JM Free Ebooks - шаблон joomla Форекс
Чоршанбе, 13 Июни 2018 09:16

Энергия: нақши калидӣ аз атом то ситора

Муаллиф:

Дониш андар дил чароғи равшан аст,

В-аз ҳама бад бар тани ту ҷавшан аст.

(Абӯабдулло Рӯдакӣ)       

Тавоно бувад, ҳар кӣ доно бувад,

Зи дониш дили пир барно бувад.

(Абулқосим Фирдавсӣ)

 Энергия. Кори механикӣ. Дар физикаи муосир ба мафҳуми энергия чунин таъриф дода мешавад: Энергия бузургии физикиест, ки қобилияти кор иҷро кардани  ҷисм ва ё система (мошин)-ро миқдоран тавсиф менамояд.[1] Яъне, агар ҷисм (ё система) кори зиёд иҷро карда тавонад, пас вай энергияи зиёд дорад. Барои иҷрои ҳама гуна кор (механикӣ, фикрӣ ва ҷисмонӣ) энергия сарф мешавад. Бе сарфи энергия ҳеҷ амал иҷро намешавад. Ҳангоми дар зери таъсири қувва ҷой иваз кардани ҷисм кори механикӣ иҷро мешавад. Масалан, одам аробаро ба масофае тела дода кори механикӣ иҷро менамояд. Дар ин ҳангом одам аз ҳисоби энергияи дохилиаш (эквивалент ба кори иҷрошуда) энергия сарф менамояд. Ҳамин корро машинаи ҳароратӣ аз ҳисоби энергияи сӯзишворӣ, мошини электрӣ аз ҳисоби энергияи электрӣ низ иҷро карда метавонад. Ҳангоме ки одам бореро дар китф ё дасташ бардошта меистад, вай кори ҷисмонӣ иҷро менамояд. Мушакҳо ва устухонҳо як қадар деформатсия мешаванд ва одам ба муқобили қувваи вазнинӣ кор иҷро менамояд – энергия сарф менамояд.            

  Кори фикрӣ. Ҳангоми омодагӣ ба дарс омӯзгор кори фикрӣ иҷро мекунад. Талаба ҳангоми ҳалли масъалаҳо, лоиҳакаш ҳангоми кор аз болои лоиҳа, сардори корхона ҳангоми андешидани роҳи ҳалли мушкилоти иқтисодӣ ва ғайра, дар маҷмӯъ, одамон ҳангоми фаъолияти ҳаррӯза ногузир кори фикрӣ иҷро менамоянд – энергия сарф мекунанд. Ҳисоб карда шудааст, ки одам барои иҷрои кори фикрӣ, хусусан барои корҳои таҳлилӣ ва тадқиқотӣ назар ба дигар корҳо бештар энергия сарф менамояд. Бо назардошти муҳимияти натиҷаи кори фикрӣ дар ҷомеаи мутамаддин маош барои иҷрои кори фикрӣ нисбат ба корҳои ҷисмонӣ ва механикӣ зиёд мебошад. Зеро, аксаран, пешрафти иқтисодиву иҷтимоии ҷомеа аз натиҷаи кори фикрӣ вобаста мебошад. Дастовардҳои беназири илмӣ-технологии ҷаҳони муосир натиҷаи кори ҳамҷояи фикрии олимон ва ихтирокорони ҷаҳон дар садсолаи охир далели раднашавандаи иддаои болоист. Пас, ҷомеаи мутамаддин барои таъмини рушди устувори худ ҳарчи бештар энергия сарф менамояд, ки қисми асосии он ба кори фикрӣ сарф мешавад.

Зикр бояд кард, ки бо баробари ихтирои мошинҳои электронии ҳисоб (МЭҲ) одамон тавонистанд корҳои якранг (такроршаванда) ва дилгиркунандаи фикриро ба зиммаи МЭҲ ва иҷрои корҳои механикиро ба зиммаи автомат ва роботҳо вогузошта, худашон бештар ба корҳои фикрии эҷодӣ машғул мешаванд. Ҳамин тавр, «интелект»-и сунъӣ имрӯз ва минбаъд дар ҳалли бисёр масъалаҳо ба инсон кумаки фавқулода намуда имкониятҳои зеҳнӣ ва ҷисмонии ӯро сарфа менамояд.

  Нақши интелекти сунъӣ. Бинобар аз энергияи нисбатан арзони электрӣ истифода бурдан ва бо суръати хеле калон амал намудани протсессорҳо, табиист, ки ҳангоми иҷрои «корҳои фикрӣ» бо воситаи МЭҲ аз вақт ва энергия сарфаи зиёд ба даст меояд. Ҳаминро бояд таъкид кард, ки амалҳо дар компютер ба воситаи ҷараёни электрӣ иҷро мешаванд ва азбаски суръати ҷоришавии ҷараён дар протсессор хеле калон аст, бинобар он суръати иҷрои амалҳо (быстрдействия) хеле зиёд мебошад. Дар ҷаҳони имрӯза инро ба хубӣ дарк менамоянд ва компютерӣ (автоматӣ) кунонидани протсессҳои истеҳсоливу технологӣ як раванди табиӣ ва бебозгашт дар таъмини эътимоду самаранокии истеҳсолӣ ҳисобида мешавад. Бо вуҷуди имкониятҳои бузург доштани МЭҲ ва автомату роботҳо, онҳо то ҳоло имкониятҳои зеҳнии инсонро иваз карда наметавонанд. Пас, инсон ва имкониятҳои зеҳнии ӯ дар таъмини рушди устувори ҷомеаи ҷаҳонӣ нақши калидӣ дорад. Ана барои ҳамин, дар тамоми ҷаҳон, барои рушди потенсиали зеҳнии ҷомеа таваҷҷуҳи хосса зоҳир карда мешавад - низоми маориф амал мекунад.

