انرژى هسته اى با توجه به ویژگى هاى حیرت انگیزش در آزادسازى حجم بالایى از انرژى در قبال از میان رفتن مقادیر ناچیزى از جرم، به عنوان جایگزین سوخت هاى پیرفسیلى که ناجوانمردانه در حال بلعیده شدن هستند، مطرح شده است. ایران نیز با وجود منابع گسترده نفت و گاز به دلیل کاربردهاى بهترى که سوخت هاى فسیلى نسبت به سوزانده شدن در کوره ها و براى تولید حرارت دارند، براى دستیابى به این نوع از انرژى تلاش هایى را از سال هاى دور داشته است و در سال هاى پس از انقلاب همواره مورد اتهام واقع شده که هدف اصلى اش نه فناورى صلح آمیز که رسیدن به فناورى تسلیحات هسته اى است.

در این گفتار پیش از آن که وارد مباحث متداول دیپلماتیک شویم نگاهى خواهیم انداخت به چرخه سوخت هسته اى و اجزاى تشکیل دهنده آن، همچنین مرز میان کاربرد صلح آمیز و تسلیحاتى را نشان خواهیم داد.چرخه سوخت هسته اى شامل مراحل استخراج، آسیاب، تبدیل، غنى سازى، ساخت سوخت باز تولید و راکتور هسته اى است و به یک معنا کشورى که در چرخه بالا به حد کاملى از خودکفایى و توسعه رسیده باشد با فناورى تولید سلاح هاى هسته اى فاصله چندانى ندارد.

استخراج

در فناورى هسته اى، خواه صلح آمیز باشد یا نظامى، ماده بنیادى موردنیاز، اورانیوم است. اورانیوم از معادن زیرزمینى و همچنین حفارى هاى روباز قابل استحصال است. این ماده به رغم آن که در تمام جهان قابل دستیابى است اما سنگ معدن تغلیظ شده آن به مقدار بسیار کمى قابل دستیابى است.

زمانى که اتم هاى مشخصى از اورانیوم در یک واکنش زنجیره اى دنباله دار که به دفعات متعدد تکرار شده، شکافته مى شود، مقادیر متنابهى انرژى آزاد مى شود، به این فرآیند شکافت هسته اى مى گویند. فرآیند شکاف در یک نیروگاه هسته اى به آهستگى و در یک سلاح هسته اى با سرعت بسیار روى مى دهد اما در هر دو حالت باید به دقت کنترل شوند. مناسب ترین حالت اورانیوم براى شکافت هسته اى ایزوتوپ هاى خاصى از اورانیوم 235 (یا پلوتونیوم 239) است. ایزوتوپ ها، اتم هاى یکسان با تعداد نوترون هاى متفاوت هستند. به هرحال اورانیوم 235 به دلیل تمایل باطنى به شکافت در واکنش هاى زنجیرى و تولید انرژى حرارتى به عنوان «ایزوتوپ شکافت» شناخته شده است. هنگامى که اتم اورانیوم 235 شکافته مى شود دو یا سه نوترون آزاد مى کند این نوترون ها با سایر اتم هاى اورانیوم 235 برخورد کرده و باعث شکاف آنها و تولید نوترون هاى جدید مى شود.براى روى دادن یک واکنش هسته اى به تعداد کافى از اتم هاى اورانیوم 235 براى امکان ادامه یافتن این واکنش ها به صورت زنجیرى و البته خودکار نیازمندیم. این جرم مورد نیاز به عنوان «جرم بحرانى» شناخته مى شود.باید توجه داشت که هر 1000 اتم طبیعى اورانیوم شامل تنها حدود هفت اتم اورانیوم 235 بوده و 993 اتم دیگر از نوع اورانیوم 238 هستند که اصولاً کاربردى در فرآیندهاى هسته اى ندارند.

تبدیل اورانیوم

سنگ معدن اورانیوم استخراج شده در آسیاب خرد و ریز شده و به پودر بسیار ریزى تبدیل مى شود. پس از آن طى فرآیند شیمیایى خاصى خالص سازى شده و به صورت یک حالت جامد به هم پیوسته که از آن به عنوان «کیک زرد» (yellow cake) یاد مى شود، درمى آید. کیک زرد شامل 70 درصد اورانیوم بوده و داراى خواص پرتوزایى (radioactive) است.

هدف پایه اى دانشمندان هسته اى از فرآیند غنى سازى افزایش میزان اتم هاى اورانیوم 235 است که براى این هدف اورانیوم باید اول به گاز تبدیل شود. با گرم کردن اورانیوم تا دماى 64 درجه سانتیگرادى حالت جامد به گاز هگزا فلوئورید اورانیوم (UFG) تبدیل مى شود. هگزافلوئورید اورانیوم خورنده و پرتوزا است و باید با دقت جابه جا شود، لوله ها و پمپ ها در کارخانه هاى تبدیل کننده به صورت ویژه اى از آلیاژ آلومینیوم و نیکل ساخته مى شوند. گاز تولیدى همچنین باید از نفت و روغن هاى گریس به جهت جلوگیرى از واکنش هاى ناخواسته شیمیایى دور نگه داشته شود.

