سکسیونر ها در برق قدرت

سکسیونر وسیله قطع سیستمهایی است که تقریباًٌ بدون جریان هستند. به عبارت دیگر سکسیونر قطعات و وسایلی راکه فقط زیر ولتاژ هستند از شبکه جدا می سازد. تقریباً بدون بار بدان معنی است که می توان به کمک سکسیونر جریانهای کاپاسیتیو مقره ها، شینه ها و تاسیسات برقی وکابلهای کوتاه و خطوط و همینطور جریان ترانسفورماتور ولتاژ رانیز قطع نموده و یا حتی ترانسفورماتورهای کم قدرت را با سکسیونر قطع کرد . علت بدون جریان بودن سکسیونر د رموقع قطع یا وصل، مجهز نبودن سکسیونر به وسیله جرقه خاموش کن است .لذا بطور کلی می توان نتیجه گرفت که عمل قطع و وصل سکسیونر باید بدون جرقه یا با جرقه ناچیزی صورت گیرد. برحسب این تعریف در صورتیکه از سکسیونر جریان عبور کند ولی در موقع قطع اختلاف پتانسیلی بین دو کنتاکت آن ظاهر نشود قطع سکسیونر بلامانع است . همینطور وصل سکسیونری که بین دو کنتاکت آن تفاوت پتانسیلی موجود نباشد گرچه به محض وصل باعث عبور جریان گردد نیز مجاز خواهد بود. از آنچه که گفته شده چنین نتیجه می شود که سکسیونر یک کلید نیست بلکه یک ارتباط دهنده یا قطع کننده مکانیکی بین سیستمها است.

سکسیونر باید درحالت بسته یک ارتباط گالوانیکی محکم ومطمئن برای هدایت بهتر جریان درکنتاکت هر قطب برقرار سازد و مانع افت ولتاژ گردد. لذا باید مقاومت عبورجریان در محدوده سکسیونر کوچک باشد، تا حرارتی که در اثر کار مدام در کنتاکتها ایجاد می شود از حد تجاوز نکند. در ضمن باید سکسیونر طوری ساخته شود که دراثر جرم و وزن تیغه های یا فشار باد وبرف وغیره خود به خود بسته نشود یا در موقع بسته بودن نیروی دینامیکی شدیدی که در اثر عبو رجریان اتصال کوتاه بوجود می آید باعث لرزش تیغه های یا احتمالاً باز شدن آن نگردد. سکسیونر می تواند به تیغه های زمین مجهز باشد که تیغه های زمین برای تامین ایمنی کار روی قسمتهای بی برق شده بکار می رود . در حالیکه سکسیونر به تیغه های زمین مجهز باشد، تیغه های زمین معمولاً باز است مگر در زمانیکه سکسیونر باز شود که د راین حالت جهت تخلیه شارژهای خازنی (ولتاژ باقیمانده) روی خط یا قسمتهایی که قبلاً برق دار بوده تیغه های زمین بسته میشود.

4-4 موارد استعمال سکسیونر:

همانطور که گفته شد اصولاً سکسیونر وسایل ارتباط دهنده مکانیکی و گالوانیکی برای هدایت بهتر جریان قطعات و سیستمهای مختلف می باشند ودر درجه اول به منظور حفاظت اشخاص و متصدیان مربوطه در مقابل برق گرفتگی بکاربرده می شوند .بدین جهت طوری ساخته می شوند که در حالت قطع یا وصل،محل قطع شدگی یا اتصال بطور واضح وآشکار قابل رویت باشد. یعنی در هوای آزاد امجام گیرد و از آنجا که سکسیونر باعث بستن یا بازکردن مدارالکتریکی نمی شود ، برای باز کردن وبستن هر مدار الکتریکی فشار قوی احیتیاج به کلید قدرت می باشدکه قادر است مدار را تحت هر شرایطی بسته یا باز کند وسکسیونر وسیله ای است برای ارتباط کلید قدرت به شینه ویا هر قسمت دیگری از شبکه که دارای پتانسیل است .لذا طبق قوانین متدوال الکتریکی و به منظور ایمنی لازم درهنگام تعمیرات لازم است تا جلوی هر کلید قدرتی از1 کیلو وات به بالا ویا درهر دو طرف در صورتی که از دو طرف تغذیه گردد سکسیونر نصب گردد. با این شرایط هنگام باز کردن مدار،ابتدا کلید و سپس سکسیونر باز می شود ودرموقع بستن ابتدا سکسیونر وسپس کلید بسته می شود ودر صورتیکه سکسیونربه تیغه های زمین مجهز باشد،این تیغه های بعد ازباز شدن سکسیونر بسته شده تا شارژ های خازنی ذخیره شده رابه زمین منتقل نماید؛ سکسیونرهای بکاررفته در سیستم قدرت سه فاز بوده و دارای سه پل مشابه می باشد . عملکرد همزمان سه فاز بوسیله اینترلاک مکانیکی بین سه پل امکان پذیر میباشد. ازآنجا که مقدار شارژ خازنی باقیمانده (ولتاژ) درروی قسمتهای جدا شده از شبکه در رده ولتاژهای فشار قوی قابل توجه است، لازم است قبل از عمل تعمیرات بوسیله بستن تیغه های زمین سکسیونرها معمولاً بین سکسیونر و کلید قدرت اینترلاک ( مکانیکی یا الکتریکی) به نحوی برقرار می شودکه با وصل بودن کلید نتوان سکسیونر را قطع و وصل نمود. برای این منظور از یک بوبین که از ولتاژ خط تغذیه می شود برای ایجاد اینترلاک الکتریکی جهت عملکرد تیغه های زمین استفاده مینمایند .همچنین ازاینترلاک مکانیکی و یا الکتریکی جهت حصول اطمینان از باز بودن سکسیونر در زمان عملکرد تیغه های زمین وبالعکس استفاده می شوند.

4-5 اطلاعات مورد نیاز جهت طراحی سکسیونر:

4-5-1 مشخصات وویژگیهای شبکه وسیستمی که سکسیونر یا تیغه های زمین درآن نصب و بهره برداری خواهد شد .سکسیونریا تیغه های زمین در هنگام قطع و وصل باید از عهده انجام وظیفه مربوط برآمده و ویژگیهای شبکه الکتریکی مربوطه را به طور ایمن تحمل کند. این ویژگیهای شبکه عبارتند از:

1- ولتاژ نامـــی

2- ولتاژ حداکثر

3- فرکانس

4- تعداد فاز

5- جزئیات نحوه زمین کردن نوترال سیستم

6- جریان نامـــی

7- جریان اتصال کوتاه

4-5-2مشخصات محیطی وشرایط اقلیمی محلی که سکسیونر یا تیغه های زمین درآن شرایط مورد استفاده قرار خواهند گرفت در انتخاب سکسیونر یا تیغه های زمین شرایط آب و هوایی و محلی از اهمیت زیادی برخوردار است. زیرا به همان اندازه که تعیین شرایط محیطی واقعی و مناسب در بهره برداری ایمن، کاهش هزینه های سرویس وتعمیرات واستفاده بهینه از سرمایه گذاری اولیه تاثیر دارد، تعیین شرایط محیطی و آب و هوایی نا مناسب اعم از شرایط سنگین تر و با سبکتر از شرایط واقعی ، بهره برداری را نامطمئن و پر مخاطره نموده،تعمیرات و سرویس را افزایش داده واستفاده از سرمایه گذاری رابه صورت مناسب و بهینه نیز ناممکن میسازد بنابراین دقت د رتعیین و انتخاب این شرایط بسیار با اهمیت و حساس مجحاثی باشد.

اهم پارامترهای محیطی که در طراحی سکسیونر وتیغه های زمین موثرند عبارتند از:

1- ارتفاع محل نصب از سطح دریا

2- حداکثر درجه حرارت هوای محیط

3- حداقل درجه حرارت هوای محیط

4- سرعت باد

5- میزان رطوبت نسبی

6- شتاب زلزله

7- ضخامت یخ

8- میزان آلودگی

9- هرنوع شاریط خاص وغیر عادی نظیر بخارآب غیر متعارف، رطوبت ، گرد وخاک غیر معمول، نمک، دوده گازهای قابل اشتعال و قابل انفجار و خوردگیهای غیر معمول درمواردی که درمناطق ساحلی آلوده به نمک محل نصب سکسیونر وتیغه های زمین در فضای سرپوشیده می باشد، براساس توصیه استانداردIEC شماره 129 بایستی از سکسیونر وتیغه های زمین نوع فضای باز استفاده شود.

4-6 انواع سکسیونرها:

4-6-1 نوع سکسیونر یا تیغه های زمین

انواع سکسیونر وتیغه های زمین که در رده ولتاژ 400و230 کیلو ولت بکارمی روند عبارتند از:

1- سکسیونر افقی با قطع از یک نقطه

2- سکسیونر افقی با قطع ازدو نقطه

3- سکسیونر عمودی

4- سکسیونر پانتو گراف

5- سکسیونر افقی با قطع از یک نقطه

32

این نوع سکسیونر شامل دو نوع قطع از وسط ویا قطع از یک طرف می باشدکه نوع قطع از وسط دارای دو تکه بازو و دو ترمینال هم سطح در دو طرف سکسیونر بوده ویک سری کنتاکت نر وماده دارند .نحوه حرکت بازوها در صفحه افقی و حول دو محور در دو طرف سکسیونر و به اندازه حدود 90 درجه می باشد . نوع قطع از یک طرف مشابه نوع قطع از وسط می باشد،با این تفاوت که دارای یک تکه بازو است وحرکت بازو وحول یکی از مقره های نگهدارنده بازو انجام میگیرد. دراین سکسیونر فاصله افقی مورد نیاز بین فازها بیشتر از انواع دیگر می باشد لذا در سطوح ولتاژ فشار قوی که فضای کافی در اختیار باشد بهترین انتخاب می باشد.

4-6-2 سکسیونر افقی با قطع ازدو نقطه

این نوع سکسیونر دارای یک بازوی یکپارچه یا دو پارچه متصل بهم ودو سیستم ترمینال هم سطح در دو طرف سکسیونر و دو سری کنتاکت نر و ماده می باشد. نحوه حرکت بازوی ای سکسیونر در صفحه افقی وحول یک محور در وسط سکسیونر وبه اندازه حدود 90درجه می باشد .سکسیونر افقی با دو قطع ازدو نقطه به فاصله افقی کمتری نسبت به سکسیونر افقی با قطع از یک نقطه و همچنین به یک ستون مقره اتکایی بیشتر نسبت به قطع از یک نقطه نیاز دارند.

4-6-3 سکسیونر عمودی:

این نوع سکسیونر دارای یک بازو ودو سیستم ترمینال هم سطح دردوطرف سکسیونرویک سری کنتاکت نر وماده می باشد نحوه حرکت بازوی سکسیونر در صفحه قائم وحول محور که دریک طرف سکسیونر قرار دارد بوده ومقدار چرخش بازوی عمودی تا حدود 90درجه می باشد .سکسیونر عمودی به فاصله افقی کمتری نسبت به سکسیونر افقی نیاز دارند،لیکن بدلیل حرکت عمودی تیغه ها عمدتاً درنقاطی استفاده می شود که سیم هوایی از بالای آن نگذرد (مثلاً سکسیونر مربوط به ترانسفورماتورها)

4-6-4 سکسیونر پانتو گراف:

این نوع سکسیونر دارای چند تکه بازوی لولایی ودو سیستم ترمینال مختلف وغیر هم سطح دربالا وپایین بوده وکنتاکتهای مخصوص گیره ای دارد که به همراه سیستم ترمینال بالایی می باشد. سیستم ترمینال پایین دارای دو محل برای اتصال هادی ازدو طرف می باشد. در سکسیونر پانتوگراف کمترین فاصله افقی و عمودی مورد نیاز می باشد و سکسیونر فاصله ایمنی خاصی را در این رابطه (فاصله افقی وعمودی) احتیاج ندارد وعمدتاً جهت انشعاب از باس بارهای هوایی ودر اشکال خاص شینه بندی بکار می رود.انتخاب هر یک از انواع سکسیونرهای بستگی به نحوه شینه بندی وجانمائی پست داشته واز یک طرح به طرح دیگر با توجه به کاربردها و محدودیتها تفاوت دارد .در ارتباط با پستهای 230و 400 کیلو ولت استفاده از سکسیونر افقی با قطع از دو قطع ازدو نقطه به دلیل افزایش فاصله فاز- فاز و تمرکز نیروی دورانی روی یک محور بجای دو محور نسبت به نوع سکسیونر افقی با قطع از یک نقطه توصیه نمی شود . مضافاً اینکه براساس نتیج بدست آمده از پرسشنامه های فنی- آماری پروژه اکثریت قاطع پاسخ دهندگان سکسیونر افقی را به نوع عمودی ترجیح داده و همچنین د رنوع افقی، سکسیونر را با قطع از یک نقطه رابه دلیل عملکرد بهتر وتعمیرات ارجع دانسته اند.

لذا ازمیان چهار نوع سکسیونر معرفی شده فوق عمدتاً نوع افقی با قطع از یک نقطه و در پاره ای موارد وباتوجه به شینه بندی وجانمایی پست ازسکسیونرپانتوگراف استفاده می شود.

4-7 نوع مکانیسم وعملکرد :

عمل قطع و وصل سکسیونر وتیغه های زمین مستلزم صرف انرژی مکانیکی می باشد اما با توجه به اینکه عمل قطع و وصل سکسیونر وتیغه های زمین در شرایط بی باری وتنها در زیر ولتاژ انجام می گیرد ونیازی به قطع جریان ندارد لذا بر خلاف کلیدهای قدرت سرعت قطع و وصل چندان مورد نظر نبوده وبنابراین بسته به شرایط بهره برداری می تواند توسط سه روش زیر انجام گیرد:

1- سکسیونر با مکانیسم عملکرد موتوری

2- سکسیونر با مکانیسم عملکرد دستی

3- سکسیونر با مکانیسم عملکرد موتوری- دستی

هریک از انواع مکانیسم های عملکرد فوق توسط کلیه سازندگان ساخته می شود ، نوع مکانیسم بسته به اینکه عملکرد وکنترل پست ویا مرکز دیسپاچینگ انجام انجام گیرد ودر پاره ای موارد به سبب بزرگ بودن ابعاد سکسیونر ونیاز به نیروی زیاد جهت عملکرد آن بصورت دستی یا موتوری انتخاب می شود.در سکسیونرهای رده 400و230 کیلو ولت به دلیل بعد مسافت در پستهای مربوطه، بزرگ بودن سکسیونر و لزوم کنترل سکسیونر از اطاق کنترل و دیسپاچینگ همواره عملکرد سکسیونر بصورت موتوری ( با امکان دستی د ر موارد اضطراری ) می باشد . در مورد تیغه های زمین به علت عدم احتیاج به کنترل ازراه دور ( اطاق کنترل و مرکز دیسپاچینگ ) واستفاده ازآن فقط به منظور تعمیرات وبه دلایل اقتصادی عموماً عملکرد آن بصورت دستی انجام می شود . مگر در پاره ای موارد که به لحاظ اهمیت فیدر مربوطه و یا شرایط اقلمی استفاده از مکانیسم موتوری الزامی بوده ویا اینکه از نظر اقتصادی توجیه پذیر باشد که در این موارد مکانیسم موتوری برای تیغه های زمین انتخاب می گردد.ضمناً نتایج بدست آمده از پرسش نامه های فنی- آماری پروژه نیز مؤید نظر شرکتهای برق دایر بر استفاده از عملکرد دستی در تیغه های زمین می باشد. همچنین پیش بینی لازم برای عملکرد سکسیونر از مراکز دیسپاچینگ برای پستهای بدون اپراتور در نظر گرفته شود.

4-8 معیار های طراحی و انتخاب سکسیو نر ها وتیغه های زمین :

1- ولتاز نامی : ولتاز نامی سکسیو نر ها و تیغه های زمین طوری انتخاب می شودکه مقدار آن حداقل مساوی حداکثر ولتاژ سیستم در نقطه ای که سکسیو نر و تیغه های زمین نصب می شود باشد. مطابق استاندارد IEC شماره 694 مقادیر ولتاژ نامی استاندارد بر حسب کیلو ولت برای سکسیونر و تیغه های زمین عبارتند از :

3.6- 7.2 – 12- 17.5 – 24 – 36 – 52 – 72.5 – 100 – 132 – 145 – 170 – 245 – 300- 362- 420 – 765 KV

که ولتاژ نامی سکسیو نر ها و تیغه های زمین با توجه به مقدار حداکثر ولتاژ برای پست مورد نظر در موزد سیستم 230 و 63 کیلو ولت ولتاژ نامی را به ترتیب برابر 245و 5/72 کیلو ولت انتخاب می کنند .

2- سطوح عایقی نامی : سطوح عایقی سکسیونر و تیغه های زمین بر اساس نتایج بدست آمده از مطالعات هماهنگی عایقی پروژه و با توجه به مقادیر استاندارد شماره 694 داده شده انتخاب می گردد. ضمنا سکسیونر با ولتاز نامی 300 کیلو ولت و بالاتر با توجه به ولتاژ استقامت عایقی موج کلید زنی بین کنتاکت ها با دو کلاس A و B تقسیم شده اند که انتخاب کلاس B در این مورد توصیه می شود.

لازم به یاد آوری است که مقادیر داده شده درجداول فوق برای شرایط محیطی استاندارد بوده و مقادیر ولتاز ها بایستی با توجه به شرایط محیطی واقعی تصحیح شود.

3- فرکانس نامی: مقاذیر استاندارد فرکانس برای تجهیزات قطع و وصل برابر 50 و 60 هرتز است که در مورد شبکه ایران این مقدار 50 هرتز می باشد.

