فایل بای | FileBuy
مرجع خرید و دانلود گزارش کار آموزی ، گزارشکار آزمایشگاه ، مقاله ، تحقیق ، پروژه و پایان نامه های کلیه رشته های دانشگاهیفایل بای | FileBuy
مرجع خرید و دانلود گزارش کار آموزی ، گزارشکار آزمایشگاه ، مقاله ، تحقیق ، پروژه و پایان نامه های کلیه رشته های دانشگاهیلیزر و کاربردهای آن
| دسته بندی | برق |
| بازدید ها | 19 |
| فرمت فایل | doc |
| حجم فایل | 433 کیلو بایت |
| تعداد صفحات فایل | 63 |
لیزر و کاربردهای آن
مقدمه
امروزه لیزر کاربردهای بیشماری دارد که همه زمینه های مختلف علمی و فنی فیزیک-شیمی-زیست شناسی - الکترونیک و پزشکی را شامل می شود. همه این کاربردها نتیجه مستقیم همان ویژگی های خاص نور لیزر است
لیزر چیست ؟
نور لیزر نوع کاملاً جدیدی از نور است؛ درخشان‌تر و شدیدتر از هرچه که در طبیعت یافت میشود. می‌توان نور لیزری آن‌چنان قوی تولید کرد که هر ماده‌ی شناخته شده‌ی روی زمین را در کسری از ثانیه بخار کند. می تواند سخترین فلزات را سوراخ کند یا به راحتی جسم سختی مثل الماس را سوراخ کند و از آن بگذرد.
برعکس، باریکه‌ی کم قدرت و فوق‌‌العاده دقیق انواع دیگر لیزر را می‌توان برای انجام دادن کارهای بسیار ظریف مثل جراحی روی چشم انسان به کار برد. نور لیزر را می‌توان خیلی دقیق کنترل کرد و به صورت باریکه‌ی مداومی به نام موج پیوسته یا انفجارهای سریعی به نام پالس درآورد.
اگرچه اصول بنیادی لیزر از 40 سال پیش شناخته شده بود، نمایش اولین لیزر، دریچه‌‌ای را به طرف یکی از هیجان انگیزترین و پردامنه‌ترین پیشرفت های تکنولوژی قرن بیستم گشود. در ظرف چند سال پس از نمایش اولین لیزر، انواع بسیار گوناگونی از لیزرها به صورت ابزارهای عملی به صور گوناگون به کار گرفته شدند. لیزرها در تکنولوژی انقلابی جدید پدید آورده‌اند و تأ ثیر آنها بر زندگی ما در آینده نیز ادامه خواهد داشت.
امروزه گستره‌‌ی وسیعی از لیزرها در همه جا به کار گرفته شده‌اند. فروشگاه‌های بزرگ و بسیاری از انبارهای بزرگ خورده‌فروشی برای جستجوی خود‌به‌خود، ثبت قیمت‌‌ها و صورت‌برداری از اقلام خریداری شده، در قسمت حساب کننده از لیزر بهره می‌گیرند. در دستگاههای ویدئویی از نور لیزر برای خواندن دیسکهای ویدئویی و ایجاد تصویر متحرک همراه با صدا استفاده می‌کنند. مقدار زیادی اطلاعات را روی دیسکهای لیزری ثبت می‌کنند تا بعداً روی صفحه‌ی کامپیوتر خوانده شوند یا توسط چاپگرهای لیزری به شکل نسخه‌ی سخت روی کاغذ چاپ شوند.
در پزشکی نور لیزر به عنوان نوع جدیدی چاقوی جراحی بدون خونریزی استفاده میشوند و وقتی که نسجی مثل قسمت معیوب کیسه‌ی صفرا در خلال جراحی برداشته میشود، رگهای خونی بسته میشوند. کارهای دندانپزشکی با لیزر درد کمتری دارند و برای روکش و پل دندان از لیزرها استفاده میشود.
در صنعت از لیزرها برای عملیات گرمایی فلزات، جوش دادن قسمتها به یکدیگر و وسایل هم‌ترازی دقیق استفاده میشود. لیزرها را برای اندازه‌گیری دقیق فاصله‌های خیلی بزرگ و نیز فاصله‌های خیلی کوچک به کار می‌برند. افزون بر این‌ها لیزرها را همراه با تارهای نوری، برای انتقال بهتر داده‌ها و بهبود ارتباط تلفنی به کار می‌گیرند. لیزرها در حال تغییر دادن نحوه‌ی پژوهش دانشمندان هستند. لیزرها می‌توانند چشمه‌ی جدیدی از قدرت الکتریکی بیافرینند، مشابه فرایندی که در خورشید برای تولید انرژی به وجود میآید.