غنى سازى

هدف غنى سازى مشخصاً افزایش میزان اورانیوم 235 _ ایزوتوپ شکافت _ است. اورانیوم مورد نیاز در مصارف صلح آمیز نظیر راکتورهاى هسته اى نیروگاه ها باید شامل دو تا سه درصد اورانیوم 235 باشد اما اورانیوم مورد نیاز در تسلیحات اتمى باید شامل بیش از نود درصد اورانیوم 235 باشد.شیوه متداول غنى سازى اورانیوم سانتریفوژ کردن گاز است. در این روش هگزافلوئورید اورانیوم در یک محفظه استوانه اى با سرعت بالا در شرایط گریز از مرکز قرار مى گیرد. این کار باعث جدا شدن ایزوتوپ هاى با جرم حجمى بالاتر از اورانیوم 235 مى شود (اورانیوم 238). اورانیوم 238 در طى فرآیند گریز از مرکز به سمت پائین محفظه کشیده شده و خارج مى شود، اتم هاى سبک تر اورانیوم 235 از بخش میانى محفظه جمع آورى و جدا مى شود. اورانیوم 235 تجمیع شده پس از آن به محفظه هاى گریز از مرکز بعدى هدایت مى شود. این فرآیند بارها در میان زنجیرى از دستگاه هاى گریز از مرکز در کنار هم چیده شده تکرار مى شود تا خالص ترین میزان اورانیوم بسته به کاربرد آن به دست آید.از اورانیوم غنى شده در دو نوع سلاح هسته اى استفاده مى شود یا به صورت مستقیم در بمب هاى اورانیومى و یا طى چند مرحله در بمب هاى پلوتونیومى مورد استفاده قرار مى گیرد.

بمب اورانیومى

هدف نهایى طراحان بمب هاى هسته اى رسیدن به یک جرم «فوق بحرانى» است که باعث ایجاد یک سرى واکنش هاى زنجیره اى به همراه تولید حجم بالایى از حرارت مى شود. در یکى از ساده ترین نوع طراحى این بمب ها یک جرم زیر بحرانى کوچک تر به جرم بزرگ ترى شلیک مى شود و جرم ایجاد شده باعث ایجاد یک جرم فوق بحرانى و به تبع آن یک سرى واکنش هاى زنجیره اى و یک انفجار هسته اى مى شود.کل این فرآیند در کمتر از یک دقیقه رخ مى دهد. براى ساخت سوخت براى یک بمب اورانیومى هگزافلوئورید اورانیوم فوق غنى شده در ابتدا به اکسید اورانیوم و سپس به شمش فلزى اورانیوم تبدیل مى شود. میزان انرژى آزاد شده ناشى از شکافت هسته اى را به کمک یک فناورى تقویتى افزایش مى دهند. این فناورى شامل کنترل و به کارگیرى خواص همجوشى یا گداخت هسته اى است.در همجوشى هسته اى ما شاهد به هم پیوستن ایزوتوپ هایى از هیدروژن و پس از آن تشکیل یک اتم هلیوم هستیم. به دنبال این واکنش مقادیر قابل توجهى گرما و فشار آزاد مى شود. از سوى دیگر همجوشى هسته اى سبب تولید نوترون هاى بیشتر و تغذیه واکنش شکافت شده و انفجار بزرگ ترى را ترتیب مى دهد.

برخى تجهیزات این فناورى تقویتى به عنوان بمب هیدروژنى و سلاح هاى هسته اى _ حرارتى (Thermonuclear) شناخته مى شوند.

راکتورهاى هسته اى

راکتورها داراى کاربردهاى کاملاً دوگانه هستند. در مصارف صلح آمیز با بهره گیرى از حرارت تولیدى در شکافت هسته اى کار مى کنند. این حرارت جهت گرم کردن آب، تبدیل آن به بخار و استفاده از بخار براى حرکت توربین ها بهره گرفته مى شود. همچنین اگر قصد ساخت بمب هاى پلوتونیومى در کار باشد نیز اورانیوم غنى شده را به راکتورهاى هسته اى منتقل مى کنند.در نوع خاصى از راکتورهاى هسته اى از اورانیوم غنى شده به شکل قرص هایى به اندازه یک سکه و ارتفاع یک اینچ بهره مى گیرند. این قرص ها به صورت کپسول هاى میله اى شکل صورت بندى شده و درون یک محفظه عایق، تحت فشار قرار داده مى شوند.

در بسیارى از نیروگاه هاى هسته اى این میله ها جهت خنک شدن درون آب غوطه ور هستند. روش هاى دیگر خنک کننده نیز نظیر استفاده از دى اکسیدکربن یا فلز مایع هستند. براى کارکرد مناسب یک راکتور _ مثلاً تولید حرارت با کمک واکنش شکافت _ هسته اورانیومى باید داراى جرم فوق بحرانى باشد، این بدین معناست که مقدار کافى و مناسبى از اورانیوم غنى شده جهت شکل گیرى یک واکنش زنجیرى خود به خود پیش رونده موردنیاز است.براى تنظیم و کنترل فرآیند شکافت میله هاى کنترل کننده از جنس موادى نظیر گرافیت با قابلیت جذب نوترون هاى درون راکتور وارد محفظه مى شوند. این میله ها با جذب نوترون ها باعث کاهش شدت فرآیند شکافت مى شوند.

