آموزش NE101 - اصول علم و مهندسی هسته‌ای

آنچه یاد خواهید گرفت:

• درک فیزیک بنیادی پشت ساختار اتمی و پایداری ایزوتوپ‌ها
• محاسبه انرژی آزاد شده از انواع زوال رادیواکتیوی، تقسیم و همجوشی با معادله E=mc^2
• تمرین اصول طراحی راکتور هسته‌ای با فرمول 4 عاملی و معادله انتشار نوترون یک‌سرعت
• بررسی اصول سطح بالا در طراحی‌های مختلف راکتور همجوشی
• آشنایی با تاریخچه کاربردهای پزشکی تابش و پیشرفت‌های فناوری در یک قرن گذشته
• کشف کنید چگونه از رادیوایزوتوپ‌های پزشکی برای تصویربرداری تشخیصی و درمان سرطان استفاده می‌شود.
• کشف کنید راکتورهای پیشرفته، از جمله راکتورهای کوچک مدولار، میکرو راکتورها و راکتورهای خنک‌شده با فلز مایع چگونه کار می‌کنند.
• یادگیری طراحی‌های راکتورهای آب جوش، راکتورهای آب تحت فشار و راکتورهای CANDU و چگونگی تامین انرژی ایالات متحده و کانادا
• حل مسائل با پایتون برای نیازهای محاسباتی پیچیده را دنبال کنید.

پیش‌نیازهای دوره

• دو نیمسال فیزیک دانشگاه - مکانیک و الکترومغناطیس
• دو نیمسال حسابان دانشگاه - مشتقات، انتگرال‌ها، معادلات دیفرانسیل
• توصیه برای همه بخش‌ها: پایتون برای علم و مهندسی هسته‌ای
• توصیه شده برای بخش مرتبط با پزشکی هسته‌ای: زیست‌شناسی، آناتومی انسان و فیزیولوژی

توضیحات دوره

آرزوی مدرس برای این دوره این است که جادوی پشت فناوری هسته‌ای را کشف کنید و تخصصی در زمینه هسته‌ای کسب کنید که به ادامه دادن علاقه پیدا کنید، در انتهای دوره به شما می‌گوییم که بر اساس آنچه دوست دارید، گام‌های بعدی شما چه باشد!

فیزیک تابش: فیزیک کلاسیک نیوتن برای درک نحوه عملکرد فناوری هسته‌ای به تنهایی کافی نیست! ما پیشرفت‌های فیزیکی انجام شده توسط افرادی مانند مایتنر، شرودینگر، اینشتین و دیگران در اوایل قرن بیستم را بررسی خواهیم کرد تا برای بررسی عمیق‌تری از راکتورهای هسته‌ای و پزشکی آماده شویم.

موارد تحت پوشش دوره:

• اصول ساختار اتم، فیزیک مدرن و نظریه ویژه نسبیت اینشتین
• انواع مختلف تابش ذره‌ای و الکترومغناطیسی و چگونگی مدل‌سازی فرآیندهای زوال رادیواکتیوی با معادلات دیفرانسیل
• واکنش‌های هسته‌ای دوگانه بین تابش بمباران و هسته‌های هدف - تولید ایزوتوپ‌های جدید و تابش در این فرآیند
• تابش چگونه با ماده تعامل برقرار می‌کند؟ - محاسبه نرخ واکنش‌های هسته‌ای در مواد و اصول ابتدایی حفاظت در برابر تابش

شکافت هسته‌ای: نیروگاه‌های هسته‌ای یکی از بزرگ‌ترین منابع تولید برق بدون کربن در جهان هستند. درک فرآیند شکافت هسته‌ای برای طراحی نسل بعدی نیروگاه‌های هسته‌ای برای مقابله با تغییرات اقلیمی ضرورت دارد.

موارد تحت پوشش دوره:

• محاسبه انرژی آزاد شده از شکافت هسته‌ای و واکنش‌های زنجیره‌ای
• آناتومی یک راکتور هسته‌ای و نحوه کنترل کامپوننت‌ها در واکنش زنجیره‌ای
• تفاوت‌های بین راکتورهای هسته‌ای سنتی و پیشرفته، از جمله راکتورهای کوچک مدولار و راکتورهای مایع-فلزی
• اصطلاحات اولیه در چرخه سوخت هسته‌ای - یاد بگیرید ما چگونه اورانیوم را استخراج و غنی می‌کنیم، از آن در نیروگاه‌ها استفاده می‌کنیم و آن را به عنوان زباله هسته‌ای ذفع می‌کنیم. بحث در مورد پردازش و بازیافت زباله‌های هسته‌ای نیز وجود دارد!