  Муаммоҳо дар робита бо энергия. Солҳои охир таваҷҷуҳи ҷомеаи ҷаҳониро саволҳои зиёди ба энергия ва энергетика алоқаманд бештар ба худ ҷалб менамояд. Одамон барои иҷрои корҳои ҷисмонӣ ва фикрии хеш энергияро аз куҷо мегиранд? Дар сайёраи Замин кадом навъҳои энергия вуҷуд доранд? Мафҳуми «энергияи сабз» чиро мефаҳмонад? Буҳрони энергетикӣ аз чӣ маншаъ мегирад ва барои баромадан аз он чӣ бояд кард? Чунин аст номгӯи нопурраи саволҳо. Ҷавоб ба аксари ин саволҳо барои онҳое, ки аз физика бохабаранд ё мутахассиси соҳаи энергетика мебошанд душвор нест. Аксаран медонанд, ки одам энергияро аз хӯрок мегирад ва дар табиат навъҳои энергия (механикӣ, дохилӣ, электрӣ, рӯшноӣ, ядроӣ ...) зиёданд. Лекин ҷавоб ба саволи «аз танқисии энергия чӣ тавр халосӣ ёфт?» кори саҳл нест. Мо дар ин мақола тасмим гирифтем, ки ба чанде аз ин саволҳо ба қадри имкон ҷавоб диҳем. Чунин маълумот ба омӯзгорон, толибилмон, донишҷӯён, муҳаққиқони ҷавон ва ҳамаи онҳое, ки ҳамқадами замон будан мехоҳанд, муҳим мебошад...                           

  Экскурси таърихӣ. Зарурияти зиндагӣ инсонро ҳанӯз дар ибтидои пайдоиш ба иҷрои корҳои мухталиф водор менамуд. Аз паси сайд давидан, тайёр кардани олоти шикорӣ, шудгор намудани замин ва ғайра амалҳоеанд, ки сарфи энергияро тақозо менамояд. Одами ибтидоӣ танҳо эҳсос менамуд, ки хӯрок нахӯрад, имкониятҳои кориаш кам мешавад. Ӯ фаҳмида наметавонист, ки бо истеъмоли хӯрок энергия захира менамояд. Фаҳмост, ки одами ибтидоӣ хӯрок тайёр намекард, онро аз табиат мегирифт...

Минбаъд, зимни таҷрибаи зиндагӣ инсон бо мақсади «бехатарии озуқаворӣ» фасли тобистон хӯрок (энергия)-ро барои зимистон захира мекардагӣ шуд. Ҳазорсолаҳо сипарӣ шуданд ва одамон, илова бар он ки аз табиат хӯрданиҳо мегирифтанд, хӯрокро худашон истеҳсол мекардагӣ шуданд. Чорводорӣ, боғдорӣ ва дигар касбҳои кишоварзӣ ба вуҷуд омаданд. Тақсимоти меҳнат ба вуҷуд омад, олотҳои истеҳсолӣ инкишоф ёфтанд, дар корҳои кишоварзӣ аз қувваҳои ҳайвоноти корӣ (шутур, асп, гов, хар) истифода бурдан самараи истеҳсоли хӯрокаро зиёд намуд. Лекин, бар сари одамон дар қатори дигар таҳдидҳо, хатари гуруснагӣ (нарасидани энергия) ҳамеша таҳдид менамуд. Ин таҳдид водор мекард, ки майнаи сари одамон бошиддат кор кунад, роҳи наҷотро дарёбанд. Дар натиҷаи бошиддат кор кардани майнаи наслҳои зиёд, оҳиста-оҳиста роҳи наҷот ёфт мешуд...

Зарурият модари ихтироот, -мегӯянд, ки комилан дуруст аст. Дар ибтидо, бо мақсади осон кардани кор, аз механизмҳои сода (фашанг, ҳамвории моил, ғарғара) истифода мебурдагӣ шуданд, чарх ихтироъ карда шуд. Одамон пай бурданд, ки нисбат ба кашола карда бурдан ғелонида бурдани бор осонтар аст. Аробаҳо сохта шуданд, ки имрӯзҳо ба мошинҳо табдил ёфтаанд. Иҷрои корҳо бавоситаи механизмҳо осонтар шуд, лекин майнаи инсон ҳанӯз бошиддат кор мекард. Дар натиҷа зинаи дигар фатҳ гардид, ки 200-250 соли охирро ташкил медиҳад.

  Истифодаи қувваҳои табиат. Ин зинаи инкишофи ҷомеаи ҷаҳонӣ – истифодаи қувваҳои табиат мебошад, ки тадқиқот дар ин самт амалан имрӯзҳо ҳам идома дорад. Ибораи «истифодаи қувваҳои табиат» он қадар саҳеҳ нест. Дурустараш истифодаи энергияи равандҳо ва падидаҳои табиӣ барои иҷрои ин ё он амал мебошад. Натиҷаи имрӯзаи истифодаи қувваҳои табиат ва дастовардҳои илм бо мақсадҳои истеҳсолӣ он аст, ки дар сурати истифодаи самараноки техника ва технология ҳамагӣ 4-5 фоизи одамони сайёра ба кишоварзӣ, ва истеҳсоли хӯрока машғул шуда, ҳамаи одамони рӯйи Заминро хӯронидаву пӯшонида метавонанд. Ин амал дар асрҳои гузашта амалан ғайримкон буд, зеро дар корҳои кишоварзӣ асосан аз қувваи кории зинда истифода мешуд, мубориза ба муқобили бемориҳо ва дигар омилҳо дар сатҳи паст қарор доштанд.    

Ба аксари одамон фаҳмост, ки дар заминаи истифодаи қувваҳои табиат омӯзиши табиати ҳодисаҳо, истифодаи қонунҳои равандҳои физикавӣ, химиявӣ, биологӣ ва ғайра қарор доранд. Зимни омӯзиши табиати ҳодисаҳо олимон қонунҳои равандҳои табииро муқаррар менамоянд. Донистани онҳо ҷаҳонбинии илмии одамонро фарох ва амиқ менамояд ва заминаи истифодаи онҳо дар амал – дар иҷрои корҳои мухталиф татбиқ мегардад.