خواص نور لیزر و کاربردهای آن
از نخستین روزهای ساخت لیزر پی برده شد که نور لیزر خواص مشخصه‌ای دارد که آن را از نورهای ایجاد شده از سایر منابع، متمایز می‌کند. در ابتدا به این ویژگی‌ها و نحوه ایجاد آنها توسط لیزر اشاره خواهیم کرد. لیزر دارای سه ویژگی مهم است:
تک‌فامی
در توضیح این ویژگی لازم است ابتدا با مفهوم گسیل القایی ( نشر القایی)آشنا شویم. گسیل پرتو توسط الکترونهای برانگیخته در داخل اتم به دو صورت است :1 ) گسیل خود به‌خودی 2) گسیل القایی
فرض کنید 1 e و e2 دو تراز متوالی از یک اتم با انرژیهای 1 E و2 E باشد و الکترونی در تراز e1 در حالت پایه خود قرار گرفته باشد. اگر به هر دلیلی این الکترون از تراز 1 e به تراز بالاتر 2 e برود گفته میشود اتم تحریک شده است یا در حالت برانگیخته قرار دارد. چون این حالت یک حالت ناپایدار است اتم تمایل دارد هرچه زودتر به حالت پایدار باز گردد. به همین دلیل الکترون مزبور بلافاصله به حالت قبلی در تراز1 e بر خواهد گشت. از طرفی چون این دو تراز اختلاف انرژی 1 E E 2- دارد بنا بر اصل پایستگی انرژی، انرژی اضافی الکترون به صورت تابش با فرکانس V، حین بازگشت به تراز اول گسیل میشود. به این فرآیند گسیل خودبه‌خودی گویند. حال اگر الکترونی در تراز2 e در حالت پایه خود قرار داشته باشد و ما به طریقی اتم را تحریک کنیم ( میدان الکترومغناطیسی، تابش، حرارت و... ) در اثر این القا الکترون مزبور تراز 2 E را ترک نموده وبه تراز E1برود و حین این انتقال ( بنا به اصل پایستگی انرژی ) تابش گسیل کند به این تابش گسیل القایی یا نشر القایی گویند.
هر کدام از این فرآیندها ویژگی‌های خاص خود را دارد. در گسیل خودبه‌خودی تابش‌های گسیل شده به صورت کاتوره‌ای و در تمام جهات گسترده است. اما در گسیل القایی جهت تابش در یک راستای معین خواهد بود. از طرفی در گسیل خودبخودی فوتونهای تابشی در اثر گزار بین اتمهای ترازهای اتمی یا مولکولی مختلف و متفاوت از هم به وجود می‌آیند پس این تابش‌ها طیف گسترده‌ای از فرکانس‌ها را شامل میشود.
اما در گسیل القایی تابش در اثر گزار بین ترازهای اتمی یا مولکولی مشابه گسیل میشود. بنابراین همه تابش‌ها تقریبا فرکانس یکسانی دارد. معمولا در لیزر از فرآیند گسیل القایی استفاده میشود. اما برای داشتن گسیل القایی طولانی مدت به مولکول‌هایی شامل دوتراز که تراز بالایی آن پروتراز پایینی آن خالی باشد، نیاز داریم. اما آنچه که نظریه‌های کوانتومی بیان می‌کنند این است که بنا به قاعده گزینش در اتم‌ها ابتدا ترازهای پایین‌تر پر میشود. بنابراین به وضعیت به‌وجود آمده در لیزر، وارونگی جمعیت گویند. نحوه ایجاد وارونگی جمعیت بسته به نوع لیزر متفاوت است. مثلا در لیزر هلیوم نئون مخلوط کردن این دو گاز منجر به جفت شدن برخی تراز‌ها ی اتمی آن دو شده و وارونگی جمعیت مورد نیاز را تامین می‌کند. به این ترتیب لیزر قادر به ایجاد تابشی تک فرکانس خواهد بود. با این وجود برای تک فرکانس شدن بیشتر از یک عنصر اپتیک مانند بازآواگر( سنجه) نیزدر لیزر استفاده میشود.
ویژگی تک‌فامی نور لیزر بیشتر کاربرد شیمیایی دارد. به عنوان مثال برای جدا سازی ایزوتوپ‌های یک عنصر به یک منبع تک‌فام مانند لیزر نیاز است. ایزوتوپ‌های یک عنصر از نظر محتوا باهم متفاوت است پس فرکانس‌های جذب آنها نیز اندکی متفا وت خواهد بود که تنها نور لیزر قادر به تفکیک آنها است. تمایل زیاد به استفاده از این کاربرد در صنایع هسته‌ای نیز غیرمنتظره نیست.