همجوشی هسته‌ای: فناوری همجوشی با هدف بهره‌برداری از قدرت ستاره‌ها با پیشرفت‌های بزرگ در علم و مهندسی، بدون زباله‌های مضر که با فناوری شکافت هسته‌ای همراه است، عمل می‌کند. ده‌ها شرکت به دنبال تحقق رویای همجوشی هستند و به دنبال اولین اتصال راکتور همجوشی به شبکه برق هستند.

موارد تحت پوشش دوره:

• مقایسه انرژی آزاد شده و زباله تولید شده توسط انرژی همجوشی در مقایسه با انرژی شکافت
• اصول پایه علم و مهندسی پلاسما که برای مطالعات پیشرفته در انرژی همجوشی ضروری است
• انواع راکتورهای همجوشی هسته‌ای - محدودیت گرانشی (ستاره‌ها و خورشید)، محدودیت مغناطیسی (توکامک‌ها و استلراتورها) و همجوشی انقباض نیرویی (لیزرهای پرانرژی)

پزشکی هسته‌ای: فناوری هسته‌ای پیشرفت‌های شگرفی در پزشکی تشخیصی و درمانی در یک قرن گذشته به ارمغان آورده است. بیش از 40 میلیون روش پزشکی هسته‌ای هر سال انجام می‌شود و تقاضا به‌طور مداوم در حال افزایش است!

موارد تحت پوشش دوره:

• چگونه رادیوایزوتوپ‌های پزشکی در راکتورها و شتاب‌دهنده‌های ذره‌ای تولید می‌شوند؟
• چگونه این ایزوتوپ‌ها برای انجام تصویربرداری تشخیصی و نابود کردن سلول‌های سرطانی استفاده می‌شوند؟
• چگونه تابش می‌تواند به‌صورت خارجی بدون جراحی تهاجمی به تومورها تابانده شود؟
• چگونه دستگاه‌های تشخیصی و درمانی هسته‌ای ساخته می‌شوند و اصول عملیات آن‌ها چیست؟

جزئیات دوره

این دوره تقریباً معادل یک دوره مهندسی 4 واحدی در یک نیمسال دانشگاهی است که دانشجویان STEM در سال دوم یا سوم آن را تجربه می‌کنند. انتظار می‌رود که دانشجویان دو نیمسال فیزیک دانشگاهی (مکانیک و الکترومغناطیس) و دو نیمسال حساب دیفرانسیل و انتگرال (مشتقات، انتگرال‌ها و معادلات دیفرانسیل پایه) را گذرانده باشند. به شدت توصیه می‌شود که دانشجویان دوره پایتون برای علم و مهندسی هسته‌ای یا یک دوره برنامه‌نویسی معادل را برای حل مسائل مرتبط با محاسبات و رسم نمودارها تکمیل کرده باشند.

کتاب درسی دوره: اصول علم و مهندسی هسته‌ای، ویرایش 3 اثر شالتیس و فا

سرعت پیشنهادی: هر هفته یک فصل، با مسائل انتخابی برای آن فصل به عنوان تکلیف

جمع کل فصل‌های تحت پوشش: حدودا 12 از 14 فصل در شالتیس و فا؛ تقریباً 12 هفته یادگیری

توجه: هیچ‌یک از سازمان‌های ذکر شده در این مجموعه ویدئوها محتویات این مجموعه را تأیید نکرده‌اند و هیچ‌یک از مدرسان ادعا نمی‌کنند که به نمایندگی از از سازمان‌های ذکر شده در این مجموعه صحبت می‌کنند.

این دوره برای چه کسانی مناسب است؟

• افرادی که در مورد راکتورهای هسته‌ای پیشرفته، راکتورهای کوچک مدولار، سوخت توریم، راکتورهای مایع و غیره کنجکاو هستند!
• افرادی که در مورد راکتورهای همجوشی هسته‌ای، توکامک‌ها، استلراتورها و تکنیک‌های همجوشی ناشی از لیزر کنجکاو هستند!
• دانشجویان دانشگاهی فعلی در رشته‌های STEM که به دنبال بررسی فنی در زمینه مهندسی هسته‌ای هستند.
• متخصصان شاغل در هر رشته‌ای که وارد صنعت هسته‌ای می‌شوند و به آموزش فنی نیاز دارند.
• پرسنل مراقبت‌های بهداشتی که به دنبال کسب دانش بیشتر در مورد تکنیک‌های پزشکی هسته‌ای و اثرات آن بر بیماران هستند.