در حال حاضر بیش از چهارصد نیروگاه هسته اى در جهان وجود دارند و 17 درصد الکتریسیته جهان را تولید مى کنند. راکتورها همچنین در کشتى ها و زیردریایى ها کاربرد دارند.

بازپردازش

بازپردازش یک عملیات شیمیایى است که سوخت کارکردى را از زباله هاى اتمى جدا مى کند.در این عملیات میله سوخت مصرف شده، غلاف بیرونى فلزى خود را در قبال حل شدن در اسیدنیتریک داغ از دست مى دهد.محصولات این عملیات که در راکتور مورد استفاده دوباره قرار مى گیرد، شامل 96 درصد اورانیوم، سه درصد زباله اتمى به شدت پرتوزا و یک درصد پلوتونیوم است.همه راکتورهاى هسته اى پلوتونیوم تولید مى کنند اما انواع نظامى آنها به صورت کاملاً بهینه ترى نسبت به سایر انواع راکتور این کار را انجام مى دهند. یک واحد بازپردازش و یک راکتور جهت تولید مقدار کافى پلوتونیوم مى توانند به صورت نامحسوسى در یک ساختمان عادى جاسازى شوند.این مسئله باعث مى شود استخراج پلوتونیوم با کمک بازپردازش به گزینه اى جذاب براى هر کشورى که به دنبال برنامه هاى غیرقانونى سلاح هاى اتمى است، تبدیل شود.

بمب پلوتونیوم

پلوتونیوم مزیت هاى متعددى نسبت به اورانیوم به عنوان جزیى از سلاح هاى اتمى دارد. تنها حدود چهار کیلوگرم پلوتونیوم براى ساخت یک بمب موردنیاز است، همچنین براى تولید 12 کیلوگرم پلوتونیوم در هر سال تنها به یک واحد کوچک بازپردازش نیاز است. یک کلاهک هسته اى شامل یک کره پلوتونیوم، احاطه شده توسط پوسته اى از فلز، مثلاً بریلیوم، است که نوترون ها را به فرآیند شکاف بازمى گرداند. این مسئله باعث مى شود مقدار کمترى پلوتونیوم براى رسیدن به جرم بحرانى و ایجاد یک واکنش شکافت زنجیره اى مورد نیاز باشد. به هرحال یک گروه تروریستى براى دسترسى به پلوتونیوم از راکتورهاى هسته اى غیرنظامى داراى مشکلات کمترى نسبت به دسترسى به اورانیوم غنى شده جهت ایجاد یک انفجار هسته اى هستند.کارشناسان معتقدند که بمب هاى عمل آورى شده پلوتونیوم مى تواند با تخصصى کمتر از آنچه که توسط فرقه «آئوم» در حمله با گاز اعصاب به مترو توکیو(1995) به کار گرفته شد، طراحى و جمع آورى شود.

یک انفجار هسته اى از این نوع مى تواند با نیروى معادل یکصد تنى TNT منفجر شود؛ بیست بار قوى تر از بزرگ ترین حمله تروریستى تاریخ!

تاریخچه
اصول طیف سنجی جرمی ، جلوتر از هر یک از تکنیکهای دستگاهی دیگر ، بنا نهاده شده است. تاریخ پایه گذاری اصول اساسی آن به سال 1898 بر می‌گردد. در سال 1911 ، "تامسون" برای تشریح وجود نئون-22 در نمونه‌ای از نئون-20 از طیف جرمی استفاده نمود و ثابت کرد که عناصر می‌توانند ایزوتوپ داشته باشند. تا جایی که می‌دانیم، قدیمیترین طیف سنج جرمی در سال 1918 ساخته شد.

اما روش طیف سنجی جرمی تا همین اواخر که دستگاههای دقیق ارزانی در دسترس قرار گرفتند، هنوز مورد استفاده چندانی نداشت. این تکنیک با پیدایش دستگاههای تجاری که بسادگی تعمیر و نگهداری می‌شوند و با توجه به مناسب بودن قیمت آنها برای بیشتر آزمایشگاههای صنعتی و آموزشی و نیز بالا بودن قدرت تجزیه و تفکیک ، در مطالعه تعیین ساختمان ترکیبات از اهمیت بسیاری برخوردار گشته است.
اصول طیف سنجی جرمی

به بیان ساده ، طیف سنج جرمی سه عمل اساسی را انجام می‌دهد:

مولکولها توسط جرایاناتی از الکترونهای پرانرژی بمباران شده و بعضی از مولکولها به یونهای مربوطه تبدیل می‌گردند. سپس یونها در یک میدان الکتریکی شتاب داده می‌شوند.

یونهای شتاب داده شده بسته به نسبت بار/جرم آنها در یک میدان مغناطیسی یا الکتریکی جدا می‌گردند.