4 – جریان نامی ( فقط برای سکسیونر و نه تیغه های زمین) : جریان نامی یک تجهیز قابل قطع و وصل عبارت است از قدرا موثر جریانی که وسیله مربوطه در شرایط مشخص استفاده قادر به عبور دادن آن بطور پیوسته باشد. مقدار جریان نامی سکسیونر با توجه به نتایج پخش بار و جریان اتصال کوتاه برای محل نصب سکسیونر و با در نظر گرفتن روند افزایش با ر بر اساس برنامه ریزی های توسعه سیستم و همچنین نوع شینه بندی از مقادیر جدول استاندارد IEC شماره129 تعیین می شود.

5 - جریان نامی اتصال کوتاه کوتاه مدت : این جریان عبارت است از مقدار موثر جریانی که یک دستگاه مکانیکی قابل قطع و وصل در وضعیت بسته در خلال یک مدت زمان کوتاه و تحت شرایط مشخص می تواند از خود عبور دهد. مقدار این جریان با توجه به محاسبات اتصال کوتاه و بر اساس مقادیر استاندارد IEC شماره 129 می شود.

6 - جریان پیک قابل تحمل : این جریان عبارت است از بزرگترین پیک مربوط به جریان نامی اتصال کوتاه که سکسیونر می تواند در وضعیت بسته و تحت شرایط مشخص از خود عبور دهد. مقدار استاندارد این جریان 205 برابر مقدار موثر جریان نامی اتصال کوتاه است. ضمنا در صورتی که سکسیونر مجهز به تیغه های زمین باشد مقدار جریان نامی پیک تیغه های زمین نیز بایستی حداقل مساوی جریان نامی پیک سکسیونر مربوط باشد.

7 - جریان نامی وصل اتصال کوتاه ( فقط برای تیغه های زمین ) : مقدار این جریان برای تیغه های زمین سکسیونر مساوی جریان نامی پیک قابل تحمل آن خواهد بود . ضمنا تیغه های زمین یک سکسیونر بایستی قادر به وصل هر جریانی تا مقدار جریان نامی وصل اتصال کوتاه تحت هر ولتاژی تا ولتاژ نامی اش باشد.

8 – مدت زمان جریان اتصال : این جریان عبارت است از مدت زمانی که یک دستگاه مکانیکی قابل قطع و وصل در وضعیت بسته بتواند جریانی معادل جریان نامی اتصال کوتاه از خود عبور دهد مقدار این جریان مطابق استاندارد یک ثانیه بوده ولی در مواردی که مدت بیشتری مورد نظر باشد 3 ثانیه توصیه شده است. برای زمانهای جریان اتصال کوتاه بیشتر از مقدار نامی در صورتی که ازطرف سازنده سکسیونر یاتیغه های زمین فرمول دیگری داده نشده باشد رابطه I^2 t برابر ثابت در نظر گرفته شود

فلیکر و هارمونیک

هارمونيك‌ها
يكي از مسائل و مشكلات كيفيت برق در سيستمهاي توزيع، فوق توزيع و انتقال مساله هارمونيكها است كه توجه زيادي را به خود جلب كرده است.
شركت‌هاي برق بايد تمهيداتي را ارايه كنند تا از آسيب‌ديدگي تجهيزات مشتركين، اعم از خانگي و صنعتي جلوگيري شود. از طرف ديگر با توجه به اينكه ايجاد يك موج كاملاً‌ سينوسي از طرف شركت‌هاي برق نمي‌تواند تضمين شود، لذا مشتركين بايد اعوجاجات توليد شده توسط تجهيزات خود را محدود كنند.
منابع توليد هارمونيك
- سيستم‌هاي HVDC
- تجهيزات مورد استفاده در كنترل‌شونده‌هاي سرعت ماشين‌هاي الكتريكي
- استفاده زياد از يكسو‌كننده‌ها براي شارژ باطري‌ها
- جريان مغناطيسي ترانسفورماتور
- بارهاي غيرخطي شامل دستگاه‌هاي جوشكاري
- كوره‌هاي القايي و الكتريكي
- توليد شكل موج سينوسي توسط ماشينهاي سنكرون ناشي از وجود شيارها و عدم توزيع يكنواخت سيم‌پيچهاي استاتور
- كاربرد S.V.C به عنوان ابزار مهمي در كنترل توان راكتيو
مقادير موثر و اعوجاجهاي هارمونيكي كلي
چندين نوع اندازه‌گيري معمولي براي نشان دادن حجم و اندازه‌ هارمونيك يك شكل موج توسط يك عدد وجود دارد. يكي از معمولي‌ترين آنها مجموع اغتشاش هارمونيكي (T.H.D) است، كه مي‌توان آن را براي ولتاژ يا جريان بدست آورد.
كه M2 مقدار موثر مولفه‌ها هارمونيك hام از كميت M است. T.H.D مقدار موثر مولفه‌هاي هارمونيكي يك موج مغشوش شده است و نشانگر مقدار انرژي گرمايي هارمونيكها نسبت به مقدار اصلي است.
فليكر
فليكر در حقيقت يك احساس شخصي از كم و زياد شدن ميزان روشنايي است كه بصورت سوسوزدن نور لامپهاي رشته‌اي ظاهر مي‌شود.
عوامل تاثيرگذار بر فليكر
هر پديده‌اي كه باعث تغييرات مقدار موثر ولتاژ منبع تغذيه مي‌شود به عنوان عامل ايجاد‌كننده فليكر شناخته مي‌شود.
سوئيچ كردن بارهاي مختلف مي‌تواند باعث به وجود آمدن پديده فوق شود، زيرا عموماً‌جريان هجومي در ملاحظه راه‌اندازي (سوئيچ كردن) از جريان حالت دائمي بيشتر است.
راه‌اندازي موتورها يكي از منابع معمول و اصلي ايجاد فليكر در شبكه‌ها است. اين دسته‌بندي كلي از موتورها شامل انواع فنها، پمپها، كمپرسورها، دستگاههاي تهويه مطبوع، يخچال‌‌ها، آسانسورها و غيره است. همچنين بارهايي كه به صورت متناوب كار مي‌كنند مانند دستگاههاي جوش قوسي يا نقطه‌اي، كوره‌هاي قوسي يا القايي باعث تغييرات ناگهاني در ولتاژ تغذيه شده و در نتيجه باعث ايجاد فليكر مي‌شوند. از منابع ديگر ايجاد كننده فليكر مي‌توان به سوئيچ كردن خازنهاي تصحيح ضريب قدرت در شبكه اشاره كرد.