  Қонуни бақои энергия. Дарки моҳияти энергия, навъҳои энергия дар табиат, табдили энергия, дарёфти манбаъҳои нави энергия ва истифодаи энергия бо мақсадҳои истеҳсолӣ ва иҷтимоӣ аз самти калидии тадқиқоти физика буд, ҳаст ва боқӣ хоҳад монд. Физикаи муосир қотеъона исбот намудааст, ки дар системаи маҳдуд энергия худ аз худ пайдо намешавад, беҳуда нест намешавад, танҳо аз як навъ ба навъи дигар, аз як ҷисм ба ҷисми дигар мегузарад. Системаи маҳдуд гуфта маҷмӯи ҷисмҳоеро меноманд, ки бо берун додугирифти энергия намекунанд. Инро қонуни бақо ва табдили энергия меноманд. Қонуни бақои энергия барои ҳамаи равандҳои табиӣ (физикӣ, биологӣ, химиявӣ) бечуну чаро иҷро мешавад ва яке аз қонунҳои бунёдии (фундаменталии) табиатшиносӣ ба ҳисоб меравад.    

  Аз чор то ба сад унсур. Олимон дар замонҳои қадим мувофиқи савияи дониши замони худ табиатро аз унсурҳои мухталиф иборат медонистанд. Масалан, ҳакимони Шарқ, аксаран, чунин мепиндоштанд, ки олам аз чор унсур - об, оташ, ҳаво ва хок иборат мебошад. Яъне, ба пиндори онҳо ҳамаи мавҷудоти табиат аз ин чор унсур таркиб ёфтаанд. Мутаассифона, аксаран ҳукми (хулосаҳои) онҳо дар заминаҳои мантиқӣ сурат гирифта, асоси таҷрибавӣ надоштанд. Танҳо дар Европа пас аз ҷаҳолати динӣ халосӣ ёфтани илм, аз асрҳои 17 сар карда, ҷусторҳои илмӣ барои фаҳмонидани ҳодисаҳои табиат оғоз мешавад. Минбаъд усули таҷрибавӣ дар илмҳои дақиқ воситаи асосии омӯзиши ҳодисаҳои табиат ва дарёфти қонунияти равандҳо пазируфта шуд. Ва, асосан, дар 200-300 соли охир, бинои муҳташами табиатшиносии муосир ба вуҷуд оварда шуд, ки донишҳои физикӣ асоси бунёдии онро ташкил медиҳанд. Ба хотир меорем, ки физика умумитарин қонунҳои ҳодисаҳои табиати ғайризиндаро меомӯзад. Табиати ғайризинда аз модда ва майдон иборат мебошад. Ин ҷо мухтасар оиди таркиби моддаҳо сухан мекунем. Поёнтар нишон хоҳем дод, ки модда ва майдон шаклҳои зоҳиршавии энергия мебошанд. 

Омӯзиши таҷрибавӣ ва дақиқ нишон дод, ки табиат аз унсурҳои зиёд иборат мебошад. Ба хотир меорем, ки соли 1869,  вақте ки олими рус Д.И.Менделеев ҷадвали унсурҳои химиявиро тартиб медиҳад, дар он ҳамагӣ 63-то элементи химиявӣ вуҷуд дошту халос. Алҳол, мувофиқи маълумоти навтарин, дар табиат вуҷуд доштани 118 унсури химиявӣ исбот шудааст. Яъне табиати моддӣ на аз чаҳор унсур, балки зиёда аз яксаду ҳаждаҳ унсури химиявӣ бунёд ёфтааст. Омӯзиш нишон додааст, ки дар табиат миқдори хеле ками унсурҳои химиявӣ дар ҳолати озод/тоза вомехӯранд.

  Моддаҳои тоза ва таркибаҳо. Моддаҳо дар табиат аз пайвастагиҳо ва омехтаҳои хеле зиёди унсурҳои химиявӣ таркиб ёфтаанд. Дарки ин воқеият барои ба вуҷуд омадани ду самти мухталифи тадқиқот замина гузоштааст. Якум, ба роҳ мондани корҳои тадқиқотӣ барои ба даст овардани моддаҳои аз ҷиҳати химиявӣ тоза ва омӯхтани хосиятҳои бунёдии онҳо. Таҷриба нишон дод, ки ҳосил намудани моддаҳои «тоза» амали душвор аст, зеро аксаран лозим меомад, ки барои моддаҳои мухталиф усулҳои хоси физико-химиявӣ кор карда баромада шавад. Бо вуҷуди ин, дар ин самт, дар садсолаи охир, аз тарафи муҳаққиқон корҳои назаррас ба сомон расонида шудаанд. Натиҷаҳои миқдорӣ ва хулосаҳои илмии зимни омӯзиши хосиятҳои моддаҳои тоза ба даст омада дар соҳаҳои технологияи химиявӣ, аз ҷумла дар дорусозӣ (фарматсевтика) револютсияи технологиро ба амал овардаанд.

  Самти дигари корҳои тадқиқотиро олимон дар ҳосил намудани маводҳои таркибӣ ва омӯхтани хосиятҳои онҳо марбут медонанд. Фаҳмост, ки аз комбинатсияи унсурҳои химиявӣ шумораи амалан номаҳдуди модда ва маводҳои дорои хосиятҳои мухталифи физикиву химиявӣ ҳосил кардан имконпазир аст. Омӯхтани хосиятҳои физико-химиявии моддаҳо ва таркибаҳо яке аз вазифаҳои муҳими илми муосир буда, дар ин самт, тӯли 30-50 соли охир, натиҷаҳои ҷолиб ба даст оварда шудаанд. Мақсад аз омӯхтани хосиятҳои физикиву химиявии моддаҳо ва пайвастагиҳо истифодаи ин хосиятҳо дар амалия мебошад. Натиҷаи таҷрибаҳои лабораторӣ ва хулосаҳои назариявӣ асоси технологияи ҳосил кардани маводҳои хосияташон пешгӯишавандаро ташкил медиҳад, ки талабот ба чунин маводҳо дар ҷаҳони муосир торафт меафзояд. Идомаи ин масъалаи доманадорро ба мавриди дигар гузошта бармегардем ба мафҳуми энергия.