همدوسی
تابش الکترو مغناطیس به وسیله بارهای الکتریکی نوسان کننده تولید میشود. بسامد نوسان نوع تابشی را که گسیل میشود، معین می‌کند. اگر در یک چشمه، بارها ی الکتریکی به طور هماهنگ نوسان کند چشمه را همدوس و تابش حاصل را تابش همدوس می‌نامیم. همانطور که قبلا گفته شد در لیزر از گسیل القایی استفاده میشود. در این فرآیند می‌توان اتم را به نحوی تحریک کرد که همه الکترونهای برانگیخته فقط به ترازهای خاصی برود و در نتیجه فرکانس تابشی آنها همه در یک محدوده خواهد بود. پس تمام این تابش‌ها با هم هماهنگ است که این همان تعریف چشمه همدوس است. از همدوسی نور لیزر می‌توان در تمام‌نگاری استفاده کرد. تمام‌نگاری روشی جهت تهیه تصاویر سه بعدی است. در این روش تصویر ویژه‌ای به نام تمام نگاشت روی فیلم عکاسی تشکیل میشود که بر خلاف دیگر تصاویر متداول عکاسی، حاوی اطلاعاتی نه تنها پیرامون شدت بلکه در مورد فاز نور بازتابیده از جسم نیز هست. واضح است که منبع نور آشفته چون خود دارای پرتو هایی با فازهای مختلف است قادر به تشکیل چنین تصویری نخواهد بود. تنها مشکل موجود برای چنین تصاویری آن است که تنها امکان تهیه تمام نگاشت‌های تک‌فام وجود دارد زیرا برای تشخیص رنگهای واقعی جسم باید از تابش طول موج‌های مختلف به طور همزمان استفاده کرد که در آن صورت اطلاعات مربوط به فاز از بین می‌رود.
شدت زیاد
شدت زیاد، خاصیتی است که بیش از سایر موارد همراه نور لیزر است و در حقیقت لیزرها بالاترین شدت‌های شناخته شده روی زمین را ایجاد می‌کند. از آنجا که لیزر باریکه‌ای موازی از نور را نه در تمام جهت‌ها، بلکه در راستای مشخصی گسیل می‌کند. مناسب‌ترین معیار شدت، تابیدگی است. بنا بر رابطه بین توان تابش شده وتابیدگی:
I = P / A
که در آن P توان و A مساحت است می‌توان در مورد شدت‌ها ی زیاد بحث کرد. ازآنجایی که خروجی منابع نور معمولی اکثرا پرتو‌های واگرا است با دور شدن از چشمه به علت افزایش مساحت با ثابت ماندن توان (توان به ویژگی خود چشمه بستگی دارد )میزان شدت آن کاهش می‌یابد اما در لیزر به علت موازی بودن پرتوها، هر چه فاصله از منبع بیشتر شود با ثابت ماندن توان، مساحت سطح مقطع باریکه خروجی نیز تقریبا ثابت است و در نتیجه شدت در فاصله دوراز منبع همان مقداری را دارد که پرتو خروجی از منبع دارد.
اما اینکه چرا شدت خروجی از لیزر تا به این اندازه زیاد است، به توان لیزر بر می‌گردد. داخل لیزر سیستمی وجود دارد که نور ورودی به هنگام خروج تقویت میشود. همچنین با استفاده از ابزارهای اپتیک مناسب در لیزر می‌توان به شدت‌هایی دست یافت که از شدت خود منبع فراتر رود.
لازم به توضیح است که شدت نور خروجی از لیزر دارای توزیع گوسی است، یعنی شدت برای لحظه کوتاهی بیشترین مقدار خود را دارد. در ابتدا یک صعود ودر انتها یک نزول برای آن وجود دارد. پس یک طول عمر برای شدت حداکثر می‌توان تعریف کرد. طول عمر شدت ماکزیمم معمولا خیلی کوتاه است. یکی از کاربردهای کوتاه بودن عمر شدت‌های بالا در هرتپ، در چشم پزشکی است. مثلا پارگی شبکیه را که باعث کوری موضعی میشود می‌توان با جوشکاری نقطه‌ای توسط تپهای پر شدت نور حاصل از لیزر آرگون با بافت نگهدارنده آن متصل کرد. به علت کوتاه بودن عمر یک تپ، حین عمل نیازی به بیهوشی، بی حرکت کردن طولانی چشم و... وجود ندارد. در کاربردهای دیگر پزشکی کوتاه بودن طول عمرتپ مانع از احساس درد در بیماران میشود. چرا که زمان هرتپ بسیار کوتاهتر از زمان لازم برای فرستادن پیغام توسط اعصاب به مغز و بازگشت آن به محل درد است.