رله ديستانس

رله ديستانس يك رلة حفاظتي است كه زمان قطع آن تابع مقاومت طول سيم مي‌باشد. در اغلب اوقات بايد زمان قطع رله تابع محل اتصال كوتاه نسبت به رله باشد و از اين جهت بايد زمان قطع رله، تابع جهت يعني از انرژي اتصال كوتاه نيز گردد. لذا هر چه محل اتصالي از رله دورتر باشد، مقاومت ظاهري قطعه سيم بين محل اتصال تا رله بزرگتر شده و در نتيجه مقاومت اهمي و غير اهمي آن نيز بزرگتر مي‌گردد.
عامل مؤثر در لة ديستانس مي‌تواند يكي از عوامل : 
1. مقاومت ظاهري ( امپرانس)
2. هدايت ظاهري ( ادميتانس) 
3. مقاومت اهمي ( دزيستانس)
4. هدايت اهمي ( كندوكتانس) 
5. مقاومت غيراهمي ( راكتانس)
6. امپدانس اختلاط 
7. هدايت غيراهمي ( سوسپتانس ) باشد.
حال : 
رله‌اي كه كميت Z را مي‌سنجد رلة امپدانس است و رله‌اي كه كميت X را مي‌سنجد رلة راكتانس مي‌نامند.
رلة ديستانس را مي‌توان جهت حفاظت هر نوع شبكه‌اي با هر فشار الكتريكي بكار برد. براي حفاظت شبكه‌هاي با ولتاژ بالاتر از kg60 امروز فقط از رلة ديستانس استفاده مي‌شود در ضمن مي‌توان به كمك رلة ديستانس ترانسفورماتورها و ژنراتورها را نيز حفاظت نمود. در شبكه‌هاي بزرگ اگر براي حفاظت در مقابل جريان‌هاي زياد خارجي از رلة جريان زياد زماني استفاده شود، زمان قطع رله در صورتيكه يك اتصالي حتي اورشين ، بلافاصله بعد از ژانراتور نيز اتفاق افتد، در حدود 8-7 ثانيه طول خواهد كشيد و چنانچه ديده مي‌شود، زمان عبور جريان اتصال كوتاه از ژنراتور بقدري طولاني مي‌شود كه ممكن است سبب خراب شدن ايزولاسيون سيم‌پيچي ژنراتور و ايجاد اتصال داخلي شود، لذا از اينجهت است كه در شبكه‌هاي بزرگ براي كوتاه كردن اين زمان از رلة ديستانس ، امپدانس استفاده مي‌شود. 
زمان قطع رلة ديستانس معمولاً در حدود 0.1 ثانيه است، استفاده از رلة امپدانس نيز اين برتري را دارد كه در موقع اتصالي‌اش ، رلة امپدانس بطور سريع در زمان خيلي كوتاه (0.1 ثانيه) ژنراتور را قطع مي‌كند.
رلة ديستانس براي حفاظت ترانسفورماتور در موقع اتصال خارجي، بخصوص در موقع اتصال يش ، بكار برده شده و در طرفي از ترانسفورماتور كه به ليش وصل است نصب مي‌شود.
در صورتيكه ترانسفورماتور بين دو شبكة فرعي نصب شده باشد، (ترانسفورماتور كوپلاژ) چون اتصالي در هر يك از شبكه‌ها، سبب عبور انرژي اتصال كوتاه از ترانسفورماتور كوپلاژ مي‌شود، بايد در هر دو طرف ترانسفورماتور رلة ديستانس نصب گردد. براي حفاظت ترانسفورماتور مي‌توان از رلة ديستانس جهت‌دار كه جهت آن بطرف يشن است و يا از رلة ديستانس معمولي بدون عضو جهت‌ياب استفاده نمود.
براي حفاظت سلكيتو و تصحيح شبكه‌هاي خطي كه از دو طرف تغذيه مي‌شود و يا شبكه حلقه‌اي كه از يك محل تغذيه مي‌شود، علاوه بر شدت جريان و زمان از عامل ديگري مثل جهت جريان اتصال كوتاه نيز استفاده مي‌شود، و حفاظت شبكه‌هاي تار عنكبوتي و شبكه‌هايي كه از چند نقطه تغذيه مي‌شوند بوسيلة رلة جريان زياد كه داراي درجه‌بندي زماني ثابت و معيني مي‌باشد ممكن نيست، بلكه بايستي از رله‌اي كه زمان قطع آن متناسب با امپدانس يا فاصلة محل اتصالي از مولد باشد استفاده شود كه براي اين منظور از رلة ديستانس استفاده مي‌شود. اين رله اتصال كوتاه نزديك به مولد را سريعتر و اتصال كوتاه در فاصلة دورتر را ديرتر قطع مي‌كند ، عامل موثر مقاومت پس محل اتصالي و مولد مي‌باشد.
زمان قطع در رله‌ها مدرن امروزي متناسب با فاصلة محل اتصالي از مولد، بطور يكنواخت زياد نمي‌شود بلكه اين تغييرات جهشي و پله‌اي شكل انجام مي‌شود و فاصلة محل خطا توسط سنجش مقاومت سيم لين محل خطا و محل نصب رله معين مي‌شود.
رلة ديستانس داراي اين مزيت است كه اولاً شبكه اتصال شده را در كوتاهترين مدت ممكنه بطور سلكيتو مشخص و از شبكه جدا مي‌كند و ثانياً اگر نزديكترين را به محل اتصال عمل نكرد، رله بلافاصله بعد آن عمل مي‌كند و بطور خودكار شبكه شامل يك يا چند رلة رزرو نيز مي‌شود بدون اينكه حقيقتاً رلة رزروي در شبكه نصب شده باشد.
رلة ديستانس بهترين رله براي حفاظت شبكه‌هاي انتقال انرژي مي‌باشد. زيرا فقط بوسيلة چنين دستگاهي هر نوع اتصال در هر كجاي شبكه در كمترين مدت قطع مي‌شود و بهمين جهت براي حفاظت شبكه‌هاي فشار قوي و فشار متوسط از رلة ديستانس استفاده مي‌شود.
براي حفاظت سيمهاي كوتاه ، مثلاً در داخل نيروگاه و يا پست ترانسفورماتورها بعلت كوچك بودن امپدانس آن نمي‌توان از رلة ديستانس استفاده كرد لذا در اينگونه مواقع بيشتر از رلة ديفرنسيال استفاده مي‌شود.
رلة ديفرنسيال براساس مقايسة جريانها ( تراز جرياني) كار مي‌كند و بدينوسيله جريان در ابتدا و انتهاي وسيله‌اي كه بايد حفاظت شود سنجيده شده و با هم مقايسه مي‌شود اين تفاوت جريان در دو طرف محدودة حفاظت شده اغلب در اثر اتصال كوتاه يا اتصال زمين و غيره بوجود مي‌آيد. در صورتيكه قبل از اتصال شدن مسلماً جريانهاي دو طرف با هم برابر هستند.
رلة ديفرانسيل فقط محدودة داخل خود را حفاظت مي كند و از اين جهت از آن بيشتر براي حفاظت ترانسفورماتورها، ژنراتورها و موتورهاي فشارقوي و شين‌ها استفاده مي‌شود و چون از اول واشهاي محدودة حفاظت شده بايد سيم‌هاي سنجش به محل رله كشيده شود.
براي رله ديفرنسيال معمولاً از يك رله جرياني ( رله آمپريك) ساده استفاده مي‌شود و جرياني كه رله را بكار مي‌اندازد. برابر با تفاوت جريانهاي زكوندر ترانسفورماتور مي‌باشد.
براي نشان دادن اتصال زمين در ژنراتور مي‌توان از مدار رله ديفرنسيال استفاده كرد بطوريكه رلة اتصال زمين سين نقطة صفر رلة ديفرنسيال و نقطة اتصال ستاره ترانسفورماتور جريان بسته مي شود و بدينوسيله از بكار بردن ترانسفورماتور جريان اضافي جهت رلة اتصال زمين صرفنظر مي‌شود.
اگر يك اتصال بدنه در ژنراتور يا اتصال زمين در كابل رابط پس ژنراتور تا ترانسفورماتور جريان اتفاق افتد از هر سه فاز، جريان اتصال زمين عبور مي‌كند كه از نظر قدر مطلق و فاز با هم برابر هستند لذا اين سه جريان در سيم پيچي زكوند ترانسفورماتورها القاء شده و مجموع آنها از رلة اتصال زمين مي‌گذرد و با زمين مدارش بسته مي‌شود. در صورتيكه اتصال زمين بعد از ترانسفورماتور جريان ( در شبكه يا در سيم‌هاي هوائي) باشد باز هم جريان اتصال زمين از محل اتصال شده عبور مي‌كند ولي نتيجة جريانها در طرف زكوندر ترانسفورماتورها جريان صفر يا نزديك صفر خواهد بود، لذا رلة اتصال زمين بدون جريان مي‌ماند.
رلة ديفرنسيال جريانهاي دو طرف ترانسفورماتور را با در نظر گرفتن نسبت تبديل و نوع اتصال مي‌سنجد و مقايسه مي‌كند.
همانطور كه مي‌دانيم مجموع جريانهاي ورودي و خروجي ترانسفورماتور بدون عيب با در نظر گرفتن نسبت تبديل آن بايد برابر صفر باشد. ولي بعلت جريان مغناطيسي كننده و متفاوت بودن منحني مشخصات ترانسفورماتورها و جريان و غيره نتيجة جريانها در دو طرف قدري بزرگتر از صفر خواهد بود.
از آنجا كه جريانهاي دو طرف ترانسفورماتور توسط رلة ديفرنسيال با هم مقايسه مي‌شوند بايد ترانسفورماتورهاي جرياني كه در دو طرف فشار قوي و ضعيف‌ ترانسفورماتور بسته مي‌شوند، بطريق انتخاب شوند كه جريانهاي زكوندر ترانسفورماتورها جريان دو طرف ترانسفورماتور از نظر قدر مطلق و فاز با هم كاملاً برابر باشد.
جريانها از نظر قدر مطلق موقعي با هم برابر مي‌شوند كه نسبت ضريب تبديل ترانسفورماتورهاي جريان دو طرف فشار قوي و ضعيف برابر با عكس ضريب تبديل ترانسفورماتور قدرت باشد.
رله ديفرنسيال كه براي حفاظت ترانسفورماتور بكار برده مي‌شود نبايد داراي حساسيت زياد باشد زيرا در ترانسفورماتورهاي سالم نيز اغلب تفاوت جرياني در دو طرف سيم‌پيچي زكوندر (ثانيه) ترانسفورماتور جريان ظاهر مي‌شود. اين جريان ( تفاوت جريان) اولاً توسط جريان مغناطيسي ( جريان بدون بار) و در ثاني توسط برابر نبودن منحني مغناطيسي ترانسفورماتورهاي جرياني كه در دو طرف ترانسفورماتور نصب شده است مخصوصاً در جريان خيلي زياد ايجاد مي‌شود.
حفاظت يش توسط رلة ديفرنسيال ، در حالت عادي و نرمال، مجموع جريانهايي كه از يش گرفته مي‌شود برابر جريانهايي است كه به سيش وارد مي‌شود. يا بعبارت ديگر مجموع برداري جريانهاي كلية انشعابهاي شيي صفر است. در موقع بروز خطا درسيش، مجموع جريانها صفر نمي‌شود، بلكه جريان باقيمانده‌اي بوجود مي‌آيد كه مي‌توان از آن جهت حفاظت شي استفاده كرد.
از رلة ساده ديفرنسيال بعلت ناپايدار بودن آن در مقابل خطاهاي ترانسفورماتور جريان در موقع عبور جريان اتصال كوتاه نمي‌توان در حفاظت استفاده كرد از اينجهت براي حفاظت شي از رلة ديفرنسيال پايدار مخصوصي استفاده مي‌شود. براي پايدار كردن رله، مجموع قدرمطلق تمام جريانها تشكيل داده مي‌شود. كه اين عمل توسط يكسو كردن يكايك جريانها و جمع كردن آنها بوسيله مدار جمع ‌كننده انجام مي‌گيرد. در حفاظت شي‌هاي چندتايي بايد نحوة حفاظت طوري باشد كه هر كدام از شي ها داراي وسيلة حفاظتي مخصوص بخود باشد از اين جهت براي حفاظت شيني‌هاي چندتايي به تعداد سيش‌هاي رلة ديفرنسيال لازم است و هر كدام از اين رله‌ها با يك رله فرعي كه از سيش مخصوص خود ( توسط سكسيونر همان شي) فرمان مي‌گيرد مرتبط است.
حفاظت شبكة فشارقوي توسط رله ديفرنسيال (روش مقايسه) بدو دسته طول، براي سيمهاي موازي ( سيش دوبل) تقسيم مي‌شود. اين طريقه حفاظت به جهت اينكه فقط خطاي موجود در محدودة خود را تعيين مي‌كند و نمي‌تواند حتي بعنوان رزرو، حفاظت قسمتهاي ديگر شبكه را بعهده بگيرد نسبت به رله‌هاي ديگر مثل رلة جريان زياد زماني و رلة ديستانس در درجة دوم اهميت قرار دارد. لذا از اينجهت هيچگاه سيمي را فقط با روش مقايسه حفاظت نمي‌كنند. بلكه هميشه اين روش حفاظتي در كنار رلة جريان زياد زماني و يا رلة ديستانس در شبكه بكار برده مي‌شود.
كليد‌هاي فشار قوي برحسب وظايفي كه بعهده دارند به دسته‌هاي 
1. كليد بدون بار يا سكسيونر
2. كليد قابل قطع زير بار يا سكسيونر قابل قطع زيربار
3. كليد قدرت يا ديژنكتور Circuit Breaker 
انواع كليدهاي قدرت C.B : 
1. كليد روغني كه از متداولترين كليدهاي فشارقوي با قدرت قطع بالا مي‌باشد.
در كليد روغني در درجة اول از روغن بعنوان عايق استفاده مي‌شود و بدين جهت هر چه فشار الكتريكي شبكه بيشتر باشد حجم روغن داخل كليد نيز زيادتر مي‌گردد. بطوريكه وزن روغن در كليد روغني KV 220 نزديك به 20 تن مي‌رسد و همين حجم زياد روغن يكي از بزرگترين معايب اين كليد بخصوص در مواقع آتش‌سوزي است.
كليد قدرت علاوه بر اينكه جريان اتصال كوتاه را قطع مي‌كند، بايد قادر باشد مدار اتصال كوتاه شده را نيز به شبكه برق وصل كند يا بعبارت ديگر در زير اتصال كوتاه وصل شود. از آنجا كه در اين حالت در لحظة وصل جريان اتصال كوتاه ضربه‌اي شديد از كليد مي‌گذرد. در اطراف كليد حوزة الكترومغناطيسي شديدي ايجاد مي‌شود كه سبب لرزش كشاكتها و كم شدن سطح تماس كشاكتها مي‌شود كه نتيجة آن بوجود آمدن نقطه جوشهايي در سطح كشاكتها و از كار افتادن كليد مي‌شود. براي جلوگيري از اين ارتعاشات بخصوص در كليدهاي فشارقوي هر قطب كليد داراي محفظة احتراق مخصوص بخود مي‌باشد.
2. كليد كم روغن ، در موقع جدا شدن دو كشاكت كليد زير بار دو محفظة روغني جرياني كه از آخرين نقطة تماس فلزي كشاكت مي‌گذرد باعث گداخته شدن و تبخير فلز ( مس) مي‌شود و با آن پايه و اساس جرقه يا قوس الكتريكي بين دو كشاكت جدا شده گذاشته مي‌شود. حرارت زياد جرقه روغن اطراف قوس را تبخير و ايجاد يك حباب گازي يا فشار زياد مي‌كند اين حباب گازي از لايه‌هاي مختلفي تشكيل شده كه از ديدگاه روغني به طرف مركز قوس عبارتند از :
الف ـ لاية بخار مرطوب روغن 
ب ـ لاية بخار داغ و خشك 
ج ـ لاية اطراف قوس مركب از C2H2 و H2 و H با حرارتي در حدود 1000 تا 5000 درجه كلوين .
كه كليد كم روغن بدو صورت قطع جريان كم و قطع جريان زياد بكار مي‌رود، كه اكثر كليدهاي كم روغن بر پايه قطع جريان زياد ساخته مي‌شوند بدين جهت كه ايجاد فشار و به جريان انداختن گاز در يك زمان معين و حساب شده شما راه حل صحيح قطع جرقه در روغن است . لذا قطع سريع جرقه در زمان يك نيمه پريود علاوه بر اينكه براي تأسيساتي برق بسيار مهم و با ارزش است، در ساختمان خود كليد نيز بسيار مؤثر است. زيرا بعلت قطع فوري جرقه اثرات حرارتي و مكانيكي آن نيز بر روي كشاكتها و محفظة احتراق كوچكتر مي‌شود و علاوه بر اينكه دوام كليد را بالا مي‌برد خود كليد نيز ارزان تهيه مي‌شود.
3. كليد اكسپانزيون:كليد راست كه در آن از آب بعنوان مادة خاموش ‌كنندة جرقه استفاده شده است و بهمين جهت اغلب كليد آبي ناميده مي‌شود. يكي از بهترين خواص اين كليد اين است كه چون آب داخل محفظة احتراق قابل اشتعال نيست هيچگونه انفجاري كليد را تهديد نمي‌كند و مانند كليدهاي روغني باعث آتش‌سوزي نمي‌شود.
هر قطب كليد داراي يك محفظة احتراق مخصوص خود است كه با مقداري آب و ماده ضريح پر شده است. محفظة احتراق كليد توسط دو رينگ الاستيكي ثابت نگهداشته مي‌شود و در صورتيكه فشار داخل محفظه بعلت تراكم گاز از حد معيني تجاوز كرد محفظة احتراق قدري بطرف بالا كشيده مي‌شود. و مقداري از گاز داخل محفظه به بيرون راه پيدا مي‌كند و در آب سرد محفظة ديگر تقطير مي‌شود. 
در كليدهاي اكسپانزيون با ولتاژ زياد بجاي آب از روغن مخصوص كه نقطة اشتعال آن خيلي بالاست استفاده مي‌شود.
4. كليد هوائي : در كليدهاي قبلي مادة اولية خاموش كنندة جرقه مايع است و چون در اين نوع كليدها عواملي كه در خاموش كردن جرقه مؤثر هستند در اثر انرژي خود جرقه از تجزية روغن تهيه و آماده مي‌شوند، همه آنها كم و پيش تابع شدت جريان زمان قطع هستند. بعباردت ديگر قدرت جرقه تابع شدت جريان است. ولي در كليد هوائي اولاً براي خاموش كردن جرقه و خارج كردن يونها و خنك كردن جرقه از هواي سرد تحت فشار استفاده مي‌شود و در ثاني اين تنها كليدست كه قدرت خاموش كنندگي آن مستقل از جريان است و فقط تابع هواي كمپرس شده ايست كه قبلاً در يك منبع ذخيره شده و با فشار ثابت و مقدار ثابت براي هر شدت جرياني بداخل محفظة احتراق هدايت مي‌شود. 
در كليدهاي هوائي بخصوص در فشار كم و متوسط ، كشاكت ثابت معمولاً بصورت قيف ساخته مي‌شود كه در داخل آن كشاكت ميله‌اي متحرك جاي مي‌گيرد و با تماس با آن كليد بسته مي‌شود. در موقع قطع كليد، كشاكت ميله‌اي از كشاكت ثابت جدا مي‌شود و اين دو كشاكت ابتدا در هواي ساكن موجود در محفظه جرقه حاصل مي‌گردد، طول اين قوس را كوتاه نگه مي‌دارند تا كار كليد كوچك شود. در ضمن بايد فاصلة دو كشاكت بحدّي باشد كه پس از خاموش شدن جرقه اين فاصله بتواند فشار برگشت شده‌ روي دو كشاكت را حفظ كند. بعبارت ديگر بايد فاصلة هوائي دو كشاكت استقامت الكتريكي كافي براي ولتاژ شبكه را داشته باشد.
5. كليد گاز سخت ( جامد) در پستها و شبكه‌هاي برق كوچك كه داراي تأسيساتي محدود و فاقد دستگاه كمپرسور و تهيه هواي فشرده مي‌باشند نصب كليدهاي هوائي اطراف اهوار فشرده) مقرون به صرفه نيست و بدين جهت اغلب از كليه اكسپانزيون (آبي) و يا از كليد گاز جامد نيز مانند كليدهاي روغن و كم روغن، گازي كه باعث خاموش كردن و برنگشتن جرقه مي‌شود، توسط خود جرقه بوجود مي‌آيد. لذا قدرت قطع اين كليد نيز تابع شدت جريان قطع است.
كليد گاز جامد جريان خيلي زياد را در اولين نيم پريود بمحض عبور جريان از عنصر و درست در همان موقعي كه لوله كشاكت دهندة مجراي خروجي گاز را باز مي‌كند قطع مي‌نمايد در صورتيكه جرقه جريانهاي كم و در فاصله بيشتر دو كشاكت و در زمان دومين نيمه موج قطع مي‌شود. اين كوتاه بودن زمان جرقه بعلت گاز شديدي است كه از عايق‌ها متصاعد مي‌شود و بهمين جهت سطوح ميله و لولة جرقه‌گير عايق نيز خيلي زود فرسوده و و مستحمل نمي‌شود. معمولاً پس از هر چند صدبار قطع احتياج به تعويض پيدا مي‌كنند. اين كليدها براي اختلاف سطح تا kg20 و قدرت قطع تا muA 200 ساخته مي‌شوند.
6. كليد SF6 : در اين نوع كليد از گاز SF6 بعنوان مادة خاموش كنندة جرقه و عايق بين دو كشاكت و نگهدارندة ولتاژ استفاده شده است. گاز SF6 الكترونهاي آزاد را جذب مي‌كند و ايجاد يون منفي بودن تحرك مي‌كند در شچه مانع ايجاد ابربهمني الكترونها كه باعث شكست عايق و ايجاد جرقه مي‌شود مي‌گردد. بطوريكه استقامت الكتريكي گاز SF6 به 2 تا 3 برابر استقامت الكتريكي هوا مي‌رسد. گاز SF6 از نظر شيميايي كاملاً با ثبات است وصل تركيبي آن خيلي كم و غير رسمي مي‌باشد و تقريباً 5 برابر هوا وزن دارد و در مقابل حرارت زياد نيز پايدار و غيرقابل اشتعال است.
اين كليد داراي يك كمپرسور و محفظة احتراق مي‌باشد در اين كليد از يك كشاكت ثابت و يك كشاكت متحرك استفاده نشده است بلكه قسمت اصلي كليد تشكيل شده از دو لولة ثابت كه به فاصلة معيني متناسب با ولتاژ نامي كليد در مقابل هم قرار گرفته‌اند. ارتباط اين دو لوله در حالت وصل كليد توسط موف انگشتانه مانند فلزي بنام موف اتصالي انجام مي‌گيرد. كمپرسور تشكيل شده از يك سيلندر عايق پر از گاز كه بوسيلة ميلة فرمان مخصوصي بطرف پايين و بالا حركت مي‌كند و در ضمن باعث قطع و وصل كليد نيز مي‌شود.
در قسمت تحتاني اين سيلندر عايق يك پيستون رينگ مانند بطور ثابت نصب شده است. اين مجموعه در موقع قطع كليد مانند يك كمپرسور و انژكتور عمل مي‌كند. با اين تفاوت كه گاز داخل كمپرسور با فشردن پيستون متراكم نمي‌شود، بلكه با پايين آمدن لولة سيلندري فشرده و متراكم مي‌شود . در موقع قطع كليد، كمپرسور كه در حقيقت بعنوان دستگاه تراكم كننده و دمنده گاز عمل مي‌كند بوسيلة اهرمي كه فرمان قطع را اجرا مي‌كند بطرف پايين كشيده مي‌شود. در اين حالت گاز SF6 داخل كمپرسور متراكم مي‌شود و موقعي كه گاز تراكم لازم براي مجراي ورود گاز از دو طرف جرقه باز مي‌شود و كمپرسور تبديل به انژكتور مي‌گردد. گاز تحت فشار بطور عمودي بر قوس وارد شده و در امتداد طول قوس در داخل لوله‌ها جريان پيدا مي‌كند و باعث قطع سريع جرقه در زمان عبور جريان از صفر مي‌شود. سپس از قطع كامل جريان سيلندر عايق كمپرسور در محل معين بطور ثابت قرار مي‌گيرد. در موقع وصل كليد سيلندري عايق مجدداً بالا مي‌رود و فضاي فال آن از گاز SF6 پر مي‌شود و كليد آماده براي قطع مجدد مي‌گردد. براي ولتاژهاي 130 k و 230k فرمان قطع و وصل كليد هيدروكيل است.
7. كليد خلاء : اصولاً الكترونهاي آزاد باعث هدايت جريان در فلزات و ايجاد قوس الكتريكي در عايق‌ها مي‌شوند. لذا در خلاء كامل چون هيچ عنصري وجود ندارد كه حاصل الكترونها باشد، بايد جدا شدن دوكشاكت فلزي جريان دار به احتمال قوي بدون ايجاد جرقه انجام بگيرد. لذا كليدهاي فشار قوي كه كشاكتهاي آن در خلاء از هم جدا شوند ساخته و از سه قسمت اصل زير تشكيل شده است : 
1. كپسول خلاء از فولا و كرم نيكل با كشاكتورها 
2. نگهدارند] کشاکتورها و ایزولاتورها 
3. وسایل مکاکنیل رسانای فرمان قطع و وصل.
کشاکتهای اتصال دهنده این کلید در یک کپسول فلزی خلاء شده قرار دارند و عمل قطع و وصل کلید در این کپسول و در خلاء کامل انجام می گیرد. بعلت فشار خیلی کم داخل کپسول ( در حدود Bar ) فاصل] دو کشاکت کلید خلاء در حالت قطع برای فشار تا 30kv خیلی کم و در حدود 20 mm است در نتیجه بعلت کوچک بودن طول جرقه (20 mm) و هدایت خوب پلاسما و کوتاه بودن زمان جرقه که ماکزیمم از 6 ms تجاوز نمی کند. انرژی قوس الکتریکی در این کلید خیلی کوچکتر از کلیدهای مشابه دیگر می باشد. با توجه به اینکه اغلب قوس قبل از رسیدن جریان به صفر قطع می شود، می توان کلید را با وسیله قطع و وصل سریع مجهز کرد.

