فهرست مطالب

مجله فیزیک کاربردی
سال نهم شماره 2 (پیاپی 17، تابستان 1398)

  • تاریخ انتشار: 1398/04/01
  • تعداد عناوین: 6
|
  • آزاده بدیع پور، زینب آیاتی*، حمیده ابراهیمی صفحات 5-15
    در فیزیک و ریاضی، تحقیق درباره جواب های دقیق معادلات دیفرانسیل غیرخطی از اهمیت بسیاری برخوردار است. جواب های دقیق نقش مهمی را در درک ویژگی ها و کیفیت پدیده های غیرخطی ایفا می کنند. دسته گسترده ای از جواب های دقیق معادلات دیفرانسیل غیرخطی جواب های سولیتونی می باشند. مطالعه سولیتون ها به دلیل کاربرد فراوانشان در علوم مختلف مانند مکانیک سیالات، فیزیک پلاسما، ستاره شناسی، انتشارسیگنال ها در فیبرهای نوری و غیره از اهمیت زیادی برخوردار می باشند. در این پژوهش سعی بر این است تا با استفاده از روش تابع نمایی چندگانه مبتنی بر ساختار نرم افزاری میپل، جواب های سولیتونی معادله کالوجرو بوگویاولنسکی اسچیف به دست آورده شود. با استفاده از این روش ، جواب های یک سالیتونی، دو سالیتونی و سه سالیتونی به دست آمده است. نتایج می تواند به عنوان معیار برای تعیین جواب های عددی معادلات مورد استفاده قرار گیرد و می توان آن را در شاخه های مختلف علوم و فیزیک تجزیه و تحلیل کرد. روش تابع نمایی چندگانه برای محاسبه جواب های سالیتونی به کمک نرم افزارهای ریاضی بسیار ساده و مفید است و به راحتی می توان آن را به سایر معادلات تکاملی غیرخطی گسترش داد.
    کلیدواژگان: روش تابع نمایی چندگانه، معادله کالوجرو بوگویاولنسکی اسچیف، سولیتون، معادله با مشتقات جزیی
  • مریم حسین زاده، مریم اکبری نساجی* صفحات 17-25

    هدف این تحقیق طراحی سامانه شتابدهنده برای تولید پروتون های دارای انرژی حدود 250 میلیون الکترون ولت برای پروتون تراپی است. بدین منظور، سیکلوترون 30 مگا الکترون ولتی واقع در سازمان انرژی اتمی کرج که قادر است باریکه پروتون را حداکثر تا 30 مگا الکترون ولت شتاب دهد به یک شتاب دهنده سینکروترن پروتونکه برای اهداف پزشکی طراحی شده است تزریق می شود. برای این طراحی از دو کد کامپیوتری MADX و AGILE استفاده شده است.

    کلیدواژگان: سینکروترن، طراحی شبکه، پروتون تراپی، پارامترهای توییس، کدAGILE
  • مسعود رضوانی جلال*، مرضیه فراهانی، احسان پاکدامن رسا صفحات 27-43
    در مقاله حاضر، توابع موج اکسیتونی و ممان دوقطبی الکتریکی مربوط به آنها در یک نقطه کوانتومی مخروطی با قاعده کروی به صورت عددی محاسبه می شود. برای انجام محاسبات از یک کد رایانه ای استفاده می شود که نویسندگان برای حل معادله شرودینگر بر اساس روش اختلالی”برهمکنش پیکربندی“تدوین کرده اند. نتایج محاسبات نشان می دهد که اگر جرم موثر الکترون و حفره با هم برابر باشد آنگاه ممان دوقطبی اکسیتون برای تمام ویژه حالت های اکسیتونی مساوی با صفر خواهد بود. از طرف دیگر، وقتی که جرم الکترون و حفره متفاوت باشد اکسیتون دارای قطبش الکتریکی خواهد شد. در وضعیتی که جرم الکترون بیشتر از جرم حفره است جهت این ممان به سمت راس مخروط است و هنگامی که جرم الکترون کمتر شود جهت آن وارون می شود. از این یافته چنین بر می آید که اختلاف جرم الکترون و حفره در نقاط کوانتومی فاقد مرکز تقارن (در اینجا مخروطی) باعث ایجاد قطبش الکتریکی ذاتی در اکسیتون خواهد شد.
    کلیدواژگان: اکسیتون، جرم موثر الکترون و حفره، ممان دوقطبی الکتریکی، نقطه کوانتومی مخروطی
  • فاطمه عظیمی، ابراهیم غلامی حاتم* صفحات 45-52