ساختمان لیزر
در شکل شماره (1) طرح ساده‌ای از یک لیزر گازی را مشاهده می‌کنید. ساختار اصلی در اکثر لیزرها مشابه است. لیزر در واقع یک نوسان کننده اپتیک است که از یک محیط تقویت‌کننده نور که در داخل یک بازآواگر قرار دارد تشکیل میشود. پس اصلی ترین قسمت در لیزر محیطی است که بتواند نور عبوری را تقویت کند. در لیزر‌های گازی از مخلوط یک یا چند گاز ( هلیوم، نئون، آرگون و... ) به صورت خالص به عنوان محیط تقویت کننده استفاده میشود. بخار فلزی کادمیوم، جیوه، سرب و... نیز در لیزر‌های گازی کاربرد دارد. از انواع دیگر لیزر‌های گازی، لیزر مولکول ازت( 2 N) و لیزر دی اکسید کربن (CO2) است.
محیط تقویت کننده معمولا توسط یک محرک بیرونی به کار می‌افتد و شروع به تابش می‌کند. در اثر این تحریک، الکترونهای هر اتم مدار خود را ترک کرده به مدار پایین تر در اتم مربوط می‌رود. جهت برقراری اصل پایستگی انرژی (به علت وجود اختلاف انرژی بین دو مدار) حین این گذار تابش خواهند کرد. این تابش نسبتا تک فام است زیرا عمل تحریک طوری است که عمل گذار بین ترازهای یکسان اتفاق بیفتد. در لیزر نشان داده شده این محرک استفاده از روش تخلیه جریان الکتریکی است که به دو نوع تخلیه جریان مستقیم و تخلیه جریان متناوب در لیزر‌های گازی متداول است. روش تخلیه جریان متناوب ساده‌ترین روش تحریک است چرا که منبع تغذیه می‌تواند یک مبدل عمومی ولتاژ که به الکترود‌های فلزی سرد در داخل لامپ متصل میشود، باشد. از روشهای دیگر بر انگیزش الکتریکی محیط لیزری، می‌توان روش تخلیه الکترودی با بسامد بالا ( که در اولین لیزر هلیوم نئون ساخته شده توسط جوان و همکارانش استفاده شده بود. ) و روش تپهای فشار قوی ( برای استفاده در لیزر‌های تپی پر توان) اشاره کرد.
در قسمت دیگر یک لیزر در دوجداره ابتدا و انتها از دو آینه صاف که با زاویه معلوم نسبت به افق به طور موازی با هم قرار دارد، استفاده میشود به چنین سیستم اپتیک، دریچه‌های بروستر گفته میشود. کاربرد این دریچه‌ها در قطبیده نمودن پرتوهاست. این دریچه‌ها برای یک جهت قطبیدگی خاص شفاف است ولی برای عبور قطبیدگی عمود بر آن ضریب عبور صفر است و تمام نور بازتابیده خواهد شد. استفاده از این وسیله در لیزر موجب قطبیدگی خطی نور خروجی از لیزر خواهد شد.
قسمت مهم دیگر لیزر استفاده از بازآواگر است. بازآواگر وسیله‌ای اپتیکی است که از دو آینه (تخت یا خمیده) تشکیل میشود به طوری که محیط تقویت کننده در میان آنها قرار دارد. تابش خروجی از تقویت کننده پس از قطبیده شدن توسط دریچه‌های بروستر به یکی از این آینه‌ها برخورد نموده جزئی از پرتو عبور و جرئی از آن بازتاب می‌یابد. پرتو بازتابیده دوباره مسیر محیط تقویت کننده و دریچه بروستر را پیموده و به آینه سمت مقابل بر خورد می‌کند. به این ترتیب عمل عبور و بازتاب بارها تکرار میشود. نهایتا نور خروجی از تقویت کننده در اثر رفت و آمد بین دو آینه به صورت یک موج ایستاده در میآید. لازم به ذکر است که برای خروج انرژی از بازآواگر دو آینه به طور جزئی شفاف است. ویژگی پرتو خروجی از بازآواگر تک فام بودن آن است. در وواقع بازآواگر عمل گزینش فرکانس را انجام میدهد.
شکل شماره (2) طرحی کلی از داخل یک لیزر هلیوم-نئون را نشان میدهد. محیط لیزری، دریچه‌های بروستر، آینه‌های بازآواگر، سیستم مربوط به محرک، محیط لیز کننده و سایر جزئیات مورد نیاز مانند لایه محافظ و شفاف آلومینیومی جهت جلوگیری از خروج انرژی از دیواره‌ها و بازتاب آن به داخل محیط تقویت کننده در شکل نشان داده شده است.