رادار ها در سیستم های مخابراتی

- تعيين فاصله نسبت به يك جسم يا اجسام: معمولا براي اجسامي كه در حركت هستند مانند هواپيماها، كشتي‌ها، قايق‌ها و... اين نوع از رادارها مي‌توانند ساده يا بسيار پيشرفته باشند كه انواع     پيشرفته حتي مي‌توانند براي مثال، نوع و مدل هواپيما را نيز شناسايي كنند.
- تعيين سرعت يك جسم متحرك
 - جهت تهيه نقشه: سفينه‌هاي فضايي و ماهواره‌ها معمولا از اين نوع رادارها جهت تهيه نقشه‌هاي سه بعدي از سطح سيارات و كرات ديگر استفاده مي‌كنند.
جحاث
رادارها براي انجام موارد ياد شده از فنون مربوط به انتشار و انعكاس امواج راديويي بهره مي‌برند.
پژواك يا انعكاس صدا:
اين ويژگي است كه همه شما تا به حال آن را آزموده‌ايد، بر اين اساس اگر كسي در يك دالان و يا يك چاه فرياد بكشد طنين‌ صداي خود را با تاخير چند لحظه‌اي دوباره خواهد شنيد. پژواك صدا هنگامي روي مي‌دهد كه امواج صوت پس از برخورد به سطوح مختلف دوباره انعكاس مي‌يابند و به سمت فرستنده بازمي‌گردند. فاصله زماني ميان ارسال صدا و دريافت مجدد آن، وابسته به ميزان مسافت بين فرستنده امواج و سطح منعكس كننده آن‌ها است. رادارها نيز به كمك ارسال امواج راديويي و دريافت امواج بازتابيده يا منعكس شده از طرف اجسام قادرند تا فاصله و سرعت حركت اجسام را برآورد و تعيين كنند.
اين شيوه در زير آب براي زيردريايي‌ها و خارج از آب و در هوا براي ديگر تجهيزات كاربرد دارد كه البته رادارهاي صوتي كه خارج از آب به كار مي‌روند چند مشكل دارند كه به شرح زير است:
- امواج صوتي، از آنجا كه قابليت شنيده شدن را دارند، ممكن است صداهاي ناشي از يك رادار صوتي، براي شما و يا همسايگان اطراف، آزاردهنده و نامطلوب باشند.
- امواج صوتي بازتابيده شده بسيار ضعيف هستند و تشخيص آنها به سختي صورت مي‌گيرد.
- عدم توانايي در ارسال امواج صوتي تا مسافت‌هاي دور.
البته بسيار يا بهتر بگوييم كه تمامي مشكل‌هاي ياد شده با استفاده از رادارهاي فراصوتي به جاي رادارهاي صوتي قابل برطرف شدن است. بر اين اساس رادارها از امواج راديويي به جاي امواج صوتي استفاده مي‌كنند. اين امواج تا مسافت‌هاي بيشتري ارسال مي‌شوند، نامرئي بوده و حتي در صورتي كه ضعيف باشند نيز به راحتي قابل تشخيص و دريافت خواهند بود.
با نگاهي به عملكرد يك رادار كنترل هوايي با ساختار اين تجهيزات بيشتر آشنا مي‌شويم. راداري كه براي كنترل هواپيماها در هوا به كار گرفته مي‌شود، قادر است تا امواج راديويي با فركانس بالا را با توان زياد به صورت هر يك ميليونيم ثانيه يك بار، ارسال كند. به بيان ديگر هر فرستنده و گيرنده رادار، هر ثانيه را به يك ميليون بخش تقسيم كرده و در هر بخش به طور متناوب يك قسمت ارسال و يك قسمت دريافت انجام مي‌دهند. به طوري كه در زمان قطع ارسال (هنگام دريافت) منتظر شنيدن امواج برگشتي مي‌ماند. با توجه به سرعت انتشار امواج راديويي كه برابر سرعت انتشار نور است، رادارها قادرند تا براساس اختلاف زمان ميان ارسال و دريافت مجدد انعكاس امواج، فاصله و سرعت هواپيماها را دقيقا برآورد كنند. جالب توجه است كه در رادارهاي مخصوص كنترل زميني، تداخل بيشتري نسبت به رادارهاي هوايي به وجود مي‌آيد چرا كه در مسير امواج اين نوع از رادارها اجسام بيشتري از قبيل كوه‌ها، درختان، ساختمان‌ها و پل‌ها و... وجود دارند.
رادارهاي رديابي سرعت چگونه كار مي‌كنند؟32
اين روزها همه ما شاهد تخلفات مختلف رانندگي و از جمله سرعت غيرمجاز و بسيار زياد در بزرگراه‌هاي شهر هستيم به طوري كه "سرعت غيرمجاز" ديگر به شكل يك قانون‌شكني عادي و روزمره درآمده است. در اين حال نيروهاي پليس و كنترل ترافيك در سراسر دنيا، براي مقابله و برخورد با تخلفات سرعت غيرمجاز خودروها، از نوعي از رادارها كه به آن‌ها رادارهاي رديابي گفته مي‌شود استفاده مي‌كنند:‌
براي آشنايي با چگونگي كاركرد رادارهاي ردياب، ابتدا بايد بدانيم كه آنها قرار است چه چيزي را رديابي كنند؟
اين تجهيزات بيشتر جهت كشف و اندازه‌گيري مقدار سرعت وسايل نقليه به كار مي‌روند، كه به اصطلاح "اسلحه سرعت" نيز ناميده مي‌شوند. اين وسايل چيزي نيستند جز يك فرستنده و گيرنده راديويي كه در قالب يك دستگاه واحد عرضه شده‌اند. فرستنده راديويي موجود در اين تجهيزات، با ايجاد نوسان، امواج الكترومغناطيسي را روي بسامدهاي مشخصي منتشر مي‌كند. همچنين در مدار فرستنده يك تقويت كننده امواج نيز تعبين شده است تا قدرت ارسال دستگاه بيشتر شود. اما بخش گيرنده اين دستگاه درست معكوس قسمت فرستنده عمل مي‌كند، يعني امواج الكترومغناطيسي را پس از دريافت از طريق آنتن، به جريان الكتريسيته تبديل مي‌كند. همان طور كه اشاره شد، رادارها از امواج راديويي براي شناسايي و تغيير حالت‌هاي اجسام گوناگون استفاده مي‌كنند به طوري كه در زماني كه امواج راديويي را در جهت يا جهاتي منتشر مي‌كنند، گيرنده آنها منتظر دريافت امواج بازتابيده (منعكس شده) از طرف اجسامي است كه در مسير سيگنال‌هاي ارسالي قرار دارند. امواج راديويي در هوا با سرعت مشخصي حركت مي‌كنند، بنابراين دستگاه‌هاي رادار با محاسبه فاصله زماني ميان ارسال تا دريافت امواج بازتابيده قادرند تا فاصله جسم و سرعت و حتي جهت حركت آن را آشكار سازند. فرآيند محاسبه سرعت اجسام بر اين اساس انجام مي‌گيرد كه اگر جسمي نسبت به رادار ثابت باشد، امواج ارسالي از رادار پس از برخورد به آن با حفظ مشخصات سيگنال ارسالي به رادار منعكس و منتقل مي‌شوند ولي اگر جسم يا مثلا اتومبيل در حال حركت باشد، سگينال راديويي ارسال شده از رادار، بعد از برخورد با آن دچار دگرگوني و تغيير (پراكندگي) شده و هر قسمت از آن از جهت متفاوتي به سوي رادار بازخواهد گشت نه به صورت متمركز. حال بر مبناي جهت حركت خودرو نسبت به موقعيت استقرار رادار، قسمت‌هاي مختلف سيگنال‌هاي بازتابيده به مرور ممكن است ديرتر و يا زودتر از قسمت‌هاي قبلي به رادار برگردند. براي مثال، در صورتي كه يك خودرو در حال حركت بوده و جهت حركت آن طوري است كه هرچه پيش مي‌رود از رادار دورتر مي‌شود، در اين حالت رادار سيگنال‌ها را در هر لحظه با تاخير بيشتري نسبت به قبل دريافت مي‌كند و بالعكس در صورتي كه خودرو به سمت رادار حركت كند و به آن نزديك شود سگينال‌ها به مرور با تاخير كمتري به گيرنده منعكس مي‌شوند، زيرا در هر لحظه از فاصله ميان خودرو و رادار كاسته مي‌شود. در نتيجه دستگاه‌هاي "اسلحه سرعت" با محاسبه و بررسي تغييرات سگينال‌هاي دريافتي قادرند تا ميزان سرعت و جهت اجسام متحرك و خودروها را تخمين زده و تعيين كنند. نكته مهم آن كه اگر يك "اسلحه راداري" از درون يك خودرو كه خود در حال حركت بوده و براي مثال سرعت آن 50 كيلومتر در ساعت است، مورد استفاده قرار گيرد، هنگامي كه بخواهيم سرعت يك خودرو را كه در جهت مخالف حركت مي‌كند محاسبه كنيم، آشكار ساز رادار پس از هدف‌گيري سرعت آن را 20 كيلومتر در ساعت تعيين مي‌كند اما حقيقت آن است كه در چنين شرايطي سرعت خودروي مقابل 70 كيلومتر در ساعت است. اخيرا نوع جديدي از اين نوع رادارها توسط پليس به كار مي‌روند كه با امواج نوري كار مي‌كنند، اين گونه وسايل كه به نام "اسلحه سرعت ليزري" شناخته مي‌شوند امروزه كاربرد وسيعي دارند.
اساس كار در رادارهاي ليزري به اين‌گونه است كه دستگاه با ارسال پرتوي ليزري مادون قرمز هنگام عبور يك وسيله نقليه از جاده فاصله زماني قطع و وصل شدن مسير پرتو كه به علت عبور خودرو انجام مي‌گيرد را سنجيده و سرعت آن را تخمين مي‌زند. اين تجهيزات هم به صورت دستي مي‌توانند مورد استفاده قرار گيرند و هم به طور ثابت نصب و سرعت خودروهاي عبوري را به صورت خودكار ثبت و ضبط كنند. در اين حالت دستگاه براساس برنامه‌ريزي قبلي، مي‌تواند طوري تنظيم شود كه هنگام عبور خودروهايي با سرعت بيش از حد مجاز تعيين شده، دوربين تعبيه شده در سيستم از آن (شماره پلاك و چهره راننده) يك عكس تهيه كرده و آن را به مركز كنترل پليس ارسال كند.
گرفته شده از:
geesu.blogfa.com 

سیستم های رادیویی تروپوسکتر

انتشار مستقیم تنها راه ممکن برای امواج رادوئی بنظر می رسید. بنابراین، کشف اینکه امواج با فرکانس هایحدود کگاهرتز یا دهها مگاهرتز به راحتب انحنای کره زمین را نادیده گرفته و دهها یا هزاران کیلومتر دورتز از فرستنده می تواند منتشر شود، نسبتا عجیب بود. این پدیده عجیب سر انجام بوسیله لایه های منعکس کننده یونسفر تشریح شد و اولین لینک تجاری روی اقیانوس اطلس در دهه 1920 ایجاد شد. با این حال بزودی معلوم شد که یونسفر در فرکانس های بالاتر از 40 مگاهرتز هیچ انعکاسی ندارد و ثابت شد که حد انتقال در این فرکانس ها از مرز افق فراتر نمی رود. بنابراین مطالعه روی ارتباطات راه دور توسط بسیاری از محققین کنار گذاشته شد، اما مارکوری از میدان بیرون نرفت و آزمایشاتی در فرکانس های بالاتر انجام داد.به هر حال، درآن زمان قدرات قابل دسترسی به اندازه ای نبود که اجازه دهد اثرات ضعیف ارسال ماورای افق آشکارسازس شوند. حدود دوازده سال گذشت تا ایده های این مهندس( مارکونی) پذیرفته شد.

مطالعات پراش روی یک سطح کروی در سال های 1935 تا 1937 پیگیری شده بود و اولین تئوری کامل و کاربردی در این موضوع توسط دو نفر به نام های Van der pool وBremmer منتشر شد.
پیش بینی های تئوری نسبت به یافته های تجربی تا اندازه ای بدبینانه بودند، بنابراین پدیده شکست توسط اتمسفر در محاسبات شرکت داده شد. این منشا مفهوم شعاع زمین بود چون اینجا مشخص شد که کاهش در ضریب شکست اتمسفر با ارتفاع، معادل با افزایش در شعاع زمین می باشد. مساله انتشار ماورای افق ظاهذا به طور کامل حل شده بود و هیچ تحقیق بیشتری تا جنگ جهانی دوم انجام نشد.
با ظهور رادار که در فرکانس های بالاتر و قدرت بالاتری کار می کرد، وجود انعکاس های خیلی فراتر از افق، جاییکه تئوری پیش بینی کرده بود امنتقال به آنجا غیر ممکن است، ثبت شد و مشاهدات مشابهی در ایستگاههای امواج خیلی کوتاه به ثبت رسید. این نتایج با توسعه تئوری دیفرکشن در اتمسفر با ضریب شکست غیر خطی نسبت به ارتفاع توضیح داده شد. در سال 1946 تعدادی از محققین وجود لایه های منعکس کننده و داکت ها را در اتمسفر کشف کردند. موارد گفته شده بیشتر در بالای دریاها ملاحظه شد که آنجا اغلب رادار استفاده می شد.
چگونگی انتشار در تروپوسکتر
در فرکانس های بالاتر از 40 مگاهرتز مسائل زیر مطرح می باشد:
. پراکنده شدن امواج رادیوئی بعلت نوسانات ضریب شکست متمرکز در یک مکان در تروپوسکتر
. بازتاب به علت تغییرات ضریب شکست در لایه های افقی
. داکتینگ بعلت گرادیان های منفی بزرگ در ضریب شکست
مشخصات اصلی تروپوسکتر
مشخصه های اصلی سیستم های تروپوسکتر را می توان در مواردزیر خلاصه نمود:
. مسیرهای طولانی تا چند صد کیلومتر
. تضعیف مسیر خیلی بالا
. توان تشعشعی زیاد در فرکانس های رادیوئی مربوطه
. آنتن های با گین بالا
. گیرنده های کم نویز و خیلی حساس
. محدوده فرکانسی 300-5000 مگاهرتز
. مدولاسیون فرکانس
. ظرفیت ترافیک بیش از 120 کانال تلفنی
. پهنای باند محدود
. بهره گیری از روش تنوع فاصله آنتن جهت بهبود کیفیت دریافت امواج رادیوئی
گرفته شده از:
sargoleman.blogfa.com 