  Аз ретроспективаи хеле мухтасар, ки дар боло овардем, дида мешавад, ки табиати моддӣ аз чор унсури олимони Шарқ то ба саду ҳаждаҳ унсури химиявии замони муосир афзоиш ёфтааст. Ин вусъати ҷаҳонбинии илмии одамони имрӯзаро оиди олами моддӣ ифода менамояд. Ин ҷо бояд ҳаминро зикр кард, ки дарёфти унсурҳои химиявии нав то рафт мушкил мешавад ва вақти зисти онҳо ҳиссаҳои ҳазорӣ ва милёнии сонияро ташкил медиҳанд. Яъне унсурҳои химиявии адади массавиашон калон (нав) хеле ноустуворанд ва зуд ба дигар унсурҳо табдил меёбанд. Физикаи муосир ба саволи барои чӣ унсурҳои адади массавиашон калон ноустуворанд низ ҷавоби пурра додааст, ки мо онро поёнтар хоҳем овард. Зимни омӯзиш ва таҳлил исбот шудааст, ки шумораи унсурҳои химиявӣ дар табиат маҳдуд мебошад.

  Нисбияти фазо ва вақт. Дар физикаи классикӣ (механикаи Галилей-Нютон) фазо ва вақтро беисбот бузургиҳои мутлақ, тағйирнопазир қабул карда шуда буданд. Дар ибтидои асри 20 аз тарафи Алберт Эйнштейн назарияи нисбӣ пешниҳод карда шуд. [2]. Ӯ дар заминаи фактҳои мавҷуда (таҷрибаҳои Майкелсон), бо роҳи назариявӣ исбот менамояд, ки фазо ва вақт бузургиҳои мутлақ (тағйирнопазир) нестанд. Фазо ва вақт аз суръати ҳаракати система вобастаанд, яъне бузургиҳои нисбӣ мебошанд. Хулосаҳои назарияи нисбӣ солҳои 40-50-уми асри гузашта дар таҷрибаҳо исботи худро ёфтаанд. Бояд тазаккур дод, ки то дар таҷриба тасдиқ шудани хулосаҳои назарияи нисбӣ, ба муқобили он садҳо мақолаву китобҳо навишта шудаанд.                

  Робитаи масса ва энергия. Эйнштейн зимни назарияи нисбӣ робитаи байни масса ва энергияро муқаррар кардааст, ки аз муҳимтарин натиҷаҳои физикаи муосир пазируфта шудааст. Формулае, ки робитаи математикии байни масса ва энергияро ифода менамояд,  яке аз формулаҳои «бузурги»-и физика ҳисобида мешавад.

Е = m∙c2                (1)

дар ин ҷо m-масса, с=3∙108 м/с –суръати рӯшноӣ дар вакуум (доимии электродинамикӣ). Азбаски бузургии с доимист, пас масса бо энергия эквивалент мебошад. Ин чунин маъно дорад, ки дар шароити мусоид масса ба энергия ва баръакс энергия ба масса табдил ёфта метавонанд. Фаҳмидан душвор нест, ки бинобар бузургии суръати рӯшноӣ хеле калон ва он дар квадрат буданаш, миқдори хеле ками масса ба энергияи бузург эквивалент мешавад. Аниқтараш, миқдори хеле ками масса ба энергияи фавқулодда зиёд табдил ёфта метавонад. Мисоли хеле равшани табдили масса ба энергия ба вуҷуд омадани энергияи бандиши ядроӣ ва ҳосилшавии энергия дар ситора дар натиҷаи реаксияи термоядроӣ мебошад.

  Энергияи бандиши ядро. Физикаи муосир исбот намудааст, ки ҳангоми аз нуклонҳо (протон ва нейтронҳои ядрои атом) ташкилёбии ядро зери таъсири қувваи бузурги ядроӣ нуклонҳо бо шитоби калон бо ҳам наздик шуда дар ин ҳолат мавҷи электромагнитӣ (гамма нурҳо) мебароранд.[2] Яъне, як ҳиссаи массаи худро ба сифати мавҷи электромагнитӣ (энергия) хориҷ менамоянд. Дар натиҷа массаи ядрои ҳосилшуда аз суммаи массаи нуклонҳои таркиби ядро кам мешавад ва бандиши ядровӣ ба вуҷуд меояд. Фаҳмиши энергияи бандиши ядро имкон медиҳад, ки устувории ядрои атом ва равандҳое, ки сабаби хориҷ шудани энергияи ядрои атом мегардад фаҳмонида шавад.

  Протон ва нейтронҳоро, ки ядрои атомро ташкил медиҳанд, умумӣ карда нуклонҳо меноманд. Нуклонҳоро дар ядро қувваҳои ҷозибавии ядроӣ нигоҳ медоранд. Қувваҳои ядроиро «боҳамтаъсири зӯр» низ меноманд, ки танҳо дар масофаҳои хеле хурд (масофаҳои ба андозаи ядрои атом ҳамченак) 10 -12 – 10 -13 см амал мекунанд. Барои ядроро ба нуклонҳо тақсим кардан ба муқобили қувваи ядроӣ кори зиёд бояд иҷро кард. Яъне ба муқобили бандиши нуклонҳо (ба муқобили қувваи ядроӣ) энергия сарф бояд кард. Энергияе, ки барои ба нуклонҳо тақсим намудани ядро (ҳаста) сарф мешавад, энергияи бандиши ядро меноманд. Бинобар зӯр будани қувваи ядровӣ энергияи бандиши ядро низ хеле зиёд мебошад. Барои ҳисоб намудани энергияи бандиши ядро аз формулаи вобастагии масса ва энергия (1) истифода бурда мешавад.

Ченкунии хеле саҳеҳи массаи ядроҳо нишон медиҳад, ки массаи оромии ядро Мя ҳамеша аз суммаи массаи оромии протон ва нейтронҳои ядроро ташкилдиҳанда кам мебошад.

Мя < Z∙mp +N∙mn         (2)

Дар ин ҷо Z –шумораи протонҳо ва N шумораи нейтронҳои ядро, mp ва mn  мувофиқан массаи протон ва  нейтрон мебошад. Ин фарқиятро, ки дар формулаи (3) оварда шудааст, дефекти массаи ядро (DМ) меноманд.

DМ = (Z∙mp +N∙mn) - Мя      (3)

     Камшавии массаи ядро ҳангоми ҳамҷояшавии нуклонҳо чунин маъно дорад, ки энергияи система ба миқдори энергияи бандиши ядро (Еб) кам мешавад. Ҳангоми ҳосилшавии ядрои атом қонуни (принсипи) минимуми энергия «кор» мекунад. Дар қонуни зикршуда қотеона исбот карда мешавад: ҳамаи системаҳои физикӣ ба минимуми энергия «мекӯшанд». Яъне, ҳангоми ба ядрои атом табдилёбии маҷмӯи нуклонҳо энергияи нуклонҳо як миқдор кам мешавад ва ин миқдор энергия ба энергияи бандиши ядро табдил меёбад.

