جست‌و‌جوي معرفت در باريكه‌هاي‌ الكترون...

مصطفي چمران دوره مهندسي برق (الكترومكانيك) دانشكده فني دانشگاه تهران را با رتبه ممتاز و شاگرد اولي به پايان مي‌رساند و در سال 1336 با استفاده از بورس تحصيلي ويژه شاگردان ممتاز براي ادامه تحصيل به آمريكا مي‌رود. پس از مدتي موفق به اخذ فوق ليسانس برق از دانشگاه تگزاس مي‌شود و در سال1342 از دانشگاه بركلي در كاليفرنيا دكتراي خود را در شاخه مهندسي گداخت هسته‌اي كه در آن زمان جديدترين دانش روز در غرب بوده است دريافت مي‌كند.

درباره شهيد چمران نوشتن كاري دشواري است. چراكه قلم تنها گوياي ذره‌ايي از اين درياي بي‌انتهاست. اين بنده كوچك در اين مقال بقدر توان، به بخشي از توانايي‌هاي ايشان و بخصوص كار علمي نامبرده اكتفا مي‌كنم.

رضا امراللهی

در جست و جوي معرفت

تا كسي به سطح دانش نهفته در پايان نامه دكتراي او پي نبرد و در اين درياي علم كه در صفحات تز اوست غور ننمايد نمي‌تواند باور كند كه دكتر چمران مردي است در چهره‌هاي مختلف‌. چه كسي مي‌تواند باور كند بعد از اين همه دانش و فضل يكباره به صورت معلم يك كلاس صنعتي براي تربيت جوانان در لبنان كمر همت ببندد، چه كسي مي‌تواند باور كند كه او كارگاهي براي آموزش فنون اوليه صنعت به جوانان مسلمان لبنان به راه بياندازد، چه كسي مي‌تواند به خود به قبولاند كه اين چمران همان شهيد دكتر مصطفي چمران است.

چگونه مي‌توان باور كرد اين مرد بزرگ در كنار چند نفر بسيجي با تمام وجود بجنگد و همه استعدادها و قدرت خود را در فرماندهي و هدايت جنگ‌هاي بي‌نظير چريكي بكار ببندد و بنياد استكبار جهاني را به لرزه اندازد. در ابتداي جنگ تحميلي و در ميدان كارزار اختراعاتي ساده را از خود به جاي گذارد كه به طور قطع جلوي هجوم دشمن را به اهواز گرفت (اشاره به پنج شاخه‌هايي به نام خورشيدي است كه مانع عبور تانك بود) يا كانال‌هاي دفاعي، يا پمپ‌هاي آبي كه آب را زير پاي دشمن مي‌انداخت، يا خودروي شني‌دار، يا موشك زير آبي شش متري، يا زير دريايي هجومي كوچك يا... .

با تمام ويژگي‌هايي كه شمرده شد، او در نوشتن، زيبانوشتن، درست نوشتن نيز استاد بود. به عنوان نمونه: جزوه درس «كامپيوتر آنالوگ» كه در زمان فوق ليسانس در دانشگاه تگزاس تدوين كرده را ورق مي‌زنيم.

او در اين درس نمره بيست گرفته و اينقدر تميز نوشته است كه هنوز هم وقتي ورق مي‌زني زيبايي و طراوت و صحيح بودن از آن تراوش مي‌نمايد.

وقتي در دانشگاه بركلي در حال گذراندن دكتراست به يكي از همكاران كه چند سال از شهيد چمران زودتر فارغ‌التحصيل شده كمك مي‌كنند به طوري كه در پايان‌نامه «دكتر ويليام هارتمن» مي‌بينيم از دكتر چمران به نيكي ياد مي‌شود.

خلاصه يادداشت‌هاي ايشان از درس «فيزيك پلاسما» كه آن را در سال 1961 گذرانده محتواي بسيار غني دارد و انگار به روز است. بعدها چيرگي و قوت او در گداخت هسته‌اي به نحو بارزي در پايان نامه دكتراي ايشان ديده مي‌شود.

خوبست گفته شود با اينكه شهيد دكتر مصطفي چمران از پايه‌گذاران اصلي انجمن اسلامي دانشجويان در آمريكاست و عمده وقت او صرف آموزش جوانان مسلمان و به ويژه فارسي زبان مي‌شود باز هم در همه مراحل تحصيلي در كنار آن همه مبارزات مذهبي و سياسي قطع بورس تحصيلي كه او مجبور است براي امرار معاش كار كند، شاگرد ممتاز است.