امواج الکترومغناطیسی و صوتی

تاریخچه
اشعهٔ ایکس در سال ۱۸۹۵ توسط و.ک.روتنگن (رنتگن)، فیزیکدان آلمانی کشف شد و به دلیل ناشناخته بودن ماهیت آن، اشعهٔ ایکس نامیده شد. او پی برد که برخورد پرتوهای کاتدی بر جداره‌های لامپ خلاء، پرتوهایی نامرئی با قدرت نفوذ بسیار زیاد تولید می‌کند که بر روی فیلم‌های عکاسی تأثیر می‌گذارند. این پرتوها توانایی عبور از لایه‌های ضخیم مواد کدر، از جمله بافت‌های بدن انسان را داشتند. این گمان که پرتوهای ایکس، امواج الکترومغناطیس با طول موج بسیار کوتاهند، به کمک یک آزمایش پراش دوگانه که در سال ۱۹۰۶ توسط سی.گ.بارکلا انجام گرفت، تائید شد. اثبات قطعی ماهیت موجی پرتو ایکس در سال ۱۹۱۲ به وسیله‌ی فون لاوه ارائه شد.
انواع پرتو ایکس
• پرتو ایکس تکفام (تک رنگ): پرتو ایکسی که فقط دارای یک طول موج خاص است را پرتو ایکس تکفام می‌نامند.
• پرتو ایکس سفید (پیوسته): پرتو ایکسی که تکفام نبوده و دارای طول موج‌هایی در بازهٔ λ1 تا λ2 است.
روش‌های تولید
در هنگام برخورد الکترونهای با سرعت بالا به فلزات، الکترون‌های لایه‌های پایین‌تر به لایه‌های بالاتر منتقل شده (اتم‌ها برانگیخته می‌شوند) و در هنگام برگشت الکترون‌ها به حالت پایه انرژی مازاد را به صورت پرتو ایکس گسیل می‌کنند. بنابراین هر لامپ تولید اشعه ایکس باید شامل:
• منبع الکترون
• میدان شتاب‌دهنده به الکترونها
• هدف فلزی
باشد. بعلاوه از آنجایی که قسمت عمده‌ی انرژی جنبشی الکترونها هنگام برخورد به فلز هدف، به حرارت تبدیل می‌شود، معمولاً فلز هدف را با آب خنک می‌کنند تا ذوب نشود.
ایمنی
پرتو ایکس برای انسان بسیار خطرناک است و می‌تواند آسیب‌های زیستی قابل توجهی را پدید آورد. این آسیب‌ها در انسان شامل سوختگی، بیماری ناشی از دریافت تابش بیش از حد و اثرات ژنتیکی می‌باشند.
گستره اشعه فرابنفش
اشعه فرابنفش بین طول موجهای 0.0144 میکرومتر و 0.39 میکرومتر است. اشعه فرابنفش را به سه منطقه تقسیم می‌کنند:
• ماورا بنفش با طول موج بلند یا ماورا بنفش A : این اشعه بین طول موجهای 0.39 و 0.315 میکرومتر قرار دارد. نسبت این اشعه در نور آفتاب ، قوس الکتریکی زغال و چراغهای الکتریکی معمولی زیاد است.
• ماورا بنفش با طول موج متوسط یا ماورا بنفش B : این اشعه بین طول موجهای 0.315 و 0.28 میکرومتر است. این اشعه در نور چراغ بخار جیوه و قوسهای الکتریکی با الکترودهای فلزی وجود دارد، تاثیر آنها در پوست شدید است.
• ماورا بنفش با طول موج کوتاه یا ماورا بنفش C : این اشعه شامل طول موجهای کوتاهتر از 0.28 میکرومتر است و فقط در قوس الکتریکی جیوه وجود دارد.
جذب اشعه فرابنفش
• از شیشه معمولی فقط اشعه فرابنفش A عبور می‌کند. در صنعت شیشه‌هایی با ترکیبات مخصوص می‌سازند که طول موج 0.26 یعنی ماورا بنفش B و A و قسمتی از C را نیز عبور دهد.
• شفافیت کوارتز خیلی بیشتر از شیشه است و فقط طول موجهای کوتاهتر از 0.18 میکرومتر در آن جذب می‌شود. به همین سبب حبابهای چراغهای مولد اشعه فرابنفش را از کوارتز تهیه می‌کنند.
• آب خالص برای اشعه فرابنفش ، شفاف‌ترین مایعات است و طبقات نازک آن امواج بلندتر از 0.2 میکرومتر را از خود عبور می‌دهند.
• گازها معمولا برای اشعه فرابنفش ، شفاف هستند و طول موجهای بلندتر از 0.18 میکرومتر از لایه‌های نازک هوا بخوبی عبور می‌کنند.
منابع اشعه فرابنفش
منابع اشعه فرابنفش خیلی زیاد است. تعدادی از آنها عبارتند از:
قوس الکتریکی زغال
نسبت اشعه فرابنفش در قوس الکتریکی زغال نسبتا کم است، ولی اگر اکسیدهای فلزی به الکترودهای زغالی اضافه کنند، مقدار این اشعه افزایش می‌یابد. برای این کار الکترودهایی می‌سازند که در آنها یک غلاف زغالی دور اکسید فلزی را گرفته است. قوسهایی که الکترود آنها از فلز خالص ساخته شده باشند، نیز به نسبت زیاد اشعه فرابنفش دارند.
چراغهای بخار جیوه
مهمترین و متداولترین منابع اشعه فرابنفش چراغهای بخار جیوه هستند که با مصرف کم نیروی الکتریکی ، مقدار زیادی اشعه فرابنفش تولید می‌کنند. قسمت اساسی لامپ از لوله‌ای از جنس کوارتز ساخته شده است که در دو طرف آن دارای دو مخزن جیوه است.
اندازه گیری اشعه فرابنفش
اساس اندازه گیری اشعه فرابنفش متکی به خواص فیزیکی و شیمیایی آن است. وسایلی که برای اندازه گیری اشعه فرابنفش وجود دارد، اکتی نومتر (Actinometer) نامیده می‌شود و به سه دسته تقسیم می‌شود:
• پیل ترموالکتریک : جسمی را که کلیه اشعه را جذب می‌کند، در معرض تابش اشعه قرار داده و حرارت حاصله را اندازه گیری می‌کنند.
• اکتی نومتر فیزیکی : مهمترن این نوع اکتی نومترها سلول فوتوالکتریک (Photoelectric) است که از یک حباب از جنس کوارتز که به خوبی تخلیه شده است، تشکیل شده و نیز شامل دو الکترود است.
• اکتی نومتر شیمیایی : املاح نقره در اثر تابش اشعه فرابنفش احیا شده و چون نقره آن آزاد می‌گردد، املاح سیاه رنگ می‌شود. اکتی نومتری که متکی به خاصیت فوق است، اکتی نومتر بوردیه (Bordier) است.
خواص فیزیکی و شیمیایی اشعه فرابنفش
خواص فیزیکی اشعه فرابنفش
خاصیت فوتوالکتریک
اگر اشعه فرابنفش به فلزات بتابد، از آنها الکترون جدا می‌کند، ولی جدا شدن الکترون در کلیه فلزات به یک اندازه نیست و حساسیت کادمیوم بیش از همه می‌باشد. مقدار الکترونی که از فلز جدا می‌شود، متناسب با مقدار انرژی اشعه‌ای است که به آن می‌تابد
خواص شیمیایی اشعه فرابنفش
خاصیت فلوئورسانس
یکی از خواص مهم و جالب اشعه فرابنفش خاصیت فلوئورسانس آن می‌باشد. اگر در مقابل اشعه فرابنفش و یا یک چراغ بخار جیوه ، اجسامی از قبیل گچ و کولوفان (Colophan) و محلول سالسیلات دو سود یا آنتی پیرین و یا بعضی از سنگهای معدنی را قرار دهند، ملاحظه می‌شود که هر یک به نسبت جذب اشعه به رنگهای مختلف درخشندگی پیدا می‌کند. این خاصیت نیز بستگی به طول موج و شدت جذب اشعه دارد. بعضی اجسام در مقابل اشعه فرابنفش با موج بلند این خاصیت را ندارند و به عکس در مقابل اشعه فرابنفش با موج کوتاه خاصیت فلوئورسانس پیدا می‌کند.
خاصیت فوتو شیمیایی
اشعه فرابنفش باعث تعداد زیادی فعل و انفعالات شیمیایی می‌شود و این خاصیت در اشعه با موج کوتاه 0.3 میکرومتر شدیدتر است. از جمله مانند نور مرئی که املاح نقره را تجزیه و فلز آنها را آزاد می‌سازد و این خاصیت در اشعه با موج کوتاه بیشتر است. مدتها برای اندازه گیری مقدار اشعه فرابنفش از این خاصیت استفاده می‌کردند.
کاربرد اشعه فرابنفش
1. برای ضد عفونی کردن آبها
2. تحریک پذیری شدید روی اعضای حسی سطحی
3. تخریب نسوج
4. تخریب باکتریها
اصول توموگرافی
توموگرافی
- سیستمهای توموگرافی حرکتی:
اطلاعات مربوط به عمق را در بر دارد و در همه سطوح به جز سطح مورد نظر ، عدم وضوح یا رنگ باختگی حرکت عمومی ایجاد می کند.
در این روش لوله اشعه ایکس و فیلم را حول محوری واقع در صفحه مورد نظر از بدن حرکت میدهند. و اسکن به صورت خطی یا پیچشی یا دایره ای صورت می گیرد.
قدرت این روش برای جداکردن یک روش خاص محدود است چون فقط می تواند صفحات غیر دلخواه را کم رنگ کند. کیفیت وضوح تصویر با رادیوگرافی معمولی فرقی ندارد.
توموگرافی محوری کامپیوتری این مزیت را دارد که قادر به تولید تصویر ایزوله از یک قسمت و حذف کامل قسمتهای دیگر است.
- اسکنرهای توموگرافی محوری کامپیوتری(CAT)
- محاسن:
1. به دلیل تولید تصاویر مقطعی مستقل عوامل تداخلی سطح دلخواه را کاهش نمیدهند.
2. فقط قسمت مورد نظر پرتودهی می شود ، در نتیجه دوز اشعه ایکس کم است.
3. اختلافات تضعیف بافتی کمتر از یک درصد را می توان مشاهده کرد.
1.1.2. CT اسکن
مقطع نگاری کامپیوتری:
اسکنر آن انقلابی در عرصه پزشکی بوجود اورده است زیرا این اسکنر تصویررا به طور معمول ثبت نمیکند .در این اسکنر هیچ گیرنده تصویر عمومی مثل فیلم یا تیوب تقویت کننده تصویر وجود ندارد در این جا بیمار مستقیما در عرض باریکه پرتو X قرار میگرد. پرتو تشکیل دهنده تصویر تضعیف شده بوسیله آشکار ساز اندازه گیری میگردد.حاصل این اندازه گیر به یک کامپیوتر فرستاده می شود،سپس کامپیوتر سیگنال رسیده از اشکار ساز را تحلیل کرده وتصویر را بازسازی می کندو تصویر نهایی را بر روی یک نمایشگر نشان می دهد.این تصویر را می توان برای ارزیابی های بعدی به صورت عکس درآورد. بازسازی تصویری که از برش عرضی آناتومی بدن بدست آمده با استفاده از الگوریتم صورت میگیرد کیفیت تصویری که از اسکنرهای آن بدست می آیدو بسیار بیشتر از رادیوگرافی معمولی است
اصول عملکرد:
هنگامی که با تکنینک رادیوگرافی معمولی محدوده شکم به تصویر کشیده می شود تصویر به طور مستقیم بر روی گیرنده تصویر به وجود می آید که این تصویر دارای کنتراست نستبا کمی است .
تصویر به اندازه مورد نظر واضح نیست زیرا همه ساختارهای آناتومی داخل شکم بر روی هم افتاده اند. برای مشاهده بهتر یک ساختار شکم مثل کلیه ها مقطع نگاری معمولی (conventional tomography) را میتوان مورد استفاه قرار داد در مقطع نگاری معمولی به علت اینکه ساختارهایی که بالا و پایین ساختار مورد نظر قرار دارند محو می شوند ساختار مورد نظر دارای کنتراست بیشتری خواهد بود و ضمنا تصاویر کمتر دچار تیرگی و محو شدگی خواهد بود
مقطع نگاری معمولی مقطع نگاری محوری (axial tomography) است زیرا صفحه تصویر موازی با محور طولی بدن است که نتیجه این امر تصاویر coronalو, sagittal است .در scan آن تصویر بصورت عرضی یا مقطعی است و تصویر عمود بر محور طولی بدن است.
منبع پرتو ایکس و آشکار ساز به گونه ای به یکدیگر متصل می شوند که همزمان با هم حرکت کنند.هنگامی که منبع اشکار سازی جاروب روی مقطع عرضی بیمار را انجام میدهد ساختارهای داخلی بدن بنابر چگالی جرمی وعدد موثرشان باریکه پرتو X راتضعیف می کنند. شدت پرتو گرفته شده توسط آشکار ساز مطابق با الگوی تضعیف یک intensity profile را تشکیل می دهد با تکرار حرکت انتقالی منبع آشکار ساز تعداد بیشتری protection بدست می آید. سپس این داده ها ی بدست آمده برای پردازش و بازسازی تصویر به کامپیوتری فرستاده می شود
پرتو گاما گونه‌ای تشعشع الکترومغناطیسی است که در فرآیند تباهی هسته‌ای یا در برهمکنش‌های زیر اتمی پدید می‌آید.
با توجه به اینکه اشعه گاما نوعی تشعشع الکترومغناطیسی است، فاقد بار و جرم سکون است. اشعه گاما موجب برهمکنشهای کولنی نمی‌گردد و لذا برخلاف ذرات باردار بطور پیوسته انرژی از دست نمی‌دهند. معمولاً اشعه گاما تنها یک یا چند برهمکنش اتفاقی با الکترونها یا هسته‌های اتم‌های ماده جذب کننده احساس می‌کند. در این برهمکنش‌ها اشعه گاما یا بطور کامل ناپدید می‌‌گردد یا انرژی آن بطور قابل ملاحظه‌ای تغییر می‌یابد. اشعه گاما دارای بردهای مجزا نیست، به جای آن، شدت یک باری که اشعه گاما بطور پیوسته با عبور آن از میان ماده مطابق قانون نمایی جذب کاهش می‌یابد.
[ویرایش] فروپاشی گاما
در فروپاشی گاما، هنگامی که یک هسته تحت گذارهایی از حالات برانگیخته بالاتر به حالات برانگیخته پایین‌تر یا حالت پایه آن می‌رود، تشعشع الکترومغناطیسی منتشر می‌گردد. معادله عمومی فروپاشی گاما بصورت زیر است:
AZX*-------->AZX + γ
که در آنX و X* به ترتیب نشان دهنده حالت پایه (غیر برانگیخته) و حالت با انرژی بالاتر است. قابل ذکر است که این فروپاشی با هیچ گونه تغییر در عدد جرمی (A) و عدد اتمی (Z) همراه نیست.
حالت برانگیخته هسته و حالت با انرژی پایین حاصل شده در اثر نشر پرتو گاما، فقط زمانی به عنوان ایزومر هسته‌ای در نظر گرفته می‌شود که نیمه عمر حالت برانگیخته به اندازه‌ای طولانی باشد که بتوان آن را به سادگی اندازه گیری نمود. زمانی که این حالت وجود داشته باشد، فروپاشی گاما به عنوان یک گذار ایزومری توصیف می‌گردد. اصطلاحات حالت نیمه پایدار یا حالت برانگیخته برای توصیف گونه‌ها در حالات انرژی بالاتر از حالت پایه نیز به کار می‌رود.
حالتهای فروپاشی گاما نشر اشعه گامای خالص : در این حالت فروپاشی گاما، اشعه گامای منتشر شده به‌وسیله یک هسته از یک فرآیند فروپاشی گاما برای کلیه گذارها بین ترازهای انرژی که محدوده انرژی آن معمولاً از 2 کیلو الکترون ولت تا 7 میلیون الکترون ولت است، تک انرژی است. این انرژیهای گذارها بین حالت کوانتومی هسته بسیار نزدیک هستند. مقدار کمی از انرژی پس زنی هسته با هسته دختر (هسته نهایی) همراه است، ولی این انرژی معمولاً نسبت به انرژی اشعه گاما بسیار کوچک بوده و می‌توان از آن صرفنظر کرد.
حالت فروپاشی بصورت تبدیل داخلی : در این حالت فروپاشی، هسته برانگیخته با انتقال انرژی خود به یک الکترون اربیتال برانگیخته می‌گردد، که سپس آن الکترون از اتم دفع می‌شود. اشعه گاما منتشر نمی‌شود. بلکه محصولات این فروپاشی هسته در حالت انرژی پایین یا پایه، الکترونهای اوژه، اشعه ایکس و الکترونهای تبدیل داخلی است. الکترونهای تبدیل داخلی تک انرژی هستند. انرژی آنها معادل انرژی گذار ترازهای هسته‌ای درگیر منهای انرژی پیوندی الکترون اتمی است.
با توجه به اینکه فروپاشی تبدیل داخلی منجر به ایجاد یک محل خالی در اربیتال اتمی می‌شود، در نتیجه فرآیندهای نشر اشعه ایکس و نشر الکترون اوژه نیز رخ خواهد داد.
حالت فروپاشی بصورت جفت : برای گذارهای هسته‌ای با انرژی‌های بزرگ‌تر از 1.02 میلیون الکترون ولت تولید جفت اگر چه غیر معمول است اما یک حالت فروپاشی محسوب می‌شود. در این فرآیند، انرژی گذرا ابتدا برای بوجود آمدن یک جفت الکترون – پوزیترون و سپس برای دفع آنها از هسته بکار می‌رود.
انرژی جنبشی کل داده شده به جفت معادل اختلاف بین انرژی گذار و 1.02 میلیون الکترون ولت مورد نیاز برای تولید جفت است. پوزیترون تولید شده در این فرآیند نابود خواهد شد.
تاريخچه پرتوپزشکی:
يكي از روشهاي تشخيصي و درماني ارزشمند در طب، پزشكي هسته اي مي باشد. كه تبلور آن از ابتدا تا كنون تلفيقي از كشفيات مهم تاريخي بوده است. اولين جرقه در سال 1895 با كشف اشعه X و در 1934 با كشف مواد راديواكتيو زده شد. اولين استفاده كلينيكي مواد راديواكتيو، در سال 1937 جهت درمان لوسمي در دانشگاه