    در این پژوهش، اثر کاشت یون +N در نیم رسانای ZnO (اکسید روی) جهت بررسی تغییرات خواص لایه نازک ZnO  بررسی شده است. بدین منظور لایه نازکی از ZnO به ضخامت nm 120 با استفاده از روش کندوپاش تهیه شد و سپس به وسیله یون های N+ با انرژی keV 50 و شار 1014 (/cm2یون) به مدت زمان 3 ثانیه بمباران شد. تاثیر کاشت یون+N در خواص بلوری ZnO توسط آنالیز XRD (پراش پرتو X) و تغییرات ریخت شناسی سطح به وسیله آنالیزهای AFM و SEM بررسی شد. در ادامه، رسانندگی الکتریکی و مقاومت الکتریکی نیز توسط دستگاه کاونده نقطه ای بررسی شد. از مقایسه الگوی پراش XRD از نمونه، قبل و بعد از کاشت یون، دریافتیم که خواص بلوری دستخوش تغییرات خاصی نشده است و تنها انتقال بسیار کوچکی به سمت زاویای کوچک تر وجود دارد. در تحلیل نتایج به دست آمده از AFM قبل و بعد از کاشت یون کاهش دوبرابری در مقدار ناهمواری های سطح اکسید روی به چشم می خورد که اثر مثبت کاشت یون نیتروژن را در این لایه ها نشان می دهد. همچنین در بررسی تصاویر SEM مشاهده شد که پس از کاشت یون نیتروژن، یکنواختی ذرات بیشتر شده است. مقایسه داده های حاصل از رسانندگی هم نشان داد که کاشت یون نیتروژن سبب افزایش مقاومت در ساختار اکسید روی جهت استفاده در عایق سازی نواحی مشخص می شود.