Еб = DМ∙с2 = [(Z∙mp +N∙mn) - Мя] ∙с2       (4)

Бузург будани энергияи бандиши ядроро мисоли зерин равшан нишон медиҳад: Ҳисоб карда шудааст, ки ҳангоми ташкилёбии 4 г гелий энергияи хориҷшуда ба энергияе, ки ҳангоми сӯхтани қариб 2 вагон ангиштсанг ҳосил мешавад, баробар аст.

Нисбати энергияи бандишро бар шумораи нуклонҳо энергияи хоси бандиши ядро меноманд. Вобастагии энергияи хоси бандиш аз адади массавӣ, оиди хосияти ядроҳо маълумоти муҳим дода метавонад. Чунин вобастагӣ дар расми 1 оварда шудааст. Аз расм дида мешавад, ки ба истиснои якчанд ядроҳои сабук, энергия хоси бандиш барои аксари ядроҳо тақрибан ба 8 МэВ/нуклон баробар будааст. Бояд қайд кард, ки энергияи робитаи электрон бо ядрои гидроген, ки ба энергияи ионизатсия баробар аст, аз энергияи хоси бандиши ядро қариб миллион маротиба кам аст.

Дар ин хати каҷ максимуми суст дида мешавад. Дида мешавад, ки унсурҳои (элементҳои) рақами тартибиашон аз 50 то 60 аз қабили оҳан, никел ва гайра энергияи бандиши хоси максималӣ (тақрибан ба 8,6 МэВ/нуклон) доранд. Бинобар он ядрои ин элементҳои химиявӣ устувории калон доранд.

Бо афзоиши шумораи протонҳо дар ядро, бинобар зиёд шудани теладиҳии кулонии протонҳо, энергияи хоси бандиши ядроҳои массив як қадар кам мешавад. Қувваҳои кулонӣ ба муқобили қувваҳои ядровӣ амал карда «кӯшиш» менамоянд, ки ядроро пора намоянд. Ноустувории ядроҳои унсурҳои химиявии адади массавиашон калон ҳамин тавр фаҳмонида мешавад. 

      

Расми 1. Вобастагии энергияи бандиши хос аз адади массавии ядро

  Порашавии ядроҳои массив. Ҳамин тавр, худ аз худ (спонтанӣ) ва ё бо таъсири нейтронҳо ба қисмҳо (ядропораҳо) тақсимшавии ядроҳои адади массавиашон калон, масалан ядрои атоми уран, имконпазир мегардад. Ҳангоми порашавии ядроҳои уранӣ ядропораҳои атомҳои дар мобайни системаи даврӣ ҷойгиршуда, ду се нейтрон, гамма нурҳо афканда ва энергияи зиёд хориҷ мешавад. Ҳисобкунӣ ва таҷрибаҳо собит намудаанд, ки ҳангоми порашавии ядрои уран-235 тақрибан 200 МэВ энергия хориҷ мешавад, ки ба ҳар як нуклон тақрибан 1 МэВ рост меояд (1эВ=1,6∙10-19 Ҷ). Миқдори энергияе, ки ҳангоми тақсимшави ядроҳои уранӣ ҳосил мешавад дар ягон навъи реаксия химиявӣ  хориҷ намешавад. Қисми зиёди ин энергияро (тақрибан 170 МэВ) энергияи кинетикии ядропораҳо ташкил медиҳанд. Бояд тазаккур дод, ки энергияи ҳангоми порашавии ядро хориҷшаванда табиати электростатикӣ дорад. Яъне, ҳангоми тақсимшавӣ ядропораҳо зери таъсири қувваҳои кулонӣ ба суръати калон (тақрибан 107 м/с) парида мераванд. Аз энергияи ҳангоми порашавии ядроҳои унсурҳои массив хориҷшаванда (энергияи ядровӣ) бо мақсадҳои ҳарбӣ (барои сохтани бомбаҳои атомӣ/ядровӣ) ва бо мақсадҳои осоишта, барои истеҳсоли энергия, истифода бурда мешавад. Дар нерӯгоҳҳои электрии атомӣ (мухтасари русӣ - АЭС) аз энергияи ҳангоми порашавии ядро хориҷшаванда истифода бурда энергияи электрӣ истеҳсол карда мешавад. Бо вуҷуди хатарзо ва таҳдид ба муҳити зист доштани АЭС-ҳо, дар ҷаҳон, дар мамлакатҳои мутараққӣ, зиёда аз 300 нерӯгоҳҳои электрии атомӣ амал мекунанд ва энергияи электрии зиёд истеҳсол карда мешавад. Норасоии кадрҳои баландихтисос ва душвории кафолати бехатарии кори АЭС-ҳо имкон намедиҳад, ки мамлакатҳои рӯ ба тараққӣ аз энергияи атомӣ истифода баранд.

  Замин дар Низоми офтобӣ. Тибқи маълумоти астрофизикаи муосир Офтоб яке аз ситораҳои қаторӣ дар коинот мебошад. Вай аз лиҳози дурахшонӣ ва андоза ба қатори ситораҳои зард ва миёна дохил мешавад. Офтоб дар маркази Низоми офтобӣ воқеъ буда дар гирди он сайёраҳо (Уторид, Зӯҳро, Замин, Миррих, Муштарӣ, Зуҳал, Уран, Нептун ва Плутон) дар гардиш мебошанд.  Замин саюмин сайёраи Офтоб буда дар фазои коинот муаллақ дар гирди Офтоб бо суръати хаттии тақрибан 30 км/с дар гардиш мебошад. Масофа аз Замин то Офтоб қариб 150 000 000 км –ро ташкил медиҳад. Фосилаи вақте, ки сайёраи Замин дар гирди Офтоб як маротиба давр мезанад соли астрономӣ меноманд. Дақиқан ҳисоб карда шудааст, ки соли астрономӣ, алҳол, ба 365 шабонарӯзу 5 соату 48 дақиқаву 46 сония баробар аст. Элипсияти мадори Замин тақрибан 0,017 –ро ташкил медиҳад. Ин чунин маъно дорад, ки мадори гардиши Замин ба давра хеле наздик мебошад.[3]