یونهای دارای نسبت بار/جرم مشخص و معین توسط بخشی از دستگاه که در اثر برخورد یونها به آن ، قادر به شمارش آنها است، آشکار می‌گردند. نتایج داده شده خروجی توسط آشکار کننده بزرگ شده و به ثبات داده می‌شوند. علامت یا نقشی که از ثبات حاصل می‌گردد یک طیف جرمی است، نموداری از تعداد ذرات آشکار شده بر حسب تابعی از نسبت بار/جرم.

دستگاه طیف سنج جرمی

هنگامی که هر یک از عملیات را بدقت مورد بررسی قرار دهیم، خواهیم دید که طیف سنج جرمی واقعا پیچیده‌تر از آن چیزی است که در بالا شرح داده شد.

سیستم ورودی نمونه

قبل از تشکیل یونها باید راهی پیدا کرد تا بتوان جریانی از مولکولها را به محفظه یونیزاسیون که عمل یونیزه شدن در آن انجام می‌گیرد، روانه ساخت. یک سیستم ورودی نمونه برای ایجاد چنین جریانی از مولکولها بکار برده می‌شود. نمونه‌هایی که با طیف سنجی جرمی مورد مطالعه قرار می‌گیرند، می‌توانند به حالت گاز ، مایع یا جامد باشند. در این روش باید از وسایلی استفاده کرد تا مقدار کافی از نمونه را به حالت بخار در آورده ، سپس جریانی از مولکولها روانه محفظه یونیزاسیون شوند.

در مورد گازها ، ماده ، خود به حالت بخار وجود دارد. پس ، از سیستم ورودی ساده‌ای می‌توان استفاده کرد. این سیستم تحت خلاء بوده، بطوری که محفظه یونیزاسیون در فشاری پایینتر از سیستم ورودی نمونه قرار دارد.

روزنه مولکولی
نمونه به انبار بزرگتری رفته که از آن ، مولکولهای بخار به محفظه یونیزاسیون می‌روند. برای اطمینان از اینکه جریان یکنواختی از مولکولها به محفظه یونیزاسیون وارد می‌شود، قبل از ورود ، بخار از میان سوراخ کوچکی که "روزنه مولکولی" خوانده می‌شود، عبور می‌کند. همین سیستم برای مایعات و جامدات فرار نیز بکار برده می‌شود. برای مواد با فراریت کم ، می‌توان سیستم را به گونه‌ای طراحی کرد که در یک اجاق یا تنور قرار گیرد تا در اثر گرم کردن نمونه ، فشار بخار بیشتری حاصل گردد. باید مراقب بود که حرارت زیاد باعث تخریب ماده نگردد.

در مورد مواد جامد نسبتا غیر فرار ، روش مستقیمی را می‌توان بکار برد. نمونه در نوک میله‌ای قرار داده می‌شود و سپس از یک شیر خلاء ، وارد محفظه یونیزاسیون می‌گردد. نمونه در فاصله بسیار نزدیکی از پرتو یونیزه کننده الکترونها قرار می‌گیرد. سپس آن میله ، گرم شده و تولید بخاری از نمونه را کرده تا در مجاورت پرتو الکترونها بیرون رانده شوند. چنین سیستمی را می‌توان برای مطالعه نمونه‌ای از مولکولهایی که فشار بخار آنها در درجه حرارت اتاق کمتر از 9 - 10 میلیمتر جیوه است، بکار برد.

محفظه یونیزاسیون
هنگامی که جریان مولکولهای نمونه وارد محفظه یونیزاسیون گشت ، توسط پرتوی از الکترونهای پرانرژی بمباران می‌شود. در این فرآیند ، مولکولها به یونهای مربوطه تبدیل گشته و سپس در یک میدان الکتریکی شتاب داده می‌شوند. در محفظه یونیزاسیون پرتو الکترونهای پرانرژی از یک "سیم باریک" گرم شده ساطع می‌شوند. این سیم باریک تا چند هزار درجه سلسیوس گرم می‌شود. به هنگام کار در شرایطی معمولی ، الکترونها دارای انرژی معادل 70 میکرون - ولت هستند.

این الکترونهای پرانرژی با مولکولهایی که از سیستم نمونه وارد شده‌اند، برخورد کرده و با برداشتن الکترون از آن مولکولها ، آنها را یونیزه کرده و به یونهای مثبت تبدیل می‌کنند. یک "صفحه دافع" که پتانسیل الکتریکی مثبتی دارد، یونهای جدید را به طرف دسته‌ای از "صفحات شتاب دهنده" هدایت می‌کند. اختلاف پتانسیل زیادی (حدود 1 تا 10 کیلو ولت) از این صفحات شتاب دهنده عبور داده می‌شود که این عمل ، پرتوی از یونهای مثبت سریع را تولید می‌کند. این یونها توسط یک یا چند "شکاف متمرکز کننده" به طرف یک پرتو یکنواخت هدایت می‌شوند.