    کلیدواژگان: اکسید روی، کاشت یون، لایه نازک
  • نرگس فتحعلیان* صفحات 53-64
    در این مقاله مجموعه ای از توابع پتانسیل پایه معرفی می شود که در بسط پتانسیل تعمیم یافته نیوتنی دیسک های نازک کهکشانی به کار می رود. در اینجا توابع پتانسیل پایه کلاتون براک را در دینامیک تصحیح شده نیوتنی، برای دیسک های نازک کهکشانی بازسازی می کنیم. سپس با استفاده از این توابع پایه اصلاح شده جدید توابع پتانسیل تعمیم یافته دیسک های کوزمین و نمایی را بسط می دهیم و با محاسبه ضرایب بسط و همگرایی کوشی نشان می دهیم که بسط توابع پتانسیل MONDی برای این دو دیسک نمونه، بر حسب توابع تعمیم یافته پتانسیل پایه کلاتون براک با شمار محدودی از جملات بسط (تا 30 جمله) به مقدار دقیق پتانسیل آن ها همگرا می شود. بنابراین می توان توابع تعمیم یافته پتانسیل پایه کلاتون براک را به عنوان مجموعه توابع پایه برای بسط دیگر توابع پتانسیل MONDی برای دیسک های نازک کهکشانی به کار برد. این توابع پایه همچنین در شبیه سازی ها و کدهایی که برای مطالعه دینامیک دیسک های کهکشانی به کار می روند به ویژه در روش هایی چون شبیه سازی N-body و particle mesh کاربرد دارند.
    کلیدواژگان: توابع پایه پتانسیل کلاتون-براک، MOND، منحنی چرخش کهکشان های مارپیچی
  • سید محمد متولی*، امیر پایانی، امید حلالخور صفحات 65-73
    پیش بینی میزان مصرف سوخت مجتمع های سوخت در راکتورهای هسته ای از مهمترین مباحث مهندسی هسته ای و فیزیک راکتور است. محققان زیادی در کشورهای مختلف در زمینه بهبود میزان مصرف سوخت در راکتورهای هسته ای و افزایش شاخص های اقتصادی و ایمنی آن کار می کنند. کد DRAGON4 یک کد محاسبات سلولی و مصرف سوخت است که در دانشگاه پلی تکنیک مونترال کانادا توسعه یافته است. در پژوهش حاضر، ابتدا کد مذکور برای یک مجتمع سوخت نیروگاه اتمی بوشهر اعتبارسنجی شده و سپس با استفاده از آن اثر تغییرات هندسی بر میزان مصرف سوخت در مجتمع سوخت مذکور بررسی شده است. نتایج حاصل از این شبیه سازی صحت طراحی گام شبکه سوخت را از جنبه ایمنی و اقتصادی در سوخت های نیروگاه اتمی بوشهر اثبات می کند.
    کلیدواژگان: کد DRAGON4، مصرف سوخت، مجتمع سوخت، تغییرات هندسی
|
  • Azadeh Badieipour, Zainab Ayati *, Hamideh Ebrahimi Pages 5-15
    In physics and mathematics, research on the exact solutions of nonlinear differential equations is of great importance. Precise solutions play an important role in understanding the properties and quality of nonlinear phenomena. A wide range of exact solutions is nonlinear differential equations of soliton solutions. The study of solitons is very important because of their wide applications in various sciences such as fluid mechanics, plasma physics, astronomy, signal propagation in optical fibers and so on. In this study, we attempt to obtain the soliton solutions of the calogero-Bogojavolenski-Schiff equation by using the multiple exp-function method with Maple software. One-soliton, two-soliton, and three-soliton type solutions have been obtained by using the method. The results can be used as a benchmark for numerical solutions of the underlying equations and it can be analyzed in different branches of science and physics. Multiple exp-function method is very useful for solving multiple soliton solutions due to its simple calculations, and it is easy to be extended for solving other nonlinear developmental equations.
    Keywords: Multiple exp function method, calogero -Bogoyavlenski-schiff Equation, Soliton, Partial Differntial Equation
  • Maryam Hosseinzadeh, Maryam Akbari Nasaji * Pages 17-25

    A compact model of synchrotron accelerator facility is proposed for the treatment of deep-seated tumors with proton therapy. The extracted beam from the existing C-30 cyclotron is first injected into the modelled synchrotron. The injected beam is specified with its longitudinal plane as well as its horizontal and vertical emittances. For this design to be compatible with the cyclotron C-30, the synchrotron should be kept compact and the number of magnet components must be low. The modeled synchrotron layout is designed using the computer codes MADX and AGILE in order to accelerate the injection proton ions from 30 MeV to a maximum extraction energy of 250 MeV with magnetic rigidity of 2.433 Tm. In this lattice arrangement with phase advance of about 90 degrees in two horizontal and vertical planes doublet cells are utilized. This ring consists of two long straight sections for RF and injection/extraction equipment, as well as four short straight sections. For chromaticity correction, two families of sextupoles are used. To prohibit emittance growth, a matching at injection in longitudinal plane was performed. The proton beam energy spread of 2% can be improved to 0.1% at injection by using the designed achromatic system. For the proton beam acceleration, a RF cavity with an approximate voltage of 160 V with a frequency in the range of 2.3 up to 14 MHz is used.