لیزر و کاربردهای آن
فکر ساختن وسیله‌ای که نور همدوس تولید کند ، مدتها دانشمندان قرن حاضر را به خود مشغول داشته بود . در سال 1985 فیزیکدان مشهور آمریکایی چالز تاونز راه این کار را پیدا کرد . دو سال بعد دانشمند دیگر آمریکایی ، تئودور مایمن به نظریه تاونز جامه عمل پوشاند و اولین لیزر را با بلوری از یاقوت مصنوعی ساخت این دو بعداً به دریافت جایزه نوبل نایل آمدند . یک لیزر یاقوتی ساده از سه بخش تشکیل میشود : استوانه‌ای از یاقوت مصنوعی ، یک چشمه نور ـ مثلاً یک لامپ گزنون که مانند لامپ نئون کار می‌کند . ( گزنون و زنون هر دو از گازهای بی‌اثرند یعنی اتمهایشان با اتمهای دیگر مولکول نمی‌سازد . ) ـ و یک بازتابنده که نور را از لامپ گزنون به یاقوت هدایت می‌کند
استوانه یاقوتی ، بخش اصلی دستگاه است . قطر آن در حدود 7 میلیمتر و طولش 3.5 تا 5 cm است . دو قاعده استوانه صیقل خورده و نقره اندود شده است تا آینه کاملی باشد . قاعده دیگر نیز نقره اندود است ولی نه کاملاً به طوری که می‌تواند قسمتی از نور را از خود عبور دهد .
یاقوت بلور اکسید آلومینیوم است که در آن تعداد نسبتاً کمی اتم کروم معلق است . اتمهای کروم از طریق گسیل القایی ، کوانتوم نور تولید می‌کنند ، اتمهای اکسیژن و آلومینیم که بقیه بلور را تشکیل می‌دهند فقط اتمهای کروم را در جایشان نگه می‌دارند. اتمهای کروم نسبتاً بزرگ است و تعداد زیادی الکترون در مدارهایشان دارد . در این جا فقط الکترونی مورد توجه ماست که بیش از دیگران برانگیخته میشود .
لازم به ذکر است واژه لیزر از حروف اول (( تقویت نور بوسیله گسیل برانگیخته تابش )) در زبان انگلیسی گرفته شده که آن را می‌توان توسعه “maser” تقویت میکروویو بوسیله گسیل برانگیخته تابش در محدوده فوتونی طیف امواج الکترومغناطیسی دانست
کاربرد لیزر در فیزیک و شیمی
اختراع لیزر و تکامل آن وابسته به معلومات پایه ای است که در درجه اول از رشته فیزیک و بعد از شیمی گرفته شده اند. بنابراین طبیعی است که استفاده از لیزر در فیزیک و شیمی از اولین کاربردهای لیزر باشند
رشته دیگری که در آن لیزر نه تنها امکانات موجود را افزایش داده بلکه مفاهیم کاملا جدیدی را عرضه کرده است طیف نمایی است. اکنون با بعضی از لیزرها می توان پهنای خط نوسانی را تا چند ده کیلوهرتز باریک کرد ( هم در ناحیه مرئی و هم در ناحیه فروسرخ ) و با این کار اندازه گیری های مربوط به طیف نمایی با توان تفکیک چند مرتبه بزرگی ( 3 تا 6) بالاتر از روش های معمولی طیف نمایی امکان پذیر می شوند. لیزر همچنین باعث ابداع رشته جدید طیف نمایی غیر خطی شد که در آن تفکیک طیف نمایی خیلی بالاتر از حدی است که معمولا با اثرهای پهن شدگی دوپلر اعمال می شود. این عمل منجر به بررسیهای دقیقتری از خصوصیات ماده شده است.
در زمینه شیمی از لیزر هم برای تشخیص و هم برای ایجاد تغییرات شیمیایی برگشت ناپذیر استفاده شده است. ( فوتو شیمی لیزری) به ویژه در فون تشخیص باید از روش های (پراکندگی تشدیدی رامان ) و ( پراکندگی پاد استوکس همدوس رامان ) (CARS) نام ببریم. به وسیله این روشها می توان اطلاعات قابل ملاحظه ای درباره خصوصیات مولکولهای چند اتمی به دست آورد ( یعنی فرکانس ارتعاشی فعال رامن - ثابتهای چرخشی و ناهماهنگ بودن فرکانس). روش CARS همچنین برای اندازه گیری غلظت و دمای یک نمونه مولکولی در یک ناحیه محدود از فضا به کار می رود. از این توانایی برای بررسی جزئیات فرایند احتراق شعله و پلاسما ( تخلیه الکتریکی) بهره برداری شده است.