بسیاری از مولکولهای نمونه به هیچ وجه یونیزه نمی‌شوند. این مولکولها بطور مداوم توسط مکنده‌ها یا پمپهای خلا که به محفظه یونیزاسیون متصل نیستند، خارج می‌گردند. بعضی از این مولکولها از طریق جذب الکترون به یونهای منفی تبدیل می‌شوند. این یونهای منفی توسط صفحه دافع جذب می‌گردند. ممکن است که بخش کوچکی از یونهای تشکیل شده بیش از یک بار داشته باشند، (از دست دادن بیش از یک الکترون) اینها مانند یونهای مثبت تک ظرفیتی ، شتاب داده می‌شوند.

پتانسیل یونیزاسیون
انرژی لازم برای برداشتن یک الکترون از یک اتم یا مولکول ، پتانسیل یونیزاسیون آن است. بسیاری از ترکیبات آلی دارای پتانسیل یونیزاسیونی بین 8 تا 15 الکترون ولت هستند. اما اگر پرتو الکترونهایی که به مولکولها برخورد می‌کند، پتانسیلی معادل 50 تا 70 الکترون ولت نداشته باشد، قادر به ایجاد یونهای زیادی نخواهد بود. برای ایجاد یک طیف جرمی ، الکترونهایی با این میزان انرژی برای یونیزه کردن نمونه بکار برده می‌شوند.

تجزیه گر جرمی
پس از گذر کردن از محفظه یونیزاسیون ، پرتو یونها از درون یک ناحیه کوتاه فاقد میدان عبور می‌کند. سپس آن پرتو ، وارد "تجزیه گر جرمی" شده که در آنجا ، یونها بر حسب نسبت بار/جرم آنها جدا می‌شوند. انرژی جنبشی یک یون شتاب داده شده برابر است با:

12mv²=ev

که m جرم یون ، v سرعت یون ، e بار یون و V اختلاف پتانسیل صفحات شتاب دهنده یون است.

در حضور یک میدان مغناطیسی ، یک ذره باردار مسیر منحنی شکلی را خواهد داشت. معادله‌ای که شعاع این مسیر منحنی شکل را نشان می‌دهد به صورت زیر است:

^{(r =MV)}/_eH

که r شعاع انحنای مسیر و H قدرت میدان مغناطیسی است.

اگر این دو معادله را برای حذف عبارت سرعت ترکیب کنیم، خواهیم داشت:

این معادله مهمی است که رفتار و عمل یک یون را در بخش تجزیه‌گر جرمی یک طیف سنج جرمی توجیه می‌کند.

طیف سنج جرمی

تجزیه گر جرمی و قدرت تفکیک
از معادله فوق چنین بر می‌آید که هر قدر ، مقدار m/e بزرگتر باشد، شعاع انحنای مسیر نیز بزرگتر خواهد بود. لوله تجزیه‌گر دستگاه طوری ساخته شده است که دارای شعاع انحنای ثابتی است. ذره‌ای که نسبت m/e صحیحی داشته باشد، قادر خواهد بود تا طول لوله تجزیه‌گر منحنی شکل را طی کرده ، به آشکار کننده نمی‌رسند. مسلما اگر دستگاه ، یونهایی را که جرم بخصوصی دارند، نشان دهد. این روش چندان جالب نخواهد بود.

بنابراین بطور مداوم ، ولتاژ شتاب دهنده یا قدرت میدان مغناطیسی تغییر یافته تا بتوان کلیه یونهایی که در محفظه یونیزاسیون تولید گشته‌اند را آشکار ساخت. اثری که از آشکار کننده حاصل می‌گردد، بصورت طرحی است که تعداد یونها را بر حسب مقدار m/e آنها رسم می‌کند. فاکتور مهمی که باید در یک طیف سنج جرمی در نظر گرفتن قدرت تفکیک آن است. قدرت تفکیک بر طبق رابطه زیر تعریف می‌شود:

(R=M)/M

که R قدرت تفکیک ، M جرم ذره و M∆ اختلاف جرم بین یک ذره با جرم M و ذره بعدی با جرم بیشتر است که می‌تواند توسط دستگاه تفکیک گردد. دستگاههایی که قدرت تفکیک ضعیفی دارند، مقدار R آنها حداکثر 2000 در بعضی مواقع قدرت تفکیکی به میزان پنج تا ده برابر مقدار فوق مورد نیاز است.

آشکار کننده
آشکار کننده بسیاری از دستگاهها ، شامل یک شمارشگر است که جریان تولیدی آن متناسب با تعداد یونهایی است که به آن برخورد می‌کند. با استفاده از مدارهای الکترون افزاینده می‌توان آن قدر دقیق این جریان را اندازه گرفت که جریان حاصل از برخورد فقط یک یون به آشکار کننده اندازه ‌گیری شود.

ثبات آشکار کننده
سیگنال تولید شده از آشکار کننده به یک ثبات داده می‌شود که این ثبات خود طیف جرمی را ایجاد می‌نماید. در دستگاههای جدید ، خروجی آشکار کننده از طریق یک سطح مشترک به رایانه متصل است. رایانه قادر به ذخیره اطلاعات بوده و خروجی را به هر دو صورت جدولی و گرافیکی در می‌آورد. دست آخر داده‌ها با طیفهای استاندارد ذخیره شده موجود در رایانه مقایسه می‌گردد.