    Keywords: Synchrotron, Lattice Design, Twiss Parameters, Computer Code AGILE
  • Masoud Rezvani Jalal *, Marziyeh Farahani, Ehsan Pakdaman Resa Pages 27-43
    The excitonic wave-functions and dipole moments in a conic quantum dot with spherical base are numerically calculated. To perform the computations, a computer code, developed by the authors to solve Schrodinger equation based on the perturbation method of “configuration interaction”, is used. The results show that if the effective masses of electron and hole are equal, then exciton dipole moment of all excitonic eigen-states will be equal to zero. On the other hand, the exciton will have dipole moment when the masses of electron and hole are different. When the electron mass is larger than that of hole, the moment orientation is directed towards the cone apex and when the electron mass become smaller the direction is inverted. From this finding it is revealed that difference of electron and hole masses in quantum dots lacking inversion center (here a conic one) causes an intrinsic electrical polarization in the confined exciton.
    Keywords: Exciton, Effective mass of electron, hole, Dielectric moment, Conic quantum dot
  • Fatemeh Azimi, Ebrahim Gholami Hatam * Pages 45-52

    The effect of nitrogen ion implantation on the zinc oxide semiconductor have been investigated. To this end, a thin layer of ZnO with thickness of 120 nm was bombarded with N+ ion with energy of 50 keV at a dose rate of 1014 (ion/cm2) with duration of 3 seconds. The effect of the N+ implantation on the crystalline structure was investigated by XRD and the surface morphology was investigated by the AFM and SEM. Also, the electrical conductivity and electrical resistance were measured by the point probe devices. Comparison of XRD diffraction patterns before and after ion implantation reveals that the crystalline structures show no specific changes, but only a very small shift to smaller angles. By comparison of AFM results before and after ion implantation, it is shown that the decrease in the roughness parameters doubled, which confirms the effectiveness of nitrogen ion implantation. The SEM images show that the uniformity of distribution of the particle sizes increases in nano scale after nitrogen implantation. In addition, it was found that the hardness of the zinc oxide structure was increased and the conductivity was decreased after nitrogen implanting.

    Keywords: ZnO, Ion Implantation, Thin film
  • Narges Fathalian * Pages 53-64
    In this paper a set of basis potential functions is introduced which could be used in expanding the MONDian potentials of razor-thin galactic disks. We modify Clutton-Brock basis potential functions in Milgrom’s formulation of Modified Newtonian Dynamics (MOND), for razor-thin galactic disks. Then, we use these new modified basis functions to expand modified potential functions of Kuzmin and exponential disks. We calculate expansion coefficients and Kouchi convergence to show that the MONDian potential functions expansions of these two sample disks, versus modified Clutton-Brock basis potential functions, with limited increase of expansion’s terms (up to 30 terms), converge to the exact values of their potentials. Therefore, Modified Clutton-Brock basis potential functions could be used as a set of basis functions for expansion of other MONDian potential functions of razor-thin galactic disks. These basis functions could also be applicable in simulations and codes which are used to study the dynamics of disk galaxies, especially in the methods like N-body simulations and particle mesh.
    Keywords: Clutton-Brock Basis Potential Functions, MOND, Rotation Curve of Spiral Galaxies
  • Seyed Mohammad Motevalli *, Amir Payani, Omid Halalkhor Pages 65-73
    The prediction of fuel burnup of fuel assemblies in nuclear reactors is one of the most important issues in nuclear engineering and reactor physics. Currently, many researchers in different countries are working on improving fuel burnup in nuclear reactors and increasing their economic and safety indicators. The DRAGON4 code is a cell and fuel burnup calculation code which was developed at Montreal Polytechnic University of Canada. In this study, at first, the DRAGON4 code was verified for a fuel assembly of Bushehr nuclear power plant and then, the fuel burnup changes due to geometric changes in the mentioned fuel assembly have been investigated. Results of this simulation prove the validity of fuel rod pitch with consideration of safety and economy aspects in Bushehr nuclear power plant fuel assemblies.
    Keywords: DRAGON4 code, Fuel Burnup, Fuel assemblies, Geometric changes