  Офтоб манбаи асосии энергия дар Замин. 70-80 сол муқаддам Офтобро манбаи ягонаи энергия дар рӯйи Замин меҳисобиданд. Ин дуруст аст, зеро он вақтҳо энергияи ядроӣ ва термоядроӣ ба инсон дастрас набуд. Имрӯзҳо ҳам миқдори хеле бузурги энергияе, ки заминиҳо истифода мебаранд, энергияи Офтоб мебошад. Сӯзишвориҳои анъанавӣ (нефт, ангиштсанг, гази табиӣ, торф, ҳезум) эергияи дар Замин захирашудаи Офтоб мебошад. Геофизикаи муосир исбот кардааст, ки энергияи дар олами наботот ва зиндаи Замин тӯли миллионҳо сол захирашудаи Офтоб зимни равандҳои геологӣ зери хок монда захираҳои энергетики(сӯзишвори)ро ба вуҷуд овардаанд. Энергияи дар нерӯгоҳҳои электрии обӣ ва бодӣ истеҳсолшаванда низ энергияи Офтоб мебошад. Энергия аз Офтоб бо воситаи рӯшноӣ ба коинот афканда мешавад, ва қисми хеле ками он ба Замин мерасад ва Заминро «зинда» нигоҳ медорад.

  Нақши энергияи рӯшноӣ. Вуҷуд доштани якчанд омил дар сайёраи Замин шарти асосии мавҷудияти олами зинда мебошад: ҳарорати мусоид, атмосфера ва вуҷуд доштани оксиген дар он, вуҷуд доштани гидросфера (об дар се ҳолат) ва майдони магнитии Замин. Рӯшноӣ ҳамчун ноқили энергия ду вазифаи барои ҳаёт муҳимро иҷро менамояд. Аввалан ҳарорати (температураи) сайёраи Заминро барои зистан мусоид нигоҳ медорад. Хотиррасон менамоем, ки ҳарорат дар нуқтаҳои гуногуни Замин дар давоми сол аз минус 60 то плюс 60 0С тағйир меёбад. Дуюм, бо таъсири нури рӯшноӣ дар натиҷаи ҳодисаи фотосинтез дар растаниҳо энергияи рӯшноӣ ба моддаҳои органикӣ-хӯрока (сафеда, қанд, крахмал, равған, витаминҳо ва ғайра) табдил меёбад, оксиген «истеҳсол» мешавад, ки бидуни чунин моддаҳо олами ҳайвонот ва инсоният вуҷуд дошта наметавонад. Пас нақши рӯшноӣ дар вуҷуд доштани ҳаёт дар сайёраи мо фавқулодда бузург мебошад. Дигар нақши муҳими рӯшноӣ дар зиндагии инсон он аст, ки одам бо воситаи рӯшноӣ оламро мебинад, маълумот мегирад, дунёяш «равшан» аст.

  Рӯшноӣ чист? Ба ин савол одамон (олимон) садсолаҳо ҷавоб ҷустаанд. Драмматизми муборизаи ақидаҳои илмӣ дар бораи табиати рӯшноиро (аз Исаак Нютон то Макс Планк) сарфи назар карда ба таърифи имрӯзаи физика меоем. Рӯшноӣ як навъ мавҷи электромагнитиест, ки аз атоми ҷисмҳои тафсон бо портсияҳо афканда мешавад. Портсияи энергияи рӯшноигиро кванти рӯшноӣ меноманд. Кванти рӯшноиро Эйнштейн фотон номидааст. Энергияи фотон (Е) бо формулаи зерин ҳисоб карда мешавад.

Е = h∙n     (5)

Дар ин ҷо h = 6,6267∙10 -34 Ҷ∙с – доимии Планк, n - басомади мавҷи рӯшноӣ. Формулаи (5) –ро олими немис М.Планк зимни таҳлили нурафкании ҷисмҳои тафсон пешниҳод намудааст ва онро низ яке аз формулаҳои бузурги физика меҳисобанд.

Барои аз Офтоб ба Замин интиқол додани энергия ду хосияти муҳими мавҷи электромагнитӣ (рӯшноӣ) истифода мешавад. Якум, суръати бағоят калон (3∙108 м/с), дуюм дар вакуум ҳам паҳн шуда тавонистани мавҷи электромагнитӣ. Зеро фазои коинот вакууми кайҳонӣ мебошад ва дар вакуум мавҷҳои механикӣ паҳн шуда наметавонанд.

  Офтоб аз куҷо энергия мегирад? Физикаи муосир исбот намудааст, ки Офтоб (ва ҳама гуна ситора) энергияро аз ҳисоби реаксияи термоядроӣ мегирад. Дар температураҳои баланд (тақрибан миллион градус) ядроҳои сабук як шуда ядроҳои нибатан массивро ҳосил менамоянд. Ҳодисаи дар температураҳои баланд ҳамҷояшавии ядроҳои сабукро реаксияи термоядроӣ меноманд. Барои ҳамҷояшавии ядроҳо онҳо бояд то масофаи таъсири қувваи ядроӣ 10 -12 см наздик шаванд. Дар температураи баланд энергияи кинетикии ядроҳо барои бартараф намудани қувваи теладии кулонӣ кифоягӣ мекунад ва онҳо ҳамҷоя шуда метавонанд. Ҳангоми реаксияи термоядроӣ дар натиҷаи табдили масса ба энергия энергияи фавқулодда зиёд хориҷ мешавад. Дар Офтоб дар натиҷаи реаксияи термоядроӣ изотопҳои гидроген ба ядрои гелий табдил меёбанд ва дар натиҷа энергияи зиёд ҳосил шуда Офтобро «гарм» нигоҳ медорад. Масалан, ҳангоми ҳамҷояшавии дейтерий (  ва тритий ( ) ядрои гелий ҳосил мешавад ва энергияи хориҷшуда ба ҳар як нуклон тақрибан 3,5 МэВ –ро ташкил медиҳад, ин энергия нисбат ба энергияи ҳангоми тақсимшавии ядроҳои массив хориҷшаванда 3 - 4 маротиба зиёд мебошад.