در دستگاهها قدیمیتر ، جریان الکترونی حاصل از آشکار کننده به یک سری از پنج گالوانومتر با حساسیتهای متفاوت داده می‌شود. پرتو نوری که به آینه‌های متصل به گالوانومترها برخورد می‌کند و به یک صفحه حساس به نور منعکس می‌گردد. بدین طریق یک طیف جرمی با پنج نقش بطور همزمان ، هر یک با حساسیتی متفاوت ایجاد می‌گردد. در حالی که هنوز دستگاه قویترین قله‌ها را در صفحه طیف نگاه می‌دارد، با استفاده از این پنج نقش ثبت ضعیفترین قله‌ها نیز ممکن می‌گردد.

مقدمه:

انسان از دیرباز توجه بسیاری به آسمان داشت و به فراخور زمان و با توجه به رشد و پیشرفت در سطوح مختلف علمی توجه بشر به آسمان این فضای بی کران دوچندان گشت . کره ی ماه تنها قمر زمین د ر میان سایر اجرام سماوی توجه انسان را به شکلی شگرف به خود جلب کرد. زیرا این قمر زیبا از یک سو اسطوره ی ذهن و فکر بشر بود و از سوی دیگر تاثیرات آن بر زمین انکار نشدنی است. سمفونی حرکت ماه و زمین در مدارهای خود ،پدیده هایی زیبا و کم نظیر را خلق می کند که بی شک دلیلی بر عظمت و دقت آفرینش گیتی می باشد.
همه ی ما می دانیم که ماه بدر بسیار رمانتیک و جذاب است. ماه بدر در هنگام غروب خورشید طلوع می کند و در تمام طول شب قابل رویت است. و در پایان شب درست هنگام طلوع آفتاب غروب می کند. هیچ کدام از سایر فازهای ماه دارای چنین ویژگی نیستند. این پدیده به این دلیل روی می دهد که ماه دقیقا در بخش مخالف موقعیت خورشید در آسمان، قراردارد. ماه کامل به خاطر پدیده ی خسوف یا ماه گرفتگی نیز دارای اهمیت ویژه ای است.

ماه بدر«شکل 1»

ماه گرفتگی یا خسوف زمانی اتفاق می افتد که ماه در فاز کامل و در حال عبور از بخشی از سایه ی زمین باشد. سایه ی زمین در واقع از دو ساختمان مخروطی شکل درست شده است که یکی در داخل دیگری قرار دارد. بخش خارجی یا نیم سایه ای منطقه ای است که زمین فقط قسمتی از پرتو های خورشید را مسدود می کند و مانع از رسیدن آنها به ماه می شود.در مقابل بخش درونی یا قسمت سایه، ناحیه ای است که زمین مانع از رسیدن تمام پرتو هایی می شود که از خورشید به ماه می رسد قاعده ی این مخروط مقطع زمین و طول متوسط آن 0 138000 کیلومتر است، طول این سایه بر اثر تغییر فاصله ی زمین از خورشید تا حدود 40000 کیلومتر تغییر می کند.
(شکل 2 )

منجمان سه نوع متفاوت از ماه گرفتگی را شناسایی کرده اند:
1) خسوف نیم سایه ای :
ماه از قسمت نیم سایه ی زمین عبور می کند.
پژوهش در زمینه ی این رویداد ویژه ی انجمن های علمی و تخصصی است و رصد آن پیچیده می باشد.
(شکل 3)


2)خسوف جزیی:
بخشی از ماه از سایه ی زمین عبور می کند.
رصد این رویداد حتی بدون استفاده از ابزار اپتیکی نیز ساده است.


ماه گرفتگی جزیی (شکل 4)


3)خسوف کلی:
تمام ماه از داخل سایه ی زمین عبور می کند.
این رویداد به خاطر رنگ های گوناگون و مرتعشی که ماه در لحظه ی گرفت کامل در سطح خود دارد بسیار برجسته و مورد توجه است.

ماه گرفتگی کامل (شکل 5)


ماه در مدت 21222/27 (ماه گره ای) یک دور کامل به دور مدار خود می گردد اما در این مدت خورشید در آسمان زمین تقریبا به اندازه 30درجه جابجا شده است و ماه ناچار است که دو روز دیگر وقت صرف کند تا به خورشید برسد. پس این مدت به طور متوسط برابربا 53056/29 (ماه هلالی) است.
با توجه به آنچه گفته شد ممکن است این سوال در ذهن شما ایجاد شود که « اگر ماه هر 5/29 روز به دور زمین می گردد و خسوف تنها در زمان ماه کامل رخ دهد پس چرا در هر ماه سال یک کسوف به وقوع نمی پیوندد؟» پاسخ به این سوال نیازمند توجه بیشتر به مدارها است.
مدار ماه به گرد زمین در حدود 5 درجه نسبت به مدار زمین انحراف دارد.این امر بدان معنی است که ماه در اغلب اوقات درسطح پایین تر و یا در سطح بالاتر از مدار زمین قرار دارد. صفحه ی مدار زمین به دور خورشید با اهمیت است زیرا سایه ی زمین دقیقا در همین صفحه قرار دارد. در طی ماه کامل ، قمر طبیعی زمین می تواند تا بیش از 32000 کیلومتر از بالا یا پایین سایه ی زمین عبور کند بنابراین خسوفی رخ نخواهد داد.این پدیده دقیقا زمانی به وقوع می پیوندد که ماه در یکی از دو مکان برخورد مدارها (گره ها) قرار داشته باشد.(شکل 6)