بعد از سال 1342 و در زمان جمال عبدالناصر دو سال به مصر مي‌رود، دوره جنگ‌هاي چريكي را مي‌گذراند و باز هم بهترين شاگرد مي‌شود. دانشمندي كه در همه دوران تحصيلي شاگرد اول بود در جبهه نظامي نيز شاگرد اول مي‌شود. بلافاصله در سال 1345 به لبنان مي‌رود و به كمك امام موسي صدر و شيعيان لبنان مي‌شتابد – جنبش محرومين و بعد امل را تاسيس مي‌كند. آري چنين است، او زندگي و رفاه مادي و پيشنهاد كار در بزرگترين شركت ارتباطات آمريكا را يكباره كنار گذاشت و در سرزمين لبنان به تربيت جواناني مسلمان پرداخت كه بعدها اصول ايثار و شهادت را در جهان به مردم آموختند.

مجاهد انقلابي

شوق ديدار مجدد امام و اجابت فرياد «هل من ناصر» خميني كبير (ره) او را به خانه و سرزمين مادري مي‌آورد، به ايران برمي‌گردد. مثل پروانه به دور شمع وجود قائد بزرگ مسلمانان دنيا مي‌چرخد. همه آرزوهاي خود را برآورده مي‌بيند، اين بار با شتابي بيشتر همه دانش و تجربه و اندوخته سال‌هاي غربت را در خدمت اين مردم خداي جو بكار مي‌گيرد. گويا دوباره حيات يافته است. خود در جمعي مي‌گويد «دوباره زنده شدم» و شروع مي‌كند. هنوز از راه نرسيده بچه‌هاي انقلاب را در سعدآباد تهران آموزش نظامي مي‌دهد و پايه دفاع عمومي يا بسيج عمومي را مي‌ريزد، معاون نخست وزير در امور انقلاب مي‌شود.

براي جنگيدن با اشرار و نوكران بيگانه و ضدانقلاب به پاوه مي‌رود و مي‌جنگد – به وزارت دفاع منصوب مي‌گردد و به عضويت شوراي عالي دفاع برگزيده مي‌شود، سنگ بناي خودكفايي صنايع دفاع را مي‌گذارد. در دوره اول از تهران به مجلس مي‌رود و به عنوان نماينده مردم تهران، مجلس را در همان ماه‌هاي ابتداي كار رها مي‌كند و براي اخراج دشمن از سرزمين خود به خوزستان مي‌شتابد. «ستاد جنگ‌هاي نامنظم» را تشكيل مي‌دهد.

واحد مهندسي را براي «ستاد جنگ‌هاي نامنظم» پيش‌بيني و خود آن را هدايت مي‌كند. در و ديوار اهواز، سوسنگرد و وجب به وجب خوزستان و همه رزمندگان، شهيد چمران را به خوبي به ياد دارند. يادش گرامي باد.

در سوسنگرد شب تاسوعا مجروح مي‌شود ولي حاضر نمي‌شود براي درمان در بيمارستان بماند يا به تهران بيايد و خود مي‌گويد «نفس بچه‌ها زخم‌هاي مرا زودتر التيام مي‌بخشد» و چند روز بعد به شوق ديدار امام به تهران مي‌آيد و فرداي آن روز برمي‌گردد.

همه مردم اين كشور، اين دانشمند بي‌ريا، سرباز بزرگ قرن، عارف خداترس و مجسمه‌اي از همه خوبي‌ها، هنرمندي ‌توانا، فرمانده‌اي بي‌نظير، سياستمداري روشن بين و دولتمردي متواضع را مي‌شناسند. يادش گرامي باد. دهلاويه در خوزستان تا ابد زنده است. چون چمران زنده است و از آن‌جا به ملاء اعلاء شتافت و مشمول «عند ربهم يرزقون» شد.