البته تا 1950 كاربرد كلينيكي مواد راديواكتيو بطور شايع رواج نيافت و مسكوت ماند. طي سالهاي بعد از آن متخصصين و فيزيكدانان به اين واقعيت پي بردند كه مي توان از تجمع راديو داروها در ارگان هدف تصاويري از آن تهيه نمود و يا به درمان بافت آسيب ديده كمك نمود. بطوريكه در اواسط دهه 60 مطالعات بسياري در خصوص طراحي تجهيزات لازم آغاز گشت. در دهه 1970 توانستند با جاروب نمودن از ارگانهاي ديگر بدن مانند كبد و طحال، تومورهاي مغزي و مجاري گوارشي تصاويري را تهيه نمايند. و در دهه 1980 از راديو داروها جهت تشخيص بيماري هاي قلبي استفاده نمودند و هم اكنون نيز با ضريب اطمينان بسيار بالايي از پزشكي هسته اي در درمان و تشخيص و پيگيري روند درمان بيماريها استفاده مي گردد.
پرتوپزشکی چیست؟
پرتوپزشکی شاخه‌اي از پزشکي است که در آن تشعشع خواص هسته‌اي نوکليدهاي راديواکتيو و نوکليدهاي پايدار ، هم براي تشخيص و هم براي درمان امراض بکار مي‌روند. اين امر مي‌تواند يا با پرتودهي مستقيم مريض با يک چشمه تشتعشع خارجي يا با تزريق داروهاي نشاندار با راديواکتيويته به مريض تحقق يابد .
*راديو دارو
داروهاي نشاندار راديواکتيو که به مريض تزريق يا خورانده مي‌شوند، به نام راديو داروها معروف هستند. دارويي هسته‌اي يا راديو فارماکولوژي روش دارويي خاصي است که با ترکيبات ، آزمايش يا تزريق مناسب راديو دارو به مريض ارتباط دارد.
کاربرد راديوداروها
*روشهاي تشخيص زنده
روشهاي تشخيص زنده آن روشهايي هستند که در آنها يک راديو دارو در سيستم يک مريض زنده ، بطريق خوراندن ، تزريق ، يا با استنشاق وارد مي‌گرددم اشعه گاماي نشر شده بوسيله راديو داروها براي تامين اطلاعات مورد نياز بر روي صفحه کامپيوتر قابل مشاهده هستند.
روشهاي تشخيص غير زنده
روشهاي غير زنده آنهايي هستند که روي نمونه‌هاي برداشته شده از يک مريض انجام مي‌گيرد. تعدادي از اين روشها مستلزم بکارگيري راديو داروها است. ولي مهمترين آنها روش راديو ايمونواسي (RIA) مي‌باشد.
راديو ايمونواسي و تاثير آن در پزشکي
راديو ايمونواسي نوعي تجزيه بطريق رقيق کردن ايزوتوپي (IDA) ، جزو استو کيومتري است که در آن عنصر مورد تجريه نشاندار و غير نشاندار براي پيوند با مقادير محدود مولکولي که بطور خاص با عنصر مورد تجزيه پيوند مي‌دهد، رقابت مي‌کند. RIA بطور گسترده در آزمايشگاههاي پزشکي براي تعيين هورمونها ، داروها ، ويروسها ، و ديگر گونه‌هاي آلي در سطح جهان بکار مي‌رود. شروع RIA به سالهاي 1950 ، با بررسي S.Berson و R.Yalow برروي متابوليسم انسولين B1I در مريض‌هاي ديابتي بر مي‌گردد.
Berson و Yalow دريافتند که مريض‌هاي ديابتي موادي در سرم خون دارند که با انسولين پيوند مي‌دهند. آنها مشاهده کردند که انسولين نشاندار و غيرنشاندار با اين ماده پيوند دهنده رقابت کرده، و اين مقدار انسولين غيرنشاندار موجود ، مقادير انسولين نشاندار را که پيوند داده متاثر مي‌کند. آنها در اين مطالعه توانايي روش ، جهت ارزيابي انسولين را دريافتند. RIA از آن زمان تا کنون پيشرفتهاي گسترده‌اي را در روشهاي پزشکي با کاربردهاي وسيع براي اندازه گيري مقادير بسيار کم بسياري از بيو مولکولهاي مهم نموده است.
کاربردهاي درماني تشعشع
کاربردهاي درماني تشعشع و راديو داروها نسبت به کاربردهاي تشخيص محدودتر هستند. زماني که تشعشع براي درمان بکار مي‌رود، مقصود نابود نمودن يک قسمت خاص از نسوج مريض با تشعشع است. چشمه تشعشع مي‌تواند داخلي و خارجي باشد.
چشمه‌هاي مورد استفاده در درمان
چشمه‌هاي خارجي تشعشع در حال حاضر اساسا در شکل باريکه‌هاي الکتروني يا اشعه ايکس است. بسياري از دستگاهها مي‌توانند براي توليد اين تشعشعات بکار روند. ولي شتابدهندهاي خطي کوچک بيشترين کاربرد را دارند. الکترونهاي با انرژيهاي 4 تا 15 ميليون الکترون ولت براي درمان سرطانهايي که نزديک سطح بدن هستند، مانند سرطانهاي پوست ، سينه ، سر و گردن بکار مي‌روند.
زماني که نفوذ بيشتري از تشعشع لازم باشد، اشعه گاما از يک چشمه بسته راديو نوکليد مورد استفاده قرار مي‌گيرد. 60Co بطور گسترده‌اي براي اين منظور بکار رفته است، ولي در حال حاضر 137Cs ترجيح داده مي‌شود. علاوه بر تشعشع خارجي يک عضو ممکن است، يک سوزن يا دانه راديواکتيو را در داخل بدن مريض کاشت و لذا تنها مقاطع خاصي را که بايد نابود شوند، پرتودهي نمود. در اين رابطه کاشتهاي 198Au و 125I متداول است.
تصویر برداری در پرتوپزشکی
مشکل تصویر برداری از بدن انسان این است که ماده ای کدر و غیر شفاف است، نگاه کردن درون بدن انسان نیز بطور کلی دردناک است. در گذشته روش معمول دیدن درون بدن انسان جراحی بود! اما امروزه با استفاده از انبوهی از روشهای جدید دیگر نیازی به این روشهای وحشتناک نیست. تصویر برداری اشعه X، MRI، تصویر برداری CAT و مافوق صوت برخی از این تکنیک ها هستند. هر کدام از این تکنیک ها مزایا و معایبی دارند که باعث می شود برای شرایط مختلف واعضای مختلف بدن مفید باشند.
تکنیک های تصویر برداری پزشکی هسته ای روشهای جدیدی را برای نگاه کردن به درون بدن انسان برای پزشکان فراهم می کند. این تکنیک ها ترکیبی از استفاده از کامپیوتر، حسگرها و مواد رادیواکتیو است. این روشها عبارتند از:
• توموگرافی با استفاده از تابش پوزیترون (PET)
• اسپکت SPECT
• تصویر برداری قلبی – عروقی
• اسکن استخوان
هر کدام ازاین روشها از یکی از خصوصیات عناصر رادیواکتیو برای تولید یک تصویر استفاده می کنند.
تصویر برداری در پزشکی هسته ای برای شناسایی موارد زیر بسیار مفید است:
• تومورها
• آنوریسم Aneurysms
• نارسایی سلول های خونی و اختلال در عملکرد دستگاههای بدن مثل غده تیروئید و ریه
استفاده از هر کدام از این روشهای خاص یا مجموعه ای از آنها بستگی به علائم بیمار و نوع بیماری دارد.
کلمه سونوگرافی از لفظ لاتین sono به معنی صوت و نیز graphic به معنی شکل و ترسیم گرفته شده و ultrasound از ultra به معنی ماورا و نیز sound به معنی صوت یا صدا گرفته شده است.
تاریخچه
در سال 1876 میلادی، فرانسیس گالتون برای اولین بار پی بوجود امواج فراصوت برد. در زمان جنگ جهانی اول کشور انگلستان برای کمک به جلوگیری از غرق شدن غم ‌انگیز کشتی‌هایش توسط زیردریاییهای کشور آلمان در اقیانوس آتلانتیک شمالی دستگاه کشف کننده زیردریایی‌ها به کمک امواج صوتی به نام صوت‌یاب (Sonar) ابداع کرد. این دستگاه امواج فراصوت تولید می‌کرد که در پید اکردن مسیر کشتیها استفاده می‌شد. این تکنیک در زمان جنگ جهانی دوم تکمیل گردید و بعدها بطور گسترده‌ای در صنعت این کشور برای آشکار سازی شکافها در فلزات و سایر موارد مورد استفاده قرار می‌گرفت. از کاربرد بخصوصی که انعکاس صوت در جنگ و صنعت داشت Sonar به علم پزشکی وارد شد و تبدیل به یک وسیله تشخیصی بزرگ در علم پزشکی گردید.
سیر تحولی در رشد
نخستین دستگاه تولید کننده امواج فراصوت در پزشکی، در سال 1937 میلادی توسط دوسیک اختراع شد و روی مغز انسان امتحان شد. اگر چه فراصوت در ابتدا فقط برای مشخص کردن خط وسط مغز بود، اکنون بصورت یک روش تشخیصی و درمانی مهم در آمده و پیشرفت روز به روز انواع نسلهای دستگاههای تولید فراصوت، تحولات عظیمی در تشخیص و درمان در علم پزشکی بوجود آورده است.
تعریف امواج فراصوت
امواج فراصوت به شکلی از انرژی از امواج مکانیکی گفته می‌شود که فرکانس آنها بالاتر از حد شنوایی انسان باشد. گوش انسان قادر است امواج بین 20 هرتز تا 20000 هرتز را بشنود. هر موج (شنوایی یا فراصوت) یک آشفتگی مکانیکی در یک محیط گاز، مایع و یا جامد است که به بیرون از چشمه صوتی و با سرعتی یکنواخت و معین حرکت می‌کند. در حرکت یا گسیل موج مکانیکی، ماده منتقل نمی‌شود. اگر ارتعاش ذرات در جهت عمود بر انتشار صوت باشد، موج عرضی است که بیشتر در جامدات رخ می‌دهد و در صورتی که ارتعاش در راستای انتشار امواج باشد، موج طولی است. انتشار در بافتهای بدن به صورت امواج طولی است. از این رو در پزشکی با اینگونه امواج سر و کار داریم.
روشهای تولید امواج فراصوت
روش پیزوالکتریسیته
تأثیر متقابل فشار مکانیکی و نیروی الکتریکی را در یک محیط اثر پیزو الکتریسیته می‌گویند. بطور مثال بلورهایی وجود دارند که در اثر فشار مکانیکی، نیروی الکتریکی تولید می‌کنند و برعکس ایجاد اختلاف پتانسیل در دو سوی همین بلور و در همین راستا باعث فشردگی و انبساط آنها می‌شود که ادامه دادن به این فشردگی و انبساط باعث نوسان و تولید امواج می‌شود. مواد (بلورهای) دارای این ویژگی را مواد پیزو الکتریک می‌گویند. اثر پیزو الکتریسیته فقط در بلورهایی که دارای تقارن مرکزی نیستند، وجود دارد. بلور کوارتز از این دسته مواد است و اولین ماده‌ای بود که برای ایجاد امواج فراصوت از آن استفاده می‌شد که اکنون هم استفاده می‌شود.
اگر چه مواد متبلور طبیعی که دارای خاصیت پیزو الکتریسیته باشند، فراوان هستند. ولی در کاربرد امواج فراصوت در پزشکی از کریستالهایی استفاده می‌شود که سرامیکی بوده و بطور مصنوعی تهیه می‌شوند. از نمونه این نوع کریستالها، مخلوطی از زیرکونیت و تیتانیت سرب (Lead zirconat & Lead titanat) است که به شدت دارای خاصیت پیزوالکتریسیته هستند. به این مواد که واسطه‌ای برای تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی و بالعکس هستند، مبدل یا ترانسدیوسر (transuscer) می‌گویند. یک ترانسدیوسر فراصوتی بکار می‌رود که علامت الکتریکی را به انرژی فراصوت تبدیل کند که به داخل بافت بدن نفوذ و انرژی فراصوت انعکاس یافته را به علامت الکتریکی تبدیل کند.
روش مگنتو استریکسیون
این خاصیت در مواد فرومغناطیس (مواد دارای دو قطبی‌های مغناطیسی کوچک بطور خود به خود با دو قطبی‌های مجاور خود همخط شوند) تحت تأثیر میدان مغناطیسی بوجود می‌آید. مواد مزبور در این میدانها تغییر طول می‌دهند و بسته به فرکانس (شمارش زنشهای کامل موج در یک ثانیه) جریان متناوب به نوسان در می‌آیند و می‌توانند امواج فراصوت تولید کنند. این مواد در پزشکی کاربرد ندارند و شدت امواج تولید شده به این روش کم است و بیشتر کاربرد آزمایشگاهی دارد.
کاربرد امواج فراصوت
1. کاربرد تشخیصی (سونوگرافی)
2. بیماریهای زنان و زایمان (Gynocology) مانند بررسی قلب جنین، اندازه ‌گیری قطر سر (سن جنین)، بررسی جایگاه اتصال جفت و محل ناف، تومورهای پستان.
3. بیماریهای مغز و اعصاب (Neurology) مانند بررسی تومور مغزی، خونریزی مغزی به صورت اکوگرام مغزی یا اکوانسفالوگرافی.
4. بیماریهای چشم (ophthalmalogy) مانند تشخیص اجسام خارجی در درون چشم، تومور عصبی، خونریزی شبکیه، اندازه ‌گیری قطر چشم، فاصله عدسی از شبکیه.
5. بیماریهای کبدی (Hepatic) مانند بررسی کیست و آبسه‌ کبدی.
6. بیماری‌های قلبی (cardology) مانند بررسی اکوکار دیوگرافی.
7. دندانپزشکی مانند اندازه‌گیری ضخامت بافت نرم در حفره‌های دهانی.
8. این امواج به علت اینکه مانند تشعشعات یونیزان عمل نمی‌کنند. بنابراین برای زنان و کودکان بی‌خطر هستند.
9. کاربرد درمانی (سونوتراپی)
10. کاربرد گرمایی
با جذب امواج فراصوت به‌وسیله بدن بخشی از انرژی آن به گرما تبدیل می‌شود. گرمای موضعی حاصل از جذب امواج فراصوت بهبودی را تسریع می‌کند. قابلیت کشسانی کلاژن (پروتئینی ارتجاعی) را افزایش می‌دهد. کشش در جوشگاههای زخم (scars) افزایش می‌دهد و باعث بهبود آنها می‌شود. اگر اسکار به بافتهای زیرین خود چسبیده باشد، باعث آزاد شدن آنها می‌شود. گرمای حاصل از امواج فراصوت با گرمای حاصل از گرمایش متفاوت است.
میکروماساژ مکانیکی
به هنگام فشردگی و انبساط محیط، امواج طولی فراصوتی روی بافت اثر می‌گذارند و باعث جابجایی آب میان بافتی و در نتیجه باعث کاهش ورم (تجمع آب میان بافتی در اثر ضربه به یک محل) می‌شوند.
درمان آسیب تازه و ورم :آسیب تازه معمولاً با ورم همراه است. فراصوت در بسیاری از موارد برای از بین بردن مواد دفعی در اثر ضربه و کاهش خطر چسبندگی بافتها بهم بکار می‌رود.
درمان ورم کهنه یا مزمن: فراصوت چسبندگیهایی که میان ساختمانهای مجاور ممکن است ایجاد شود را می‌شکند.
خطرات فراصوت
سوختگی
اگر امواج پیوسته و در یک مکان بدون چرخش بکار روند، در بافت باعث سوختگی می‌شود و باید امواج حرکت داده شوند.
پارگی کروموزومی
استفاده دراز مدت از امواج اولتراسوند با شدت خیلی بالا پارگی در رشته دی ان ای (DNA) را نشان می‌دهد.
ایجاد حفره
یکی از عوامل کاهش انرژی امواج اولتراسوند هنگام گذشتن از بافتهای بدن ایجاد حفره یا کاویتاسیون است. همه محلولها شامل مقدار قابل ملاحظه‌ای حبابهای گاز غیر قابل دیدن هستند و دامنه بزرگ نوسانهای امواج اولتراسوند در داخل محلولها می‌تواند بر روی بافتها تغییرات بیولوژیکی ایجاد کند (پارگی در دیواره یاخته‌ها و از هم گسستن مولکولهای بزرگ).
عناصر راديواكتيو معمولا سه نوع ذره يا اشعه از خود صادر مي‌كنند كه شامل ذره آلفا ، ذره بتا و اشعه گاما است. با قرار دادن اشعه راديواكتيو تحت تاثير ميدان مغناطيسي متوجه شده‌اند كه ذره آلفا داراي بار مثبت ، بتا داراي بار منفي و اشعه گاما بدون بار است. خواص ذره آلفا جنس ذره آلفا ، هسته اتم هليوم است كه از دو نوترون و دو پروتون تشكيل يافته است. جرم آن حدود 4 برابر جرم پروتون و بار الكتريكي آن 2+ و علامت اختصاري آن (4,2)He است. برد ذره آلفا به عنصر مادر ، انرژي اوليه و جنس محيط بستگي دارد. مثلا برد ذره آلفا صادره از راديوم در هوا تقريبا 4.8 سانتيمتر مي‌باشد. ذره آلفا به علت داشتن 2 بار مثبت هنگامي كه از نزديكي يك اتم عبور مي كند، ممكن است تحت تاثير ميدان الكتروستاتيكي خود ، الكترون مدار خارجي آن اتم را خارج سازد و يا به عبارت ديگر اتم را يونيزه كند. همچنين ذره آلفا قادر است محل الكترون را تغيير دهد، يعني الكترون تحت تاثير ميدان الكتريكي ذره آلفا از مدار پايين تري به مدار بالاتر صعود مي‌كند و در نتيجه اتم به حالت برانگيخته در مي‌آيد. قابليت نفوذ ذره آلفا بسيار كم است. خواص ذره بتا جنس ذره بتاي منفي ، از جنس الكترون مي‌باشد، بار الكتريكي آن 1- و علامت آن بتاي منفي است. برد ذره بتا در هوا در حدود چند سانتيمتر تا حدود يك متر است. البته برد اين ذره نيز به انرژي اوليه (عنصر مادر) و جنس محيط بستگي دارد. برخلاف ذره آلفا ، ذره بتا از نظر حفاظت يك خطر خارجي محسوب مي‌شود. خاصيت يون سازي اين ذره به مراتب كمتر از ذره آلفا است، يعني بطور متوسط در حدود 100 مرتبه كمتر از ذره آلفا مي‌باشد. ذره بتا مي‌تواند در اتمها ايجاد برانگيختگي كند، ولي اين خاصيت نيز در ذره بتا، به مراتب كمتر از ذره آلفا است. قدرت نفوذ ذره بتا بطور متوسط 100 برابر بيشتر از ذره آلفا است. طيف ذره بتا تك انرژي نيست، بلكه يك طيف پيوسته است كه تمام مقادير انرژي از 0 تا انرژي ماكزيمم را دارا مي‌باشد. اين ذره همان پوزتيرون است كه ضد ماده الكترون مي‌باشد. جرم آن با جرم الكترون برابر بوده و داراي باري مخالف با بار الكترون است و علامت اختصاري آن حرف بتاي مثبت است. خواص اشعه گاما جنس اشعه گاما از جنس امواج الكترومغناطيسي مي‌باشد، يعني از جنس نور است. ولي با طول موج بسيار كوتاه كه طول موج آن از 1 تا 0.01 آنگستروم تغيير مي‌كند. جرم آن در مقياس اتمي صفر ، سرعت آن برابر سرعت نور ، بار الكتريكي آن صفر و علامت اختصاري آن حرف گاما مي‌باشد. انرژي اشعه گاما از 10 كيلو الكترون ولت تا 10 مگا الكترون ولت تغيير مي‌كند. برد آنها بسيار زياد است. مثلا در هوا چندين متر است. خاصيت ايجاد يونيزاسيون و برانگيختگي در اشعه گاما نيز وجود دارد. ولي به مراتب كمتر از ذرات آلفا و بتا است. مثلا اگر قدرت يونيزاسيون متوسط اشعه گاما را يك فرض كنيم، قدرت يونيزاسيون متوسط ذره بتا 100 و ذره آلفا 104 خواهد بود. قدرت نفوذ اين اشعه به مراتب بيشتر از ذرات بتا و آلفا است. طيف انرژي اشعه گاما ، همانند ذرات آلفا تك انرژي است. يعني تمام فوتونهاي گاماي حاصل از يك عنصر راديواكتيو داراي انرژي يكساني هستند