Яъне дар ситора масса бефосила ба энергия табдил меёбад ва яке аз нишонаҳои ситора маҳз дар ҳамин аст. Азбаски массаи Офтоб хеле бузург (≈2∙1030 кг !!) мебошад, ҳангоми бо тавоноии кунунӣ нур афканданаш «сӯзишвории» вай барои миллиардҳо соли дигар мерасад.

Дар шароити замин реаксияҳои зерин бештар имконпазир мебошад.

                                   

                                                                                                             (6)

                                                                                                             (7)

Дар ин ҷо миқдори миқдори гармии Q ҳангоми реаксияи мазкур хориҷшаванда низ оварда шудааст. Дарвоқеъ, чӣ тавре, ки зикр шуд, энергияи ба ҳар як нуклон ростоянда дар реаксияи (7) q=Q/A=17,6/5=3,5 МэВ, баробар мебошад, ки нисбати энергия ҳангоми порашавии ядроҳои уранӣ ҷудошаванда q=200/238≈0,85 МэВ хеле зиёд аст.[4]

Реаксияи термоядроиро дар шароити Замин ҳангоми тарконидани (санҷидани) бомбаҳои термоядроӣ амалӣ намудаанд. Лекин реаксияи теромоядроии идорашаванда алҳол ба инсоният дастнорас мебошад. Мушкилии асосӣ набудани «зарф»-е аст, ки дар он реаксия амалӣ карда шавад. Зеро ҳамаи моддаҳои маълум дар ҳарорате, ки реаксияи термоядроӣ имконпазир аст, бухор мешаванд. Пешниҳоди бо воситаи майдони магнитӣ нигоҳ доштани плазмае, ки дар он реаксияи термоядроӣ амалӣ мешавад, бинобар ноустувории плазма натиҷаи дилхоҳ надодааст. Лекин дар реҷаи импулсӣ амалӣ намудани реаксия имконпазир гардидаст. Дар сурати ба даст овардани реаксияи термоядроии идорашаванда инсоният дар ҳазорсолаи наздик аз норасогии энергия озод мегардад. Зеро изотопҳои зикршудаи гидроген дар оби уқёнуси ҷаҳон ба миқдори кофӣ вуҷуд доранд.

  Чанд афзалияти энергияи электрӣ. Одамони имрӯза ба энергияи электрӣ одат кардаанд, аз он дар рӯзгор, истеҳсолот ва коммуникатсия васеъ истифода мебаранд. Агар гӯем, ки аз ин мӯъҷиза истифода бурдан, танҳо 150 соли охир имконпазир гардидааст бовар намекунанд. Зиндагии имрӯзаро бе истифодаи энергияи электрӣ тасаввур карда намешавад. Сатҳи зиндагиро дар мамлакатҳои пешрафта аз рӯйи миқдори энергияи электрии ба ҳар сари аҳолӣ тӯли сол истифодашуда баҳодод карда мешавад...

Зимни омӯзиши ҳодисаҳои электромагнитӣ физикҳо дар асри 19 нишон доданд, ки дигар навъҳои энергияро ба энергияи электрӣ табдил додан мумкин аст. Дар ҷаҳони муосир аз ҳисоби дигар навъҳои энергия тавассути генераторҳо миқдори зиёди энергияи электрӣ истеҳсол карда мешавад. Зеро энергияи электрӣ нисбати дигар навъҳои энергия афзалияти калон дорад. Аввало, энергияи электриро ба масофа нақл кардан нисбатан осон. Дигар, ин ки аз энергияи электрӣ истифода бурда амалҳои зиёдро иҷро кардан имконпазир аст. Ҳосил кардани равшанӣ, гармӣ ва хунукӣ, ба кор андохтани дастгоҳҳои истеҳсолӣ, радио, телевизор, телефон, компютер, дастрасӣ ба шабакаи иттиолотии интернет ва ғайра бидуни энергияи электрӣ имконнопазир аст.

Тавре ки аз диаграммаҳо дида мешавад, дар ҷаҳон қисми зиёди энергияро тавассути нерӯгоҳҳои барқии сӯзишворӣ (ТЭС)-ҳо истеҳсол карда мешавад (ба расмҳои 2 ва 3 нигаред). Дар нерӯгоҳҳои аловӣ зимни сӯхтани сӯзишвориҳои органикӣ (ангишт, газ, маҳсулоти нефт) энергияи электрӣ истеҳсол карда мешавад. Дар натиҷа, ҳар сол, ба атмосфера миллионҳо тонна СО2 партофта мешавад. Ин ба тадриҷан гармшавии сайёраи Замин ва вайроншудани муҳити зист меорад ва хатарҳои глобалиро дар пай дорад. Аз ин рӯ олимон ва одамони тараққипарвари ҷаҳон бонги изтироб мезананд, ки пеши роҳи ин раванди барои инсоният хатарнок гирифта шавад.

  Энергияи “сабз”. Нерӯгоҳҳои обӣ, шамолӣ ва офтобиро манбаъҳои барқароршавандаи энергия меноманд. Дар ин гуна нерӯгоҳҳо таъсири манфӣ ба табиат минималӣ аст. Иқтисодиёти ба манбаъҳои барқароршавандаи энергия асосёфтаро “иқтисодиёти сабз” ном мебаранд. Аз ин лиҳоз Тоҷикистон дар байни шаш малакати пешсафи сайёра қарор дорад, зеро 98 фоизи энергияи электрӣ тавассути нерӯгоҳҳои обӣ истеҳсол мешавад.[5]

 

Расми 2. Сохтори электроэнергетикаи ҷаҳон дар соли 2008:

а) иқтидорҳо бо ГВт, б) истеҳсоли энергия бо млрд кВтсоат[6]

 

Расми 3. Сохтори истеҳсоли электроэнергия дар Руссия[7]

  Ҳисобкуниҳо нишон додаанд, ки захираҳои гидроэнергетикии Тоҷикистон дар як сол ба 527 миллиард кВт∙соат баробар мебошад [6]. Алҳол, дар як сол тавассути нерӯгоҳҳои обии электрӣ тақрибан 15 млрд кВт∙соат энергияи электрӣ истеҳсол мешавад, ки ин ҳамагӣ 2,39% потенсиали солонаро ташкил медиҳад. Яъне, дар ин самт захираҳои истифоданашуда хеле зиёданд ва Ҳукумати Тоҷикистон аз ҳамаи имкониятҳо истифода мебарад, то ки потенсиали гидроэнергетикии кишварро ба кор андохта, рушди устувори мамлакат ва минтақа бо энергия таъмин карда шавад.