شاید جالبتری کاربرد شیمیایی ( دست کم بالقوه ) لیزر در زیمنه فوتو شیمی باشد. اما باید در نظر داشته باشیم به خاطر بهای زیاد فوتونهای لیزری بهره برداری تجاری از فوتوشیمی لیزری تنها هنگامی موجه است که ارزش محصول نهایی خیلی زیاد باشد. یکی از این موارد جداسازی ایزوتوپها است.
کاربرد در زیست شناسی
از لیزر به طور روزافزونی در زیست شناسی و پزشکی استفاده می شود. اینجا هم لیزر می تواند ابزار تشخیص و یا وسیله برگشت ناپذیر مولکولهای زنده یک سلول و یا یک بافت باشد. ( زیست شناسی نوری و جراحی لیزری)
در زیست شناسی مهمترین کاربرد لیزر به عنوان یک وسیله تشخیصی است. ما در اینجا تکنیک های لیزری زیر را ذکر می کنیم :
الف) فلوئورسان القایی به وسیله تپهای فوق العاده کوتاه لیزر در DNA در ترکیب رنگی پیچیده DNA و در مواد رنگی موثر در فتوسنتز
ب) پراکندگی تشدیدی رامان به عنوان روشی برای مطالعه ملکولهای زنده مانند هموگلوبین و یا رودوپسین ( عامل اصلی در سازوکار بینایی)
ج) طیف نمایی همبستگی فوتونی برای بدست آوردن اطلاعاتی در مورد ساختار و درجه انبوهش انواع ملکولهای زنده
د) روشهای تجزیه فوتونی درخشی پیکوثانیه ای برای کاوش رفتار دینامیکی مولکولهای زنده در حالت برانگیخته
به ویژه باید از روشی موسوم به میکروفلوئورمتر جریان یاد کرد. در اینجا سلولهای پستانداران در حالت معلق مجبور می شوند که از یک اتاقک مخصوص جریان عبور کنند که در آنجا ردیف می شوند و سپس یکی یکی از باریکه کانونی شده لیزر یونی آرگون عبور می کنند. با قرار دادن یک آشکارساز نوری در جای مناسب می توان این کمیت ها را اندازه گیری کرد :
الف) نورماده ای رنگی که به یک جزء خاص تشکیل دهنده سلول یعنی DNA متصل ( که اطلاعاتی راجع بع مقدار آن جزء تشکیل دهنده سلول را به دست می دهد) امتیاز میکروفلوئورمتری جریان در این است که اندازه گیری ها را برای تعداد زیادی از سلولها در مدت زمان محدود میسر می سازد. به این وسیله می توانیم دقت خوبی برای اندازه گیری آماری داشته باشیم.
در زیست شناسی از لیزر برای ایجاد تغییر برگشت ناپذیر در ملکولهای زنده و یا اجزای تشکیل دهنده سلول هم استفاده می شود. به ویژه تکنیک های معروف به ریز - باریکه را ذکر می کنیم. در اینجا نور لیزر ( مثلا یک لیزر Ar+ تپی ) به وسیله یک عدسی شیئی میکروسکوپ مناسب در ناحیه ای از سلول با قطری در حدود طول موج لیزر (05 µm) کانونی می شود منظور اصلی از این تکنیک مطالعه رفتار سلول پس از آسیبی است که با لیزر در ناحیه خاصی از آن ایجاد شده است.
در زمینه پزشکی بیشترین کاربرد لیزرها در جراحی است ( جراحی لیزری) اما در بعضی موارد لیزر برای تشخیص نیز به کار می رود. ( استفاده بالینی از میکروفلوئورمتر جریان - سرعت سنجی دوپلری برای اندازه گیری سرعت خون - فلوئورسان لیزری - آندوسکوپی نای برای آشکارسازی تومورهای ریوی در مراحل اولیه
در جراحی از باریکه کانونی شده لیزر ( اغلب لیزر CO2 ) به جای چاقوی جراحی معمولی ( یا برقی ) استفاده می شود. باریکه فروسرخ لیزر CO2 به شدت به وسیله ملکولهای آب موجود در بافت جذب می شود و موجب تبخیر سریع این ملکولها و در نتیجه برش بافت می شود. برتریهای اصلی چاقوی لیزری را می توان به صورت زیر خلاصه کرد :
الف) دقت بسیار زیاد به ویژه هنگامی که باریکه با یک میکروسکوپ مناسب هدایت شود ( جراحی لیزر)
ب) امکان عمل در نواحی غیر قابل دسترس.. بنابراین عملا هر ناحیه از بدن را که با یک دستگاه نوری مناسب ( مثلا عدسی ها و آینه ها) قابل مشاهده باشد می توان به وسیله لیزر جراحی کرد.