گاه امکان بررسی اجسام از نزدیک وجود ندارد. برای مثال جهت بررسی سطح اقیانوسها نقشه برداری از عراضی جغرافیایی لزوم ساخت وسایلی که بتوانند از راه دور این کاررا انجام دهند به چشم می‌خورد. با دستیابی به فناوری سنجش از راه دور بسیاری از این مشکلات برطرف گشت. در واقع در این روش امکان بررسی اجسام وسطوحی که نیاز به بررسی از راه دور دارند را فراهم می‌آورد. سنجش از راه دور رامی توان به دو بخش فعال وغیر فعال تقسیم کرد. گستره طول موج امواج مایکرویو نسبت به طیف مادون قرمز ومرئی سبب گردیده تا از سنجش از راه دور به وسیله امواج از این طیف استفاده گردد . عملکردسیستمهای سنجش غیرفعال همانند سیستمهای سنجش دما عمل می‌کنند .در اینگونه سیستمها با اندازه گیری انرژی الکترومغناطیسی که هر جسم به طور طبیعی از خود ساتع می‌کند نتایج لازم کسب می‌گردد .هواشناسی واقیانوس نگاری از کاربردهای این نوع سنجش می‌باشد . در سیستمهای سنجش فعال از طیف موج مایکرویو برای روشن کردن هدف استفاده می‌شود. این سنسورها را می‌توان به دو بخش تقسیم کرد : سنسورهای تصویری وغیرتصویری (فاقد قابلیت تصویربرداری) . از انواع سنسورهای غیر تصویری می‌توان به ارتفاع سنج و اسکترومتر ها(پراکنش‌سنج) اشاره کرد .کاربرد ارتفاع سنجها در عکس برداری جغرافیایی وتعیین ارتفاع ازسطح دریا می‌باشد .اسکترومتر که اغلب بر روی زمین نصب میگردند میزان پراکنش امواج را ازسطوح مختلف اندازه گیری می‌کنند. این وسیله در مواردی همچون اندازه گیری سرعت باد در سطح دریا و کالیبراسیون تصویر رادار کابرد دارد . معمول‌ترین سنسور فعال که عمل تصویربرداری را انجام می‌دهد رادار می‌باشد. رادار(radio detection and ranging) مخفف وبه معنای آشکارسازی به کمک امواج مایکرویو است .به طور کلی می‌توان عملکرد رادار را در چگونگی عملکرد سنسورهای آن خلاصه کرد. سنسورها سیگنالهای مایکرویو را به سمت اهدف مورد نظر ارسال کرده وسپس سیگنالهای بازتابیده شده از سطوح مختلف را شناسایی می‌کند. قدرت (میزان انر؟ی) سیگنالهای پراکنده شده جهت تفکیک اهداف مورد استفاده قرارمی گیرد. با اندازه گیری فاصه زمانی بین ارسال ودریافت سیگنالها می‌توان فاصله تا اهداف را مشخص کرد. از مزایای شاخص رادار می‌توان به عملکرد رادار در شب یا روز وهمچنین قابلیت تصویربرداری درشرایط آب و هوایی مختلف اشاره کرد. امواج مایکرویو قادر به نفوذ در ابر مه ,گردوغبار وباران می‌باشند. از آنجاییکه عملکرد رادار با طرز کار سنسورهایی که با طیفهای مرئی ومادون قرمز کار می‌کنند متفاوت است ازاینرو می‌توان با تلفیق اطلاعات بدست آمده تصاویر دقیقی را بدست آورد .
تاریخچه
اولین تجربه در مورد بازتابش امواج رادیویی توسط هرتز آلمانی در سال ۱۸۸۶ بدست آمد. پس از گذشت مدت زمان کمی اولین رادار که از آن برای آشکارسازی کشتیها استفاده می‌شد مورد بهره برداری قرار گرفت. در سالهای ۱۹۲۰ تا ۱۹۳۰ پیشرفتهایی در جهت ساخت رادار با قابلیت تعیین فاصله اهداف صورت گرفت. اولین رادارهای تصویری درطی جنگ جهانی دوم برای آشکارسازی وموقعیت یابی کشتیها وهواپیماها استفاده شد. بعد از جنگ جهانی دوم راداربا دید جانبی (SLAR) جهت جستجوی اهداف نظامی و کشف مناطق نظامی ساخته شد. اینگونه رادارها با داشتن آنتن درسمت جپ وراست مسیر پرواز قادر به تفکیک دقیقتر اهداف مورد نظر بودند. در سال ۱۹۵۰ با توسعه سیستمهای SLAR تکنولو؟ی رادار دهانه ترکیبی ( رادار با آنتن ترکیبی) گامی در جهت ایجاد تصاویر با کیفیت بالا برداشته شد. در سال ۱۹۶۰ استفاده از رادارها ی هوایی وفضایی توسعه یافت وعلاوه برکاربرد نظامی جهت نقشه برداریهای جغرافیایی و اکتشافات علمی و... نیز مورد استفاده قرار گرفتند. § اصول رادار : مهمترین نکته حائز اهمیت در بخش قبل را میتوان معرفی رادار به عنوان وسیله اندازه گیری معرفی کرد. اجزاء تشکیل دهنده سیستم رادار فرستنده , گیرنده آنتن وسیستمهای الکتریکی جهت ثبت و پردازش اطلاعات می‌باشد. فرستنده پالسهای کوتاه مایکرویو (A) را که بوسیله آنتن راداربه صورت پرتو متمرکز می‌شوند(B) با فاصله زمانی معیین تولید می‌کند. آنتن راداربخشی از سیگنالهای بازتابیده شده (c) از سطوح مختلف را دریافت می‌کند. 
با اندازه گیری مدت زمان ارسال پالس و دریافت پ؟واکهای پراکنده شده از اشیاء مختلف می‌توان فاصله آنها ودر نتیجه موقعیت آنها را تعیین نمود .با ثبت و پردازش سیگنال بازتابیده توسط سنسور تصویر دو بعدی از سطح مورد نظر تشکیل می‌گردد . o پهنای باند : از آنجاییکه گستره طیف امواج مایکرویو نسبت به طیفهای مرئی ومادون قرمزوسیع تر می‌باشد لذا اکثر رادارها از این طیف استفاده می‌کنند. در رادارهای تصویری اغلب از طول موجهای زیر استفاده می‌شود: ka&k&ku band X_band C_band S_band L_band P_band max)) تمامی طول موجهای استفاده شده در رادارهای تصویری در محدوده سانتیمتر است. طول موج رادار در نحوه تشکیل تصویر موثر می‌باشد. با افزایش طول موج شاهد تصاویر با کیفیت بهتر می‌باشیم .  علت این تفاوت تغییر در نحوه فعل وانفعال سیگنال با سطح اشیاء می‌باشد که در ادامه درباره این موضوع صحبت خواهد شد . c-band l_band
قطبیدگی (polarization) : هنگامی که در مورد امواج الکترومغناطیسی همانند امواج مایکرویو صحبت می‌گردد بحث درباره قطبیدگی حائز اهمیت می‌باشد. قطبیدگی عبارت است از جهت میدان الکتریکی در امواج الکترومغناطیسی. به طور کلی می‌توان قطبیدگی امواج را به سه دسته تقسیم بندی کرد : قطبیدگی خطی و دایره‌ای وبیضوی. اغلب رادارهای تصویری از قطبیدگی خطی استفاده کرده , که این نوع قطبیدگی را می‌توان به دو بخش عمودی(vertical) وافقی (horizontal) تقسیم بندی کرد . اغلب سنسورهای رادار طوری طراحی شده‌اند که قابلیت ارسال وهمچنین دریافت امواج را به یکی از دو صورت بالا دارا هستند. در بعضی از رادارها دریافت وارسال امواج با ترکیبی از دو نوع قطبیدگی انجام می‌پذیرد .
به طور کلی می‌توان چهارترکیب از قطبیدگی رادرا در نظر گرفت : • HH • VV • HV • VH حرف H نشان دهنده قطبیدگی افقی وحرفV نمایانگر قطبیدگی عمودی می‌باشد. درچهارترکیب بالا حرف سمت راست نحوه دریافت سیگنال را نشان می‌دهد . § هندسه رادار (radar geometry): درسیستم تصویربرداری رادار هوایی با جابجانمودن سکو در یک مسیر مستقیم که مسیرپرواز(flight direction)(A) نامیده می‌شودعمل تصویربرداری انجام میگردد. پای قائم در صفحه تصویر را ندیر(nadir)(B) می‌نامیم .آنتن رادار امواج را برای روشن کردن نوارتصویر(swath) (C) ارسال می‌کند. با قرار گرفتن نوارهای تصویر در کنار هم ناحیه تصویر(track) (ناحیه خاکستری رنگ ) تشکیل می‌گردد که این ناحیه نسبت به خط ندیر فاصله دارد. محور طولی ناحیه تصویرکه با مسیر پروازموازی می‌باشدرا سمت(azimuth)(E) ومحورعرضی راکه برمسیرپروازعمود است را برد(range)(D) می‌نامیم .
 § واژه‌شناسی : محدوده نزدیک (Near range): بخشی از نوارتصویر که به خط ندیر نزدیک است . محدوده دور(far range) : بخشی از نوار تصویر که در فاصله دور نسبت به خط ندیر قرار دارد . برد مایل (slant range): خط شعاعی که از رادار به هریک از اهداف می‌توان نظیر کرد . برد زمینی (ground range ) : تصویر برد مایل در سطح زمین . زاویه تابش(incidence angle) : زاویه بین پرتورادار و سطح زمین . زاویه دید(look angle) : زاویه بین خط عمود وپرتو رادار. اثرات سطح بر تصویر رادار : میزان روشنایی ( درخشندگی ) تصویر به میزان پراکندگی(scattering) سیگنالهای مایکرویودر برخورد باسطح بستگی دارد. پراکنش سیگنال به پارامترهایی از قبیل مشخصات رادار (فرکانس قطبیدگی هندسه دید و...) وهمچنین خصوصیات سطح (پستی وبلندی نوع پوشش و...) وابسته‌است. به طور کلی می‌توانیم عوامل بالا را در سه عامل اصلی زیر خلاصه کنیم : ۱) صیقلی بودن سطح ۲) هنسه دید و رابطه آن باسطح ۳) درصد رطوبت وخصوصیات الکتریکی سطح صیقلی بودن سطح مهمترین عامل تعیین کننده روشنایی تصویرمی باشد. سطوح صاف موجب بازتابش آیینه ای(A) در فعل وانفعال سیگنال رادار با سطح می‌گردند. درنتیجه این نوع بازتابش مقدار اندکی ازسیگنالهای بازتابیده شده به سمت رادار باز میگردند. بنابراین سطوح صاف با درجه تیره گی بیشتر در تصویر ظاهر خواهند گشت. سطوح ناصاف سیگنالهای رادار راتقریبا به صورت یکنواخت بازتاب می‌دهند. و درنتیجه بخش عمده‌ای از این سیگنالها به سمت راداربازمیگردند. بنابراین سطوح ناصاف با درجه روشنایی بیشتر در تصویر مشاهده می‌شوند. به این نوع انعکاس بازتابش پخشیده(B)گفته می‌شود. احتمال وقوع انعکاس زاویه‌ای (C) در نواحی که از سطوح عمود برهم تشکیل شده وجود دارد. به بیان ساده تر سیگنالهای بازتابیده شده از سطح اول پس از برخورد به سطح دوم به سمت رادار بازتاب داده میشود .این نوع انعکاس به طور معمول در مناطق شهری (ساختمانها خیابانها پلها و... ) اتفاق می‌افتد. صخره‌ها کوه‌ها ونیزار رودخانه‌ها نیز سیگنال رادار را اینگونه بازتاب می‌دهند.
 زاویه تابش(incidence angle) نیز در نحوه شکل گیری تصویر همچنین صیقلی بودن سطوح نقش ایفا می‌کند. با در نظر گرفتن سطح وطول موج ثابت با افزایش زاویه تابش سیگنالهای کمتری به سوی رادار بازمیگردند ودر نتیجه درجه تیره گی افزایش می‌یابد .به بیان دیگر با افزایش زاویه تابش سطوح صیقلی تر از مقدار واقعی خود در تصویر ظاهرمی شوند. به طور کلی تغییر در هندسه دید در بهبود نقشه‌های جغرافیایی وهمچنین برطرف کردن اختلالهایی از قبیل سایه دارشدن و کاهش عمق تصویرموثر می‌باشد. وجود رطوبت در خصوصیات الکتریکی وحجم اجسام موثر می‌باشد. تغییر در خواص الکتریکی در جذب ارسال وهمچنین نحوه شکل گیری تصویر موثر می‌باشد. بنابراین درصد رطوبت اجسام در فعل وانفعال سیگنال رادارومتعاقبا تصویر موثر می‌باشد. معمولا با افزایش رطوبت جسم سیگنالهای بیشتری توسط جسم بازتابیده می‌شود. برای مثال علفزارهای وسیع در هنگامی که مرطوب هستند در تصویر رادار روشنتر ظاهر می‌شوند. § دقت تفکیک(spatial resolution) : به میزان توانایی رادار جهت تفکیک اشیاء مختلف از همدیگر دقت تفکیک گفته می‌شود. بر خلاف سیستمهای نوری افزایش دقت تفکیک در رادار بر اساس خصوصیات امواج مایکرویو وهمچنین تاثیرات هندسی انجام می‌پذیرد. دررادارهایی که از یک آنتن جهت ارسال امواج استفاده می‌کنند یک پالس موج ارسال گشته و با دریافت پ؟واک آن توسط گیرنده تصویر تشکیل می‌شود . دقت تفکیک را می‌توان در دو راستا بررسی کرد. در جهت سمت ناحیه تصویر که دقت سمت (azimuth resolution) نامیده می‌شود ودر جهت برد که آن را دقت برد (range resolution) می‌نامیم . دقت برد به طول پالس رادار (P) بستگی دارد. در صورتی که عمل تفکیک با طول بیشتر از نصف پالس صورت گیرد اهداف از یکدیگر قابل تشخیص اند.  با افزایش زاویه تابش (افزایش برد )شاهد کاهش دقت برد می‌باشیم . دقت سمت به پهنای ستون امواج رادار یا پهنای زاویه‌ای (beam width) (A) و همچنین برد مایل(slant range) وابسته‌است. با افزایش پهنای زاویه‌ای می‌توانیم شاهد دقت سمت باشیم.  همچنین با افزایش طول آنتن رادار می‌توان دقت سمت را افزایش داد .
 رادار دهانه ترکیبی (synthetic aperture radar): همانطور که در قسمت قبل گفته شد جهت بالابردن دقت سمت می‌توانیم طول آنتن رادار را افزایش دهیم. اگرچه در این افزایش طول ما با محدودیتهایی مواجه هستیم. در رادرهای هوایی طول آنتن رادار بین ۱ تا ۲ متر در نظر گرفته می‌شود. در ماهواره‌ها ما می‌توانیم این محدوده را بین ۱۰ تا ۱۵ متر در نظر بگیریم. با تغییراتی در چگونگی حرکت سکوی رادار وثبت و پردازش سیگنالهای بازتابیده شده می‌توان بر محدودیت اندازه غلبه کرد. بدین طریق که ما با تغییر در نحوه رفتار رادار به صورت مجازی طول آنتن رادار را افزایش داده‌ایم .چگونگی رسیدن به این خواسته را تشریح می‌کنم . ۱) ابتداشیءهدف (A)سیگنالهای مایکرویو را به صورت پالس دریافت کرده. پژواکهای هر پالس توسط رادار ثبت می‌شوند. سکوی رادار در مسیر مستقیم به طور پیوسته در حال حرکت است. در طول زمانی که شیء هدف در معرض پالسهای رادار قرار داردعمل ثبت سیگنالهای بازتابیده شده از شیءتوسط رادار انجام می‌پذیرد .۲) زمان چندانی طول نمی‌کشد تا طول آنتن ترکیبی (B) مشخص گردد .  با افزایش پهنای زاویه‌ای وهمچنین کاهش سرعت سکو می‌توانیم دقت سمت را در محدوده دور افزایش دهیم .در نتیجه شاهد ثابت ماندن دقت تفکیک درراستای سمت می‌باشیم .به تکنولوژی فوق که جهت افزایش دقت برد صورت می‌پذیرد رادار دهانه تر� كاليفرنيا در بركلي بود. بعــــــد از آن در 1946 با استــــــفاده از اين مواد توانستند در يك بيمار مبتلا به سرطان تيروئـــــيد از پيشرفت اين بيماري جلوگيري كنند.