Расидан ба истиқлолияи энергетикӣ, ки яке аз ҳадафҳои стратегии Ҳукумати Ҷумҳурии Тоҷикистон мебошад, солҳои наздик, бо ба кор даромадани Нерӯгоҳи электрии Роғун (иқтидори лоиҳавиаш 3,6 млн кВт) ҷомаи амал хоҳад пӯшид. Тибқи нақша агрегати якуми нерӯгоҳи Роғун (бо иқтидори 600 ҳазор кВт) декабри соли 2018 ба кор оғоз хоҳад кард. 

Тибқи маълумоти коршиносони соҳа захираҳои гидроэнергетикии Тоҷикистон нисбат ба Қирғизистон ду баробар зиёд мебошад.[8] Асоси ин потенсиалро кӯҳҳои сар ба фалак кашида, пиряхҳо ва дарёҳои тезҷараёни кӯҳӣ ташкил медиҳанд, ки чунин шароити табиӣ дар минтақаи Осиёи Марказӣ нодир мебошад. Дар дигар давлатҳои ҳамсоя энергия асосан аз ҳисоби сӯхтани сӯзишвориҳо истеҳсол карда мешавад. Масалан, дар Ҷумҳурии Ӯзбекистон 86 фоиз, дар Ҷумҳурии Қазоқистон 87 фоиз ва дар Ҷумҳурии Туркманистон 99 фоизи энергияи электрӣ зимни сӯхтани ангишт, газ ва мазут истеҳсол карда мешавад. Манбаъҳои анъанавии энергия бинобар маҳдуд будани захираҳо торафт кам ва дар натиҷа арзишашон баланд ва дастнорас мешавад. Бинобар он, дар солҳои минбаъда, гидроэнергетика дар иқтисодиёти кишвари мо ва минтақа нақши калидӣ хоҳад бозид.

  Лоиҳаи СASA – 1000. Дар мавсими баҳору тобистон нерӯгоҳҳои барқии обӣ бо иқтидори максималии худ кор карда метавонанд, зеро дарёҳои кӯҳӣ пуроб мешаванд. Лекин талабот ба энергия дар фасли гармо нисбатан кам мешавад. Бо мақсади самаранок истифода бурдани захираҳои гидроэнергетикӣ дар баҳору тобистон давлатҳои ҳамсоя тасмим гирифтанд, ки хатҳои нави интиқоли энергияи электрӣ таҳия намоянд. Сохтани хати интиқоли энергияи электрӣ, ки тибқи лоиҳаи  байналхалқии СASA – 1000 амалӣ мешавад[9], имкон медиҳад, ки ҳар сол Қирғизистон тақрибан 1 млрд кВт∙соат ва Тоҷикистон 2 млрд кВт∙соат энергияи электриро ба Афғонистон ва Покистон содирот намоянд. Корҳои сохтмонии лоиҳаи мазкур аз моҳи маи соли 2016 расман ифтитоҳ шудааст. Амалӣ шудани лоиҳа барои рушди иқтисодӣ иҷтимоии Осиёи Марказӣ ва Ҷанубӣ ва баланд шудани сатҳи зиндагии миллионҳо одамони минтақа мусоидат менамояд, пас аҳмияти бузурги гуманитарӣ дорад.

Абдуманнонов АБДУАЛӢ

доктори илмҳои физика-математика, профессор, мудири

лабораторияи физикаи Маркази илмии Хуҷанди АИ ҶТ

Абдуманнонова ФИРӮЗА

 корманди илмии Маркази илмии Хуҷанди АИ ҶТ

 Маҷаллаи академии илмию оммавӣ (Илм ва Ҷомеа)-№2 (10), 2018

[1] Физический энциклопедический словарь. –М.: Сов. Энциклопедия, 1983, - 928 с.

[2] Мухин К.Н. Экспериментальная ядерная физика. Т.1. Физика атомного ядра. – М.: Атомиздат, 1974, - 584 с.

[3] Воронцов-Вельяминов Б.А. Астрономия. –М.: Просвещение, 1989, -160 с.

[4] Мухин К.Н. Экспериментальная ядерная физика. Т.1. Физика атомного ядра. – М.: Атомиздат, 1974, - 584 с.

[5] Паёми Президенти Ҷумҳурии Тоҷикистон, Пешвои Миллат Эмомалӣ Раҳмон ба Маҷлиси Олии Ҷумҳурии Тоҷикистон. ш.Душанбе, 22.12.2017. //Рӯзномаи “Ҳақиқати Суғд”, 23.12.2017, №153(17834) С. 1-3.

[6] Тарњи СASA – 1000 унсури калидии бозори энергетикии минтақа мебошад. Суханронии Президенти Тоҷикистон, Пешвои Миллат Эмомалӣ Раҳмон дар мулоқоти сарони давлатҳо ва ҳукуматҳои кишварҳои иштирокчии СASA – 1000 . Ноҳияи Варзоб, 6 июли с.2017.// Рӯзномаи “Ҷумҳурият” аз 7.07.2017, С.1.

[7] Ҳамин ҷо

[8] Нозир Ёдгорӣ Кай ба истиқлолияти энергетикӣ ноил мешавем? //Рӯзномаи “Ҷумҳурият” аз 3.11.2007, С.2.

[9] Тарҳи СASA – 1000 унсури калидии бозори энергетикии минтақа мебошад. Суханронии Президенти Тоҷикистон, Пешвои Миллат Эмомалӣ Раҳмон дар мулоқоти сарони давлатҳо ва ҳукуматҳои кишварҳои иштирокчии СASA – 1000 . Ноҳияи Варзоб, 6 июли с.2017.// Рӯзномаи “Ҷумҳурият” аз 7.07.2017, С.1.

Хондан 262 маротиба