ج) کاهش فوق العاده خونروی در اثر برش رگهای خونی به وسیله باریکه لیزر ( قطر رگی حدود 0/5 mm )
د) آسیب رسانی خیلی کم به بافتهای مجاور ( حدود چند میکرومتر) اما در مقابل این برتریها باید اشکالات زیر را هم در نظر داشت :
الف) هزینه زیاد و پیچیدگی دستگاه جراحی لیزری
ب) سرعت کمتر چاقوی لیزری
ج) مشکلات قابلیت اعتماد و ایمنی مربوط به چاقوی لیزری
با این اشاره اجمالی به جراحی لیزری اکنون می خواهیم به شرح مفصلتری از تعدادی از این کاربردها بپردازیم . در چشم بیماران مبتلا به مرض قند استفاده شده است در این مورد باریکه لیزر به وسیله عدسی چشم بر روی شبکیه کانونی می شود. پرتو سبز لیزر به شدت به وسیله گلبول های سرخ جذب می شود و اثر حرارتی حاصل باعث اتصال دوباره شبکیه یا انعقاد رگهای آن می شود. اکنون لیزر استفاده روزافزونی در گوش و حلق و بینی پیدا کرده است. استفاده از لیزر در این شاخه از جراحی جذابیت خاصی دارد. زیرا با اعضایی مانند نای - حلق و گوش میانی سروکار دارد که به علت عدم دسترسی به آن ها جراحی معمولی مشکل است. اغلب در این مورد لیزر همراه با یک میکروسکوپ استفاده می شود. همچنین لیزر برای جراحی داخل دهان نیز مفید است ( برای برداشتن غده های مخاطی ). امتیازات اصلی در اینجا جلوگیری از خونریزی و فقدان لختگی خون و درد پس از عمل جراحی و بهبود سریع بیمار است. لیزر همچنین اهمیت خود را در بهبود خونریزیهای سنگین در جهاز هاضمه ثابت کرده است. در این حالت باریکه لیزر ( معمولا لیزر نئودمیوم یا آرگون یونی ) به وسیله یک تار نوری مخصوص که در داخل یک آندوسکوپی داخلی قرار گرفته است پرتو لیزر را به ناحیه مورد معالجه هدایت می کند. لیزر همچنین در بیماری زنان مفید است درحالی که اغلب به همراه یک میکروسکوپ استفاده می شود. کاهش قابل ملاحظه درد و لخته شدن خون ارزش مجدد چاقوی لیزری را بیان می کند. در پوست درمانی اغلب از لیزر برای برداشتن خالها و معالجه امراض رگها استفاده می شود. بالاخزه استفاده از لیزرها در جراحی عمومی و جراحی غده امیدوار کننده است
بررسی انواع تجهیزات خانواده FACTS
| دسته بندی | برق |
| بازدید ها | 27 |
| فرمت فایل | doc |
| حجم فایل | 3977 کیلو بایت |
| تعداد صفحات فایل | 60 |
بررسی انواع تجهیزات خانواده FACTS
فهرست
|
عنوان |
|
فصل اول : پیشگفتار |
|
1-1 مقدمه |
|
1-2 محدودیت های انتقال توان در سیستم های قدرت 1-2-1 عبور توان در مسیرهای ناخواسته |
|
1-2-2 ضرفیت توان خطوط انتقال |
|
1-3 مشخصه باپذیری خطوط انتقال |
|
1-3-1 محدودیت حرارتی |
|
1-3-2 محدودیت افت ولتاژ |
|
1-3-3 محدودیت پایداری |
|
1-4 راه حل‌ها 1-4-1 کاهش امپدانس خط با نصب خازن سری |
|
1-4-2 بهبود پرفیل ولتاژ در وسط خط |
|
1-4-3 کنترل توان با تغییر زاویه قدرت |
|
1-5 راه حل‌های کلاسیک |
|
1-5-1 بانک‌های خازنی سری با کلیدهای مکانیکی |
|
1-5-2 بانک‌های خازنی وراکتوری موازی قابل کنترل با کلیدهای مکانیکی |
|
1-5-3 جابجاگر فاز |
|
فصل دوم : آشنایی اجمالی با ادوات FACTS |
|
2-1 مقدمه |
|
2-2 انواع اصلی کنترل کننده های FACTS |
|
2-2-1 کنترل کننده‌های سری |
|
2-2-1-1 جبران ساز سنکرون استاتیکی به صورت سری(SSSC) |
|
2-2-1-2 کنترل کننده‌های انتقال توان میان خط(IPFC) |
|
2-2-1-3 خازن سری با کنترل تریستوری (TCSC) |