(شکل 7)

با توجه به آنچه گفته شد شرط وقوع خسوف را در دو مورد می توان خلاصه کرد:
1) ماه و خورشید و زمین در یک راستا یا خط مستقیم قرار گیرند به طوری که زمین بین ماه و خورشید قرار داشته باشد. به عبارت دیگر ماه در حالت بدر از زمین دیده شود.
2) ماه در حرکت مداری خود به دور زمین در یکی از گره ها قرار داشته باشد.
در هر سال ماه از بخشی از سایه یا نیم سایه ی زمین عبور می کند و یکی از سه نوع خسوف ذکر شده روی می دهد . در هنگام خسوف هر کسی که در قسمت تاریک کره زمین قرار داشته باشد می تواند آن را ببیند. حدود 35% از خسوف ها از نوع نیم سایه ای است که تشخیص آن حتی به کمک تلسکوپ بسیار دشوار است. در حدود 30% خسوف ها نیز جزیی می باشد که با چشم مسلح به راحتی قابل رویت است. و درنهایت 35% خسوف ها نیز کلی است که رویدادی بسیار برجسته برای رصد می باشد.
در طی یک گرفت کامل زمین مانع رسیدن نور خورشید به ماه می شود. درآن هنگام اگر ناظری در سطح ماه باشد متوجه خواهند شد که زمین جلوی خورشید را گرفته است. آنها هاله ای به رنگ قرمز روشن را مشاهده می کنند که دور تا دور زمین را فراگرفته است.
هنگامی که ماه به طور کامل درون سایه ی زمین قرار می گیرد باز هم شعاع های نوری غیر مستقیمی از خورشید به آن می رسند و ماه را پرفروغ می کنند .در ابتدا نور آفتاب باید از عمق ک زمین عبور کند .این فیلتر اکثر طیف های آبی پرتو های خورشید را جذب می کند و مابقی نور که به رنگ قرمز پررنگ و یا نارنجی است و به مراتب تیره تر از نور سفید آفتاب می باشد در درون ک دچار شکست شده و سپس منعکس می گردد تا اینکه کسر کوچکی از آن به سطح ماه می رسد و آن را پرفروغ می کند.
گرفت کامل در هنگام خسوف بسیار هیجان انگیز و زیبا است که مسبب آن تاثیرات فیلترینگ و انکسار پرتو های خورشید در اتمسفر زمین است. اگر زمین اتمسفری نداشت ماه در طی یک گرفت کامل کاملا سیاه به نظر می رسید. در حالی که اکنون ماه می تواند رنگ های زیادی از قهوهای و قرمز تیره گرفته تا نارنجی و زرد روشن ، بر سطح خود داشته باشد.

(شکل8)

گرفت های کلی بعد از فوران های عظیم آتشفشانی بسیار تاریک به نظر می رسند چون فوران ها مقادیر عظیمی از خاکسترهای آتش فشانی را وارد اتمسفر زمین می کند .به عنوان مثال در طی یک خسوف کلی در دسامبر 1992 خاکستر های ناشی از کوه میناتوبو باعث شدند که ماه تقریبا غیر قابل رویت گردد.

مدت زمان خسوف:
چنانچه ماه از مرکز مخروط زمین عبور کند مدت زمان خسوف طولانی است. زیرا در حدود 1 ساعت طول می کشد تا ماه کاملا وارد سایه ی زمین شود حداکثر حدود 2 ساعت طول می کشد تا ماه سایه زمین را طی کند. و برای خروج کامل از سایه نیز 1 ساعت زمان نیاز دارد.
رصد ماه گرفتگی:
بر خلاف خورشید گرفتگی ( کسوف)، رصد ماه گرفتگی کاملا بی خطر است و شما به هیچ فیلتر محافظی نیاز ندارید .حتی برای رصد این پدیده نیازی به استفاده از تلسکوپ نیست .شما می توانید ماه گرفتگی را با چشمان خود نیز رصد کنید اگر دوربین دوچشمی دارید بکارگیری آن سبب می شود که چشم انداز بزرگ تری داشته و نیز زمینه ی رنگی سطح ماه پرفروغ تر گردد. یک دوربین دوچشمی 35*7 و یا 50*7 می تواند کارآیی خوبی داشته باشد . منجمان آماتور می توانند در طی یک خسوف رصدهای مفیدی انجام دهند؛ پیش بینی میزان تاریکی ماه در هنگام گرفت کلی امری غیر ممکن است رنگ ماه می تواند از خاکستری تیره یا قهوه ای تا رنگهای قرمز روشن و نارنجی روشن تغییر کند. رنگ و درخشندگی ماه بستگی به میزان گرد و غباری دارد که در طی خسوف در اتمسفر زمین وجود دارد. با استفاده از« میزان درخشندگی دانژون» برای ماه گرفتگی ، منجمان آماتور می توانند رنگ و درخشندگی ماه را طبقه بندی کنند.
یک خسوف سوژه ی بسیار جذابی برای عکاسی است خوشبختانه عکاسی از خسوف آسان است به شرط آنکه امکانات مناسبی داشته باشید و از آن به خوبی استفاده کنید.