نانو در الکترونیک

اين نصف شدن در واقع پيام‌آور ابعاد اقتصادي بود يعني هر چه گيت كوچكتر مي‌شد ترانزيستور مي‌توانست سريعتر سوئيچ كند و درنتيجه انرژي كمتري مصرف مي‌شد و تعداد بيشتري ترانزيستور در يك تراشه سيليكون جاي مي‌گرفت. افزايش تعداد ترانزيستورها و بازدهي آنها، هزينه را كاهش مي‌دهد بنابراين مقرون به صرفه‌تر اين بود كه هر ترانزيستور تا حد امكان كوچكتر شود، اين كوچك‌سازي بالاخره در نقطه‌اي متوقف مي‌شد بنابراين براي ادامه رشد صنعت الكترونيك بايد به فكر فناوريهاي جايگزين بود، فناوري كه مشكلات گذشته را حل كرده و توجيه اقتصادي داشته باشد و اينبار نانو تكنولوژي بود كه توانست به كمك الكترونيك بيايد و فناوري الكترونيك مولكولي يا همان نانو‌الكترونيك بنا نهاده شد.
نانو تكنولوژي يك رشته وابسته به ابزار است ابزارهايي كه به مرور در حال بهتر شدن است نانو تكنولوژي و شاخه‌هاي كاربردي آن مانند نانوالكترونيك درواقع توليد كارآمد دستگاهها و سيستم‌ها با كنترل ماده در مقياس طولي نانو است و بهره‌برداري از خواص و پديده‌هاي نوظهوري است كه در اين مقياس توسعه يافته است.
صنعت الكترونيك امروزي مبتني بر سيليكون است سن اين صنعت به حدود 50 سال مي‌رسد و اكنون به مرحله‌اي رسيده است كه از لحاظ تكنولوژيكي، صنعتي و تجاري به بلوغ رسيده است. در مقابل اين فناوري، الكترونيك مولكولي قرار ارد كه در مراحل كاملاً ابتدايي است و قرار است اين فناوري به عنوان آينده و نسل بعدي صنعت الكترونيك سيليكوني مطرح شود. الكترونيك مولكولي دانشي است كه مبتني بر فناوري نانو بوده و كاربردهاي وسيعي در صنعت الكترونيك دارد. با توجه به كاربردهاي وسيع الكترونيك در محصولات تجاري بازار مي‌توان با سرمايه‌گذاري و تامل بيشتر در فناوري نانو الكترونيك در آينده‌اي نه چندان دور شاهد سود‌دهي كلان محصولاتي بود كه جايگزين فناوري الكترونيك سيليكوني شده‌اند. ميل، اشتياق و علاقه مصرف‌كنندگان و نياز بازار به محصولات جديد با قابليتهاي بالا سازندگان و صنعتگران را بر آن مي‌دارد كه با سرمايه‌گذاري در اين فناوري شاهد رشد و شكوفايي اقتصادي هر چه بيشتر باشند، وليكن با توجه به اهميت نانوتكنولوژي و نيز نانو الكترونيك كه به عنوان يك شاخه كاربردي از نانو تكنولوژي مطرح است لزوم سرمايه‌گذاري كلان در درازمدت و ريسك‌پذيري و تشكيل مراكز R&D توسط دولتمردان پيش از پيش احساس مي‌شود.
براي پيشبرد فناوري نانو الكترونيك و نتيجه رساندن آن سه مرحله راهبردي پيشنهاد مي‌شود كه با پياده‌سازي اين سه‌مرحله مي‌توان نانو الكترونيك را جايگزين فناوري الكترونيك سيليكوني كرد ونسل جديدي از محصولات الكترونيكي را وارد بازار ساخت.
مرحله اول:
مولكولي در نظر گرفته مي‌شود بايد كاربردهايي ساده ارزان و غير پيچيده‌اي باشند تا اطمينان نسبي به الكترونيك مولكولي ايجاد شده و سرمايه‌گذاري‌ها به سمت آن هدايت شود و از طرفي كارايي اين فناوري ثابت شود. به بيان ساده وشفاف و مقايسه نسل جديد محصولات كه بر پايه اين فناوري جايگزين شده‌اند، توجيه كاربرد اين محصولات و ايجاد اطمينان در مصرف‌كنندگان مي‌تواند به عنوان بهترين حامي اقتصادي در اين مرحله باشد.
مرحله دوم: 
توليدات اوليه الكترونيك مولكولي (نانو الكترونيك) بايد مكملي براي فناوري سيليكون باشند اينگونه نباشد كه انقلابي رااز همان آغاز و ابتدا شروع كرده و اين ادوات و فناوريهاي جديد تافته جدا بافته باشد و هيچ ربطي به فناوري سيليكوني نداشته باشد زيرا فناوري سيليكوني يك صنعت جا افتاده است. پس اگر نانوالكترونيك را بتوان مكملي براي فناوري سيليكوني بكار برد شاهد پيشرفت قابل ملاحظه‌اي در اين فناوري نوپا بوده و جايگزين مناسبي براي نسل آينده محصولات الكترونيكي در نظر گرفته شده است.
مرحله سوم: 
مرحله سوم مبحث كاملاً جديدي است كه اصلاً در دسترس فناوري سيليكون نبوده و نانوالكترونيك مي‌تواند بعد از طي مراحل اول و دوم به آن بپردازد، يك مثال ساده وروشن اين موضوع، نمايشگرها هستند، نمايشگرهاي متداول كاملاً سخت و غيرقابل انعطاف هستند ولي با استفاده از الكترونيك مولكولي ومولكول‌هايي كه در صفحه نمايش استفاده داشته باشد بنابر اين كابرد‌هايي وجود دارد كه از دسترس فناوري سيليكون، آن هم بخاطر جامد و كريستالي بودن ذاتي‌اش دور بوده و براي الكترونيك مولكولي قابل دستيابي است. وقتي كه نانو الكترونيك جا افتاد و وارد بازار محصولات الكترونيك شد آنگاه مي‌توان نسل جديدي از محصولات را به دست آورد كه شامل پردازندهايي 1000 مرتبه سريعتر از نوع امروزي باشند. اگر اين مرحله با موفقيت طي شود حدوداً يك دهه طول خواهد كشيد تا نسل جديد محصولات الكترونيكي مبتني بر الكترونيك مولكولي يا الكترونيك در ابعاد نانومتر (نانو الكترونيك) ظهور يابد.
بررسي امكانات موجود: 
براي ساخت ابزارهاي مولكولي بايد ديد از چه چيزهايي مي‌توان استفاده كرد،‌وسايلي كه در اختيار است و تاكنون مدنظر بوده است به شرح ذيل هستند:
نانو لوله‌ها
حلقه‌هاي بنزني
پليمرها
DNA
نانو لوله‌ها: 
اگر يك صفحه تخت گرافيكي مدنظر باشد و به شكلي بتوان آن را به صورت نواري در نظر گرفت و لوله كرد يك نانو لوله مفروض به دست مي‌آيد كه ساختار آن همان ساختار گرافيت بوده و يك هگزاگونال است. اين ماده در سال 1991 در ژاپن كشف شده و به علت خصوصيات جالب آن مورد توجه قرار گرفت. يك خاصيت جالب اين مواد آن است كه بر حسب اينكه در چه جهتي خم شود داراي خاصيت نيمه‌هادي و يا فلزي مي‌شود. قطر يك نانو لوله كمتر از 2 نانومتر است و از اين نانو لوله مي‌توان به عنوان يك سيم كوانتومي يا يك سيم غيرفعال استفاده كرد به عنوان مثال اين لوله مي‌تواند به عنوان يك سيم انتقال هنگام اعمال اختلاف پتانسيل از يك الكترود به الكترود ديگر عمل كند كه اين موضوع مثالي از اتصالات غيرفعال مي‌تواند باشد.
نانو لوله داراي خاصيت فلزي است اين خاصيت رسانش نه فقط در طول بلكه در عرض نانو لوله نيز وجود دارد براي حالت سيمهاي مولكولي غيرفعال، بهتر است كه نانو لوله داراي خاصيت رسانش باشد، اگر باشد، نانو لوله داراي گاف انرژي خواهد بود كه شبيه نيمه هادي خواهد شد. اگر نانو لوله كربني روي سطحي قرار داده شود و نوك STM (مولكول نانو لوله‌هاي كربني) رابه سطح آن نزديك شود، چنانچه ولتاژي را بين بستري كه نانو لوله روي آن قرار دارد و نوك STM اعمال شود جرياني عبور خواهد كرد، بر حسب مقدار جرياني كه عبور مي‌كند، مي‌توان تشخيص داد كه گاف انرژي چقدر است.
حلقه بنزني: 
حلقه‌هاي بنزني به خاطر چگالي حالت بالا كه بر روي حلقه‌هاي خود دارند جانشيني براي سيمهاي كوانتومي در نظر گرفته مي‌شود. 

پليمرها: 
از نمونه‌هايي كه به عنوالن سيمهاي مولكولي فعال يا غيرفعال مي‌توان نام برد پلي‌تيوفن (PT) يا پلي‌انيلين است كه داخل يك سيكلود كسترين1 (CD) قرار گرفته باشد اين دو ماده در اصل پليمرهايي هستند كه به عنوان قسمتهاي هادي سيم بكار مي‌روند اين پليمرها شبيه حلقه‌ بنزني است كه به همديگر چسبيده‌اند و دو سر آن به دو الكترود طلا وصل شده است. اتصالات سيمهاي مولكلولي به الكترودهايش توسط اتم‌هاي گوگرد برقرار مي‌شود سطحي كه اين پليمر بر روي آن قرار مي‌گيرد ممكن است قسمتي از جريان را بكشد يعني اينكه يك جريان اتلافي داشته باشد براي اينكه مانع از اين جريان اتلافي شد بايد اين سيم را داخل يك حفاظ مولكولي قرار داد اين حفاظ نيز شبيه نانو لوله كربني است اما داراي قطر بسيار بزرگتر و ساختار پيچيده‌تري است لذا اين لوله مولكولي مانع عبور جريان اتلافي از ديواره‌هاي سيم و انتقال آن به سطح تماس مي‌شود.
DND:
DNA نمونه‌اي از سيم‌هاي فعال است. ساختمان DNA كاملاً شناخته شده است و به طور خودكار اين ساختمان ايجاد مي‌شود، براي توليد آن مانند پليمرها مشكلي وجود ندارد فقط بايد خواص آن مورد بررسي قرار گيرد تا متوجه چگونگي تغييرات آن شد براي اين منظور به ذكر مثالي پرداخته مي‌شود:
به منظور استفاده از DNA براي محاسبه جريان بر حسب ولتاژ، يك فاصله 8 نانومتري بين دو الكترود پلاتين مفروض مي‌شود، پس با اعمال يك ولتاژ مي‌توان جريان را محاسبه كرد.
نكته‌اي كه از شكل بالا برداشت مي‌شود اين است كه نمودار جريان بر حسب ولتاژ نموداري نامتقارن است، يعني اينكه جريان براي ولتاژي مثلاً بين 1- و 2 ولت اجازه عبور ندارد در حالي كه براي 2- و 1- جريان مي‌تواند عبور كند و اين يعني اينكه DNA مي‌تواند عمل يكسوسازي را انجام دهد. در مورد هدايت از داخل DNA سه نظريه مد نظر است، يكي اينكه DNA يك نيمه هادي با گاف خيلي بزرگ است. ديگر اينكه DNA يك نيمه هادي با گاف كوچك ونيز اينكه DNA داراي خاصيت فلزي است.
موضوع در اصل اين است كه DNA ماده بسيار پيچيده‌اي است كه شرايط محيطي به شكل بسيار زيادي مي‌تواند بر روي خواص آن تاثير بگذارد يكي از اين شرايط محيطي موثر حضور آب است، DNA‌يي كه در محيط خشك باشد با DNAيي كه در محيط مرطوب باشد بسيار متفاوت است. لذا با توجه به شرايط محلي حاكم بر DNA نمي‌توان يك نتيجه قطعي در مورد اينكه DNA فلز است يا نيمه فلز بيان كرد اما آنچه كه مسلم است اين است كه DNA يك نيمه هادي با گاف بزرگ است.
در حالت عادي يونهايي وجود دارد كه با دستكاري آنها مي‌توان خواص هدايتي DNA را تغيير داد يعني مي‌توان اميد داشت كه با افزودن يونهايي بتوان حتي آن را به فلز تبديل كرد يك نكته جالب ديگر اين است كه مي‌توان از DNA به عنوان قالب استفاده كرد و در مكانهاي مشخصي روي DNA يكسري فلزات را قرار داد تا يك سيم فلزي دور DNA ايجاد شود. در اين حالت DNA به عنوان قالبي براي پايدار نگه داشتن سيم مورد نظر استفاده قرار گيرد. بررسي پايداري DNA با توجه به شرايط محلي حاكم بر سيستم نيز امكان‌پذير است. هدايت DNA در دو مسير مشخص صورت مي‌گيرد. وقتي DNA را به عنوان هدايت‌كننده جريان در نظر گرفته شده يك بار مي‌تواند در جهت موازي محورش جريان را عبور دهد و يك بار نيز مي‌تواند عمود بر محورش جريان را عبور دهد، حال براي هدايت در جهت عمود بر محور مي‌توان اينگونه فرض كرد كه وقتي نوك STM (مولكول نانو لوله‌هاي كربني) در بالاي DNA قرار مي‌گيرد جريان به شكل عمود از جفت‌هاي بازي كه وجود دارد وارد نوك STM مي‌شود اين كار مي‌تواند هم به عنوان آزمايشي براي ديدن تصوير DNA و هم براي اندازه‌گيري عبور جريان جفت‌هاي بازي به كار رود ومي‌توان بدين شكل رسانش AT و CG (جفت‌هاي بازهايي كه در مارپيچ DNA وجود دارند) را محاسبه كرد.
DNA مي‌تواند يك ابزار در توليد محصولات نانو‌الكترونيك كاربرد‌هاي فراواني داشته باشد، با توجه به اينكه DNA به طور طبيعي در طبيعت و سلولهاي موجودات زنده وجود دارد مي‌توان از آن در توليد ديگر محصولات نانوتكنولوژي همانند نانوموتورها سود جست. كنترل و پايداري DNA نيز با توجه به خواص ذاتي و محلي آن امكان‌پذير بوده و جاي تامل و بحث دارد.
نتيجه‌گيري:
1ـ آنچه كه مسلم است، الكترونيك مولكولي داراي آينده‌اي درخشان است و با آهنگ بسيار سريعي در حال رشد و تكامل است. از اين رو توجه خاصي را مي‌طلبد.
2ـ نتايج عملي رشد و توسعه شاخه‌هاي نانوتكنولوژي مانند نانوالكترونيك سبب ساخت تجهيزاتي خواهد شد كه در مقايسه با گذشته اختلاف فاحش داشته و نسل كاملاً جديدي با قابليت‌هاي منحصر به فرد خواهد بود.
3- نانو لوله‌ها و DNA به عنوان دو ابزار كارآمد در توليد محصولات نانوالكترونيك از اهميت خاصي برخوردارند، وليكن در اين ميان DNA به دليل داشتن خواص محلي و وجود آن در بدن موجودات زنده از اهميت بيشتري برخوردار است.
4- با توجه به دو شاخص تعداد مقالات علمي و اختراعات ثبت‌شده، در نانو تكنولوژي مي‌توان نتيجه گرفت كه اين شاخصها مي‌توانند اطلاعاتي مفيد در مورد تكامل اين فناوري را نشان دهند و براي طرح برنامه‌ها و استراتژيها مناسب باشند.
5- نانوتكنولوژي و شاخه‌هاي كاربردي آن در علوم مختلف مانند نانوالكترونيك به عنوان پديده‌هايي نوظهور هنوز قبل از تجاري سازي محصولاتشان، احتياج به پيشرفت در هر دو زمينه علمي و تكنولوژيكي را دارد. با توجه به اينكه هم‌اكنون برخي از محصولات اين فناوري در بازار وجود دارد پيش‌بيني اينكه كداميك از محصولات آينده بهتري دارند (از نظر رقابتي) نياز به بررسي بيشتر شاخصهاي اين فناروي در بخشهاي صنعت و زيرمجموعه‌هاي اين فناوري دارد.
6- با توجه به اهميت فناري نانو و كاربردهاي روزافزون آن در دنيا بايد تحقيقات دانشگاهي و دولتي تواماً صورت گيرد و به علت اينكه اهداف تحقيقاتي اين فناوري پايه‌اي و درازمدت است بخش صنعت توان سرمايه‌گذاري بر روي تحقيقات درازمدت و مخاطره‌آميز را نداشته، از اين رو حمايت دولتمردان به عنوان پشتوانه‌اي مهم در اين فناوري خواهد بود علاوه بر اين ايجاد ساختارهاي جديد در دانشگاهها و آزمايشگاههاي ملي براي توسعه اين فناوري لازم است نيازمنديها و انتظارات فناوري نانو و شاخه‌هاي كاربردي آن در علوم مختلف مانند نانوالكترونيك فراتر از تمامي چيزهايي است كه مقررات سنتي دانشگاهي، آزمايشگاهي ملي و يا حتي تمام صنعت مي‌تواند فراهم كند و به خاطر همين مشكلات است كه يك حركت و انديشه ملي پايه‌ريزي و با حمايت دولتي در زمينه اين فناوري حياتي به نظر مي‌رسد.
با توجه به پتانسيل‌هاي موجود ايران در زمينه مهندسي الكترونيك، لزوم يك مركز R&D دولتي كه به حمايت محصولات توليدي الكترونيكي صنايع پرداخته و بتواند در آينده بازار تجاري محصولات نانو‌الكترونيك را به دست بگيرد به شدت حس مي‌شود و اگر تدبيري انديشيده نشود متاسفانه بايد گفت كه همانند گذشته بايد مصرف‌كننده خوبي بوده و شاهد سودهاي كلان تجاري ديگر كشورها و سرمايه‌گذاران بود.
نویسنده:  عليرضا سلمانيان شفا

دپارتمان عمران

طرح ویژه کار آموزی

هشت دانشمند تاثیرگذار جهان از نگاه تایم

مجله «تایم» فهرستی از 100 شخصیت تأثیرگذار جهان در سال 2013 را منتشر کرده که در بین آنها نام هشت دانشمند و محقق حوزه پزشکی و فضا دیده می‌شود.

به گزارش پایگاه فراخوانهای علمی پژوهشی کشور (callforpapers.ir) دستاوردهای چشمگیر در حوزه پزشکی و علوم فضا شامل درمان ایدز در یک نوزاد تازه متولد شده، راهکار مؤثر برای مقابله با سرطان سینه، موفقیت یک شرکت خصوصی در پرتاب فضاپیمای باری به فضا، دستاوردهای مریخ نورد کنجکاوی و شکار سیارک‌های تهدید کننده زمین، علت اصلی انتخاب دانشمندان به عنوان چهره‌های تاثیرگذار علمی اعلام شده است.

«کیمبرلی بلک ول»

مدیر برنامه سرطان سینه در موسسه سرطان دوک بدلیل تلاش برای توسعه روش درمانی موثر در این فهرست جای گرفته است؛ تحقیقات این دانشمند بر شکل بسیار تهاجمی سرطان سینه که در آن سلول ها مقادیر قابل توجهی پروتئین HER2 تولید می‌کنند، متمرکز است.

دستاورد «بلک ول» بمب هوشمند (smart bomb) است که یک سم ضد سرطان حاوی آنتی بادی با قابلیت تشخیص تومور سرطانی است؛ در این روش درمانی که عوارض جانبی محدودی در پی دارد، سلول های سالم در امان مانده و شانس نجات فرد افزایش پیدا می‌کند.

 

«هانا گی» ، «کاترین لوزوریگا» و «دبورا پرسوآد»

«هانا گی» ، «کاترین لوزوریگا» و «دبورا پرسوآد» سه ایمونولوژیست دانشگاه های می سی سی پی، ماساچوست و جان هاپکینز بدلیل تلاش برای درمان ایدز یک نوزاد تازه متولد شده، در فهرست 100شخصیت تأثیر گذار مجله تایم جای گرفتند.

«الون ماسک»، «پیتر تایزینگر و ریچارد کوک» و «دان یئومانس»

در حوزه علوم فضا نیز نام چهار دانشمند و محقق به چشم می خورد. «الون ماسک»، بنیانگذار و مدیرعامل شرکت خصوصی اسپیس ایکس که تصویر وی روی جلد مجله چاپ شده است، بدلیل موفقیت در برنامه پرتاب موشک فالکون 9 و ارسال «دراگون» بعنوان نخستین کپسول باری خصوصی جهان در این فهرست جای گرفت.

همچنین «پیتر تایزینگر» و «ریچارد کوک»،‌ از مدیران تیم مأموریت مریخ نورد کنجکاوی در آزمایشگاه پیشرانه جت (JPL) ناسا نیز بدلیل کسب نتایج قابل توجه در سیاره سرخ، از سوی سردبیران مجله تایم انتخاب شدند.

«دان یئومانس»،‌ شکارچی سیارک ها و سرپرست یکی از تیم های تحقیقاتی آزمایشگاه پیشرانه جت ناسا نیز بدلیل تلاش های مستمر برای رهگیری اجرام نزدیک به زمین (NEOs) بعنوان یکی از 100 شخصیت تأثیرگذار سال 2013 از سوی مجله تایم انتخاب شد.

انتهای پیام/