|
2-2-1-4 خازن سری قابل کلیدزنی با تریستور (TSSSC) |
|
2-2-1-5 خازن سری قابل کلید زنی با تریستور (TSSC) |
|
2-2-1-6 راکتور سری قابل کلید زنی با تریستور (TSSR) |
|
2-2-1-7 راکتور با کنترل تریستوری (TCSR) |
|
2-2-2 کنترل کننده‌های موازی |
|
2-2-2-1 جبران کننده سنکرون استاتیکی(STATCOM) |
|
2-2-2-2 مولد سنکرون استاتیکی (SSG) |
|
2-2-2-3 جبران ساز توان راکتیو استاتیکی(SVC) |
|
2-2-2-4 راکتور قابل کنترل با تریستور (TCR) |
|
2-2-2-5 راکتور قابل کلیدزنی با تریستور(TSR) |
|
2-2-2-6 خازن قابل کلیدزنی با تریستور (TSC) |
|
2-2-2-7 مولد یا جذب کننده توان راکتیو (SVG) |
|
2-2-2-8 سیستم توان راکتیو استاتیکی (SVS) |
|
2-2-2-9 ترمز مقاومتی با کنترل تریستوری (TCBR) |
|
2-2-3 کنترل کننده ترکیبی سری – موازی |
|
2-2-3-1 کنترل کننده یکپارچه انتقال توان (UPFC) |
|
2-2-3-2 محدود کننده ولتاژ با کنترل تریستوری(TCVL) |
|
2-2-3-3 تنظیم کننده ولتاژ با کنترل تریتسوری (TCVR) |
|
2-2-3-4 جبران‌سازهای استاتیکی توان راکتیو SVC و STATCOM |
|
2-3 مقایسه میان SVC و STATCOM |
|
2-4 خازن سری کنترل شده با تریستور GTO (GCSC) |
|
2-5 خازن سری سوئیچ شده با تریستور (TSSC) |
|
2-6 خازن سری کنترل شده با تریستور (TCSC) |
|
فصل سوم : بررسی انواع کاربردی ادوات FACTS |
|
3-1 مقدمه |
|
3-2 منبع ولتاژ سنکرون بر پایه سوئیچینگ مبدل |
|
3-3 کنترل کننده توان عبوری بین خطی (IPFC) |
|
3-4 جبرانگر سنکرون استاتیکی سری (SSSC) |
|
3-5 جبرانگر سنکرون استاتیکی (STATCOM) |
|
3-6 آشنایی با UPFC |
|
3-6-1 تاثیر UPFC بر منحنی بارپذیری |
|
3-6-2 معرفی UPFC |
|
3-7 آشنایی با SMES |
|
3-7-1 نحوه کار سیستم SMES |
|
3-7-2 مقایسه SMES با دیگر ذخیره کننده های انرژی |
|
3-8 آشنایی با UPQC |
|
3-8-1 ساختار و وظایف UPQC |
|
3-9 آشنایی با HVDCLIGHT |
|
3-9-1 مزایای سیستم HVDCLIGHT |
|
3-9-2 کاربرد سیستم HVDCLIGHT |
|
3-9-3 عیب سیستم HVDCLIGHT |
|
3-9-4 بررسی اضافه ولتاژهای داخلی در خطوط انتقال قدرت HVDC |
|
3-10 مقایسه SCC و TCR از دیدگاه هارمونیک های تزریقی به شبکه توزیع |
|
3-11 SVC |
|
3-12 مبدل های منبع ولتاژ VSC |
|
فصل چهارم : نتیجه گیری |
|
منابع
فصل اول پیشگفتار1-1 مقدمه این نوشتار عهده دار معرفی ادوات جدید سیستم های مدرن انتقال انرژی می‌باشد که تحول زیادی را در بهره‌برداری و کنترل سیستمهای قدرت ایجاد خواهد کرد. با رشد روز افزون مصرف،سیستمهای انتقال انرژی با بحران محدودیت انتقال توان مواجه هستند.این محدودیتها عملاً بخاطر حفظ پایداری و تامین سطح مجاز ولتاژ بوجود می‌آیند.بنابراین ظرفیت بهره‌برداری عملی خطوط انتقال بسیار کمتر از ظرفیت واقعی خطوط که همان حد حرارتی آنهاست ، می‌باشد.این امر موجب عدم بهره برداری بهینه از سیستمهای انتقال انرژی خواهد شد.یکی از راههای افزایش ظرفیت انتقال توان،احداث خطوط جدید است که این امر هم چندان ساده نیست ومشکلات فراوانی را به همراه دارد.با پیشرفت صنعت نیمه هادیها و استفاده آنها در سیستم قدرت،مفهوم سیستم های انتقال انرژی انعطاف‌پذیر(FACTS) مطرح شد که بدون احداث خطوط جدید بتوان از ظرفیت واقعی سیستم انتقال استفاده کرد.پیشرفت اخیر صنعت الکترونیک در طراحی کلیدهای نیمه هادی