تراکم قابل افزايش است.

 

معايب LPG:

در مقايسه با بنزين، LPG داراي محتواي انرژي (energy content) کمتر است، لذا مخزن سوخت بايد بزرگتر از مخزن بنزين بوده و بعلت اينکه مخزن تحت فشار مي باشد سنگين تر خواهد بود و هزينه خودروهاي با سوخت LPG بين 2000 –1000 دلار گرانتر از خودروهاي بنزيني مي باشد. البته قيمت LPG در سطح جهاني تقريبا" مشابه قيمت بنزين است.

با توجه به اينکه گاز مايع بعنوان محصول فرعي پالايشگاههاي گاز و نفت توليد مي شود لذا فراواني منابع آن کاملاً محدود است. لذا بعنوان راه حل اساسي در کاهش الودگي و جايگزيني سوخت در بسياري از نقاط جهان نمي تواند مطرح باشد.

به لحاظ ايمني، چون گاز پروپان سنگين تر از هواست در صورت نشت، بصورت لکه روي سطح زمين باقي مانده و در آبهاي زيرزميني نيز نفوذ مي کند. امکان شعله ور شدن آن روي سطح زمين نيز هست. لذا از اين حيث بايد در حمل و نقل و حين استفاده، نهايت دقت در جلوگيري از نشت LPG صورت گيرد.

از ساير معايب اين سوخت مي توان به افت قدرت موتور در موتورهاي تبديلي به ميزان 10-15 درصد و عدم توانائي مناسب موتور در عبور از سربالائي ها اشاره نمود.

در موتورهاي تبديلي اگر موتور به طور مناسب تبديل نگرديده باشد در تابستانها گاز بصورت خشک سوخته و باعث جوش آمدن موتور مي گردد. و در زمستان نيز براي شروع و استارت موتور داراي مشکل بوده و بايد با بنزين موتور تبديلي روشن گردد.

 

 

 

انتشار گازهاي آلاينده:

از ديدگاه زيست محيطي استفاده از LPG بصورت استانداردداراي کمترين چرخه حيات انتشار گازهاي گلخانه اي در مقايسه با ساير سوختهاي تجاري است. پتانسيل کاهش اوزون با استفاده از اين سوخت به نصف بنزين کاهش مي يابد، همچنين انتشار هيدروکربنهاي نسوخته ₃/¹ اکسيدهاي نيتروژن 20%، منواکسيد کربن 60% در مقايسه با بنزين کاهش مي يابد.

سوخت هاي سري P

 

سوختهاي سري P  مخلوطي از ترکيبات سنگين گاز طبيعي، شامل پنتان و ترکيبات سنگين تر از آن  PENTANE⁺  ، اتانول و حلالهاي توليد شده از بيوماس(BIOMASS) مانند متيل تترا هيدروفوران (MTHF) مي باشند. از بوتان نيز جهت برطرف كردن اشكال دير روشن شدن خودرو در هواي سرد استفاده مي شود.

سوختهاي سري P ؛ مايعاتي شفاف ، بيرنگ با اكتان 93-89 بوده و در خودروهاي انعطاف پذير در مقابل سوخت قابل استفاده اند. اين سوختها را مي توان به صورت خالص و يا مخلوط با بنزين در هر نسبت دلخواهي مورد استفاده قرار داد.

گريدهاي اين سوختها ذيلا" ملاحظه مي گردد؛

گريد مصرفي در هواي سرد	گريد مرغوب	گريد معمولي	جزء تشكيل دهنده
1/19	3/33	2/36	تركيبات سنگين تر از پنتان
3/32	1/22	7/37	متيل تترا هيدروفوران
5/37	6/44	1/36	اتانول
2/11	0/0	0/0	نرمال بوتان

 

خصوصيات فيزيكي گريد معمولي به شرح ذيل است :

2/90	عدد اكتان ( R+M/2 )
8/7	فشار بخار ( Psi )
775/0	وزن مخصوص
99300	محتواي انرژي ( Btu/gal )
9<	مقدار گوگرد ( ppm )
5/19	محتواي اكسيژن ( درصد وزني)

 

شرکت آمريكايي Pure Energy Corporation ، صاحب دانش فني انحصاري توليد آن  ميباشد.اين شركت فرآيند توليد همزمان اتانول و متيل تترا هيدروفوران ( MTHF ) را از خوراكهاي سلولزي بسط داده است.

MTHF در حال حاضر در مقادير بسيار محدود از هيدروژناسيون فورفورال (قابل استحصال از خوراكهاي بيوماس و نفتي) توليد شده و به عنوان ماده شيميايي نهايي يا مصرفي در صنايع مورد استفاده قرار مي گيرد. در فرآيندهاي شركت Pure Energy Corporation ، خوراكهاي ليگنوسلولزي به شكرهاي 5-6 كربنه تبديل شده و سپس از طريق روشهاي ترموشيميايي و تخميري به اتانول و MTHF تبديل مي گردند.

انتشار مواد آلاينده :

ميزان آلاينده هاي ناشي از سوختهاي سري P در مقايسه با بنزين اصلاح ساختار يافته ( RFG ) ذيلا" ملاحظه مي گردد:

-           50 درصد كاهش در ميزان Co₂

-           35 درصد كاهش مقدار هيدروكربورها

-           15 درصد كاهش منوكسيد كربن

-           بيش از 40 درصد كاهش در پتانسيل تشكيل ازن

نتيجه : ، سوختهاي سري P عليرغم كاهش انتشار آلاينده ها و كاهش وابستگي به منابع انرژي فسيلي ( براساس برآوردهاي به عمل آمده توسط Argonne National Laboratory قادر به كاهش انرژي فسيلي به ميزان 49 تا 57 درصد مي باشند ) ، هزينه هاي توليد اين سوختها بايستي كاهش يافته تا از لحاظ اقتصادي قابل رقابت با بنزين نسبتا" ارزان باشند.