آخرین ماه گرفتگی کلی در تاریخ 28-27 اکتبر 2004 رخ داده است . خسوف کلی بعد در تاریخ 4-3 مارس 2007 در شمال و جنوب آمریکا و اروپا و آفریقا و اغلب قسمت های آسیا قابل رویت خواهد بود.

اخترشناسان ادعا می کنند با این سیستم جدید می توانند سیاراتی در اندازه مشتری را در فاصله 26 سال نوری زمین تفکیک کنند .

تلسکوپ 5/6 واقع در قله هاپکینز در ایالت آریزونای آمریکا به ابزار جدیدی مجهز شده است که می تواند تصاویر ناب و بی نظیری از جهان تهیه کند.این پیشرفت جدید در فناوری سیستمهای اپتیک سازگار با کمک آینه ثانویه جدید این تلسکوپ به دست آمده است که بیش از 70 سانتیمتر قطر و ضخامتی کمتر از دو میلیمتر دارد.این آینه ثانویه در یک میدان مغناطیسی واقع شده هر یک هزارم ثانیه یکبار تغییراتی در انحنای آن به وجود می آید که موجب اصلاح تصویر نهایی و رهایی آن از تاثیرات اغتشاشات جوی می شود. این تلسکوپ که در سال 1970 ساخته شده بود به نام تلسکوپ با آینه چندگانه MMT نامیده شد. در سال گذشته 6 آینه تشکیل دهنده آینه اولیه آن با یک آینه یکپارچه 5/6 متری تعویض شد .( اگر چه این تغییر موجب تغییر نام این تلسکوپ نشد). پس از این تعویض دانشمندان رصدخانه دانشگاه آریزونا در آمریکا و رصدخانه اختر فیزیک آرستری ایتالیا بر روی ساختار آینه ثانویه این تلسکوپ متمرکز شدند و سرانجام موفق شدنداین آینه ثانویه را که قلب سیستم اپتیک سازگار این تلسکوپ است را تهیه کنند.

در طراحی سیستم اپتیک سازگار از دو استراتژی کلی استفاده می شود اول آنکه هدفی مصنوعی ( مانند یک ستاره مجازی که توسط پرتو لیزر ایجاد شده است) برای تلسکوپ تعیین می گردد و از آن پس سیستم تنظیم فوکوس تلسکوپ با توجه به تغییرات ظریفی که براثر اختلالات جوی در تصویر ستاره مجازی ایجاد می شود به تصحیح و تنظیم فوکوس تصاویر می پردازد.در روش دوم سیستم کنترلی بر روی آینه تلسکوپ تعبیه می گردد که پس از ثبت اغتشاشات جوی با اعمال تغییرات جزیی در انحنا آینه ها اثر این اغتشاشات را از بین می برد. در تلسکوپ MMT نیز از همین استراتژی استفاده شده است.

در سیستم جدید اصلاح پرتوهای نوری مشتقیما توسط آینه ثانویه صورت می گیرد.و نتایج حاصله نشان از کارآمدی ان دارد. فناوری بالا و مراحل بسیار مشکل ساخت آینه ای با خصوصیات آینه ثانویه MMT که قابلت انحنا پذیری سریع داشته باشد اصلی ترین علتی بود که این سیستم اپتیک سازگار تا کنون به کار گرفته نشود. تیم سازنده این سیستم نیز پس از صرف چندین سال مطالعه و تحقیق این گام بزرگ را برداشته اند. در سیستم اپتیک سازگار طراحی شده برای MMT یک حسگر بسیار حساس اغتشاشات جوی را ثبت و به کامپیوتری که پشت آینه ثانویه قرار دارد منتقل می کند. این کامپیوتر نیز با کنترل 336 محرک الکترو مغناطیسی به اعمال تغییرات انحنا در آینه ثانویه می پردازد که در نتیجه نور جمع آوری شده از آینه اولیه با بالاترین کیفیت ممکن واردسیستم فوکوس می گردد.اخترشناسان این تلسکوپ را در آبان و دی امسال مورد آزمایش قرار دادند که نتایج آن کاملا رضایت بخش بود . یکی از محققان این طرح اعلام کرده است با کمک این ابزار می توان سیاره ای در اندازه های مشتری را در فاصله 26 سال نوری از زمین مستقیما آشکار کرد. اخترشناسان امیدوارند با نصب این سیستم برروی تلسکوپهای بزرگتر بتوانند سیارات زمین مانند را حول ستاره های نزدیک جستجو و پیدا کنند.