دارد و يک چاه پتانسيل مغناطيسي محدودکننده ساخته است. اگر آند بيرون بود ان وقت همه الکترون‌ها بايد مستقيما به طرف آن مي‌رفتند و هيچ بار فضايي در داخل لامپ باقي نمي ماند. قطر آند (در حدود 15cm) در مقايسه با فضاي بين کاتد و آند (حدود 1cm) کاملا بزرگ است. پس اين معکوس سازي عملا هيچ چيز را تغيير نمي‌دهد. همچنين ما در اينجا براي سادگي در محاسبات هميشه يک مگنترون مسطح را که با مگنترون هاي معکوس يا معمولي اختلافي ندارد در نظر مي‌گيريم. بيشتر نظريه هاي ارايه شده به وسيله نويسندگان مختلف براي توضيح ناپايداري و رشد و پايه جريان لايه اي نظريه بري لوئين قرار دارد. در حقيقت بيشتر آن‌ها براي تشکيل ناپايداري، اغتشاشي در جريان بري لوئين در نظر گرفتند. در حالت کاتد سرد و آند هموار اين فرض مبهمي است چون فرآيند انتشار ثانويه نياز به بمباران بازگشتي کاتد با الکترون هاي نسبتا پرانرژي، براي توليد الکتروني هاي ثانويه دارد و کاتد الکترون هايي با سرعت اوليه گسيل مي‌کند. اين پديده با جريان لايه اي بري لوئين توافق ندارد.

در سيستم‌ها بار فضا در فرايند تخليه پي-آي جي ساخته مي‌شود. الکترون‌ها ممکن است در چاه مغناطيسي قبل از برخورد با مولکول هاي گاز خنثي و آزاد شدن بيشتر الکترون، چندين بار به جلو و عقب حرکت کنند. يون‌هاي تشکيل شده ممکن است کاتد را بمباران و الکترون هاي بيشتري پخش کنند. وقتي که بار فضا تشکيل مي‌شود چند نوع نوسان شروع مي‌شود. اين نوسان پلاسما که شبيه به ناپايداري بونمن است چند نوع برخورد جمعي بين الکترون‌ها و حرکات بالا و پايين بار فضا ايجاد مي‌کند. اين برخورد باعث جابجايي تصادفي الکترون‌ها به طرف آند يا کاتد مي‌شود که در نتيجه آن جريان آند يا بمباران بازگشتي کاتد ايجاد مي‌شود. اين قدم زدن تصادفي الکترون‌ها پايه اي براي روش آماري ما در اين مقاله است. فرآيند پخش، ساده فرض مي‌شود و يک توزيع بار – فضاي خطي به دست مي‌آيد.

در آزمايش هاي ما، محفظه اي خارج از کاتد و پشت سوراخي در کاتد، براي جمع کردن الکترون هاي پرانرژي، قرار داده شده است. با استفاده از اين اندازه گيري‌ها مي‌توان دماي الکترون‌ها را محاسبه کرد كه متعاقباً رابطه‌اي تجربي بين دماي الکترون و جريان اند يافت مي‌شود.

با استفاده از اين پخش، جريان اند و بمباران بازگشتي کاتد، فرمول بندي مي‌شوند. در اين مگنترون ضريب پخش متناسب با B/1 ايجاد مي‌شود که زمان محصورسازي را کوتاه مي‌کند.

در فصل چهارم، نوفه تحليل مي‌شود و بسته بسته شدن آزمايش مي‌گردد. بار- فضا بسته بسته هايي را در مورد آند هموار (ساختارهاي امواج کند) تشکيل مي‌دهد. اگر طول موج ساختار موج کند و d فاصله بين کاتد و اند باشد، آنگاه بهترين هندسه d2=؟ است و اگر fs فرکانس ساختار موج کند و fc فرکانس سيكلوتروني باشد، بهترين ميدان مغناطيسي وقتي بدست مي‌آيد که fc=2fs.

در فصل پنجم آندهاي rf زيادي بررسي مي‌شوند و مزايا و معايب هر يک بحث مي‌شود يکي از آندهاي rf يعني ساختار موج کندMc150 خيلي خوب کار کرد و يک قوس طولاني توان rf در هوا تشکيل داد. بيشتر آندهاي rf به دليل مشکلات مد و اثرات بس فشردگي خوب کار نکردند اما اطلاعات باارزشي به دست دادند.»

نتيجه گيري پايان نامه

اين بخش نيز عينا به فارسي برگردانده شده است:

«در اين نوشتار به مگنترون هاي نوع گسيل ثانويه با کاتد سرد پرداخته شد. بيشتر کاتدهاي فلزي مانند آلومينيم، منيزيم، مس، فولاد زنگ نزن و کربن مورد آزمايش قرار گرفته و نتايجي بدست آمد.

توزيع بار – فضا براساس يک بخش ساده و مکانيک آماري به دست مي‌آيد و نتايج اين توزيع به داده هاي تجربي بسياري از نويسندگان خيلي نزديک است. بسته، بسته شدن در ناحيه برهم کنش بررسي شدند و نشان داده شد که در يک مگنترون با آند هموار، بار – فضا به آساني بسته، بسته مي‌شود که در اينجا طول هر بسته و d فاصله بين آند و کاتد است. در يک آند rf با بخش فشرده P، اگرچه فرآيند بسته‌اي شدن بار فضاي اوليه، در زير قسمت هاي مربعي اتفاق مي‌افتد، در بهترين وضعيت و در طول موج P2 براي ساختار موج کند تنها يک شاخه وجود دارد به طول .

بنابراين براي يک مگنترون مد ، بهترين هندسه است که بسته‌ها در اثر ميدان rf يک در ميان از بين مي‌روند. براي اين هندسه هنوز شرط ديگري هم هست که ساده‌ترين عملکرد را پديد مي‌آورد و آن fc=2fc است که 2fc و fsبه ترتيب فرکانس سيکلوتروني و فرکانس ساختار موج کند هستند.

يکي از معايب کاتد سرد، ارتباط متقابل بين ميدان مغناطيسي و سرعت است. در يک ميدان مغناطيسي ضعيف انرژي بمباران بازگشتي براي ايجاد انتشار ثانويه کافي نيست و در يک ميدان قوي انتشار ثانويه به همان نسبت کوچک‌تر مي‌شود. بنابراين بر هر ماده اي سرعت پرتو محدود است. در مگنترون‌هاي ما با اندازه قطر حدود 15 تا 20 سانتي متر و فاصله کاتد و آند يک سانتي متر توان پرتوي 30 مگاوات در تيپ‌هاي ميلي ثانيه‌اي به راحتي به دست مي‌آيد.

اما سرعت رانش به صورتي است که فاصله يک سانتي متر با آهنگ Mc1500 پيموده مي‌شود. آندهاي با اين اندازه و فرکانس خواص مدي پيچيده‌اي دارند. آندهاي خوب براي يک دهم اين فرکانس، d10=P، هيچ مشکلي ندارند. اما اگر بسته اي شدن در فواصلي مساوي با فاصله آند و کاتد رخ دهد، آنگاه بيشتر فاصله بين ماکزيمم بسته‌ها بيهوده است و توان توزيع شده از حالتي که لامپ d=P دارد بيشتر نخواهد شد.

همچنين مسئله مهم ديگر نوفه است. در لامپ‌هاي ما نوسانات جريان لغزان يا دي الکترون عامل موثر ديگري براي ايجاد بمباران بازگشتي هستند، و يک نوفه اي با باند وسيع را به وجود مي‌آورند. براي هندسه به کار رفته هارمونيک‌هاي فضايي هم در محدوده اي حدود Mc1000 اغتشاش محسوب مي‌شوند و دمپرهايي بايد براي نابودي اين هارمونيک‌هاي فضايي ماهرانه به کار رود. با انجام آزمايش‌هايي ما دريافتيم که بهترين لامپها، آن‌هايي هستند که از اين مشکل به دورند، و در حدود Mc300 – Mc200 يعني خيلي زير هارمونيک هاي فضايي و فرکانس حرکات بالا و پايين تصادفي کار مي‌کنند.

اگر فقط يک چرخه سيکلوترون اتفاق بيفتد و رانش الکترون‌ها در فاصله اي برابر با فاصله بين الکترودها انجام شود، به خاطر نقش بسته دادن به شکل بهترين طرح، بعيد است که مگنترون‌هايي بهتر از آن‌جا که سال قبل ساخته شده است، طراحي شود.

به دليل ماهيت بسته‌ها بهترين حالت وقتي ايجاد مي‌شود که فاصله رانش برابر فاصله الکترودها باشند و براي ايجاد اين بهترين حالت، بايد فقط يک دوره تناوب سيکلوترون در زمان رانش بين الکترودها وجود داشته باشند.»

اجر نمي‌خواهم

اين مقاله را با يادي از كلام چمران به پايان مي‌برم:

«خدايا از آنچه کرده‌ام اجر نمي خواهم و به خاطر فداکاري هاي خود به تو فخر نمي فروشم. آنچه داشته‌ام تو داده اي و آنچه کرده‌ام تو ميسر نموده اي. همه استعدادهاي من، همه قدرت هاي من، همه وجود من زاده اراده توست، من از خود چيزي ندارم که ارايه دهم و از خود کاري نکرده‌ام که پاداشي بخواهم.»

خداوندا به همه ما و به ويژه به جوانان ما کمک کن که اين سردار واقعي جنگ و اين دانشمند عارف را بيشتر شناخته و راهش را ادامه دهيم.

منبع: شاهدیاران/ یادمان شهید دکتر مصطفی چمران/ شماره 37/ آذرماه 1387