 

جمعبندي:

با توجه به منابع انرژي در ايران و کمبود منابع طبيعي يا گران بودن تکنولوژي توليد سوخت از منابع بيوماس در مقايسه با منابع گاز يا نفت، طبعاً توليد سوختهاي با منشاء گياهي در اولويت بعدي در مقايسه با توسعه تکنولوژي استفاده از گاز طبيعي و توسعه تکنولوژي خودرو يا ساير مصرف کننده هاي سوخت براي افزايش راندمان و بهسوزي قرار خواهد گرفت.

ليکن با توجه به محدوديت منابع انرژي در جهان و آلودگي روز افزون محيط زيست و پديده گرم شدن زمين مسلماً انتخاب يا پيشنهاد فقط يک راه حل براي مسائل ذکر شده کافي نخواهد بود. لذا نگرش همه جانبه و بررسي کليه سوختهاي جايگزين با توجه به مزيتهاي نسبي در هر منطقه و با توجه به منابع و امکانات اقتصادي کشور راهگشاي حل مشکلات کنوني خواهد بود.

 

 

Earth’s Core in a Bottle

 

By Zach Zorich

January 31, 2005 | Astronomy & Physics

 در مجله ي ديسكاور

 

Courtesy of David Lathrop and Santiago Triana/University of Maryland

A journey to the center of Earth may soon be as easy as a drive to Daniel Lathrop’s lab at the University of Maryland. To understand the process that generates our planet’s protective magnetic field, Lathrop built the world’s most detailed physical model of where the action happens: Earth’s core. A 10-foot-wide steel sphere filled with 14 tons of liquid sodium stands in for the molten-iron outer core while a 3-foot-wide copper ball substitutes for the solid inner core. The whole contraption will spin four times a second to simulate Earth’s rotation.

 

According to theory, the churning of the molten iron outer core creates electricity, which, in turn, creates the geomagnetic field. “You get a feedback loop—a little bit of magnetic field couples with the motion to cause electrical current, which produces a bit more magnetic field, and it goes around and around,” Lathrop says. But nobody has figured out exactly how fluid motions in the outer core affect the magnetic field.

 

Using an earlier, smaller version of his device, Lathrop simulated the conditions around a black hole, learning that magnetic fluctuations help drag gas out of a safe orbit to a one-way trip into the hole. By adjusting the heat and rotation rate in the new 10-foot model, he hopes to gain similar insights into Earth’s magnetic field. For at least 160 years, our field has been weakening and shrinking; if the trend continues, the North and South poles might switch positions, temporarily exposing us to more of the sun’s energetic particles. Lathrop’s model should clarify whether we need to prepare for the worst.

متانول، سوخت الکلی

- متانول:

متانول سوخت الکلي است که از گاز طبيعي و ساير منابع طبيعي نيز توليد مي شود. متانول يا الکل متيليک که در آن عامل هيدروکسيل (OH) جايگزين يک اتم هيدروژن شده است با وزن مولکولي 04/32 و چگالي 796/0 سنگين تر از بنزين و داراي عدد اکتان 107 مي باشد. به لحاظ انرژي حرارتي 7/1 گالن متانول معادل يک گالن بنزين خواهد بود. متوسط قيمت توليد متانول از گاز طبيعي در جهان مشابه بنزين است. متانول از چوب و زغال سنگ نيز قابل توليد است البته توليد آن از منابع طبيعي و تجديد شونده در مقايسه با گاز از لحاظ اقتصادي گران تر است.

M-85 ترکيب 15 درصد بنزين و 85 درصد متانول است و اولين ترکيبي است که بعنوان سوخت جايگزين مصرف شده است. اين مخلوط در موتور خودروهاي توليدي مهمترين توليد کنندگان اتومبيل قابل استفاده بوده و در آينده اتومبيل هايي که قادر به استفاده از متانول خالص باشند نيز وجود خواهند داشت. از متانول ماده اکسيژنه MTBE براي مخلوط نمودن با بنزين جهت افزايش عدد اکتان و خوش سوزي آن بدست مي آيد.

روش توليد:

 ابتدا از گازطبيعي، گاز سنتز (مخلوطي از H₂ و CO ) تهيه و سپس گاز سنتز در راکتور کاتاليستي، به متانول و بخار آب تبديل مي شود.

اثرات زيست محيطي:

با استفاده از M-85 انتشار آلاينده هاي مولد مه- دود (SMOG) 30 الي 50 درصد کمتر است. انتشار Nox و هيدروکربورها، مشابه يا کمي پايين تر است. البته انتشار CO معمولا مساوي يا کمي بيشتر از خودروهاي استاندارد بنزيني خواهد بود.

ملاحضات ايمني:

متانول نسبتاً سمي بوده و تماس مسقيم آن با پوست و استنشاق آن در دستگاه تنفسي ايجاد اختلال مي نمايد. بعلت درخشندگي و نور کم شعله متانول در روز، تشخيص آن سخت مي باشد. لذا با افزايش بنزين به آن، رنگ و بوي قابل تشخيص به سوخت داده مي شود.

نتيجه: چون سوختهاي الکلي داراي عدد اکتان بالا هستند استفاده از آنها در موتورهاي احتراق از نوع جرقه اي، موجب افزايش قدرت موتور و راندمان حرارتي بيشتر در مقايسه با بنزين خواهد بود. معايب اصلي در کاربرد متانول که  در بازده و عملکرد آن موثر است سختي روشن شدن اتومبيل در حالت سرد cold start و بد سوختن آن در حالت داغ کردن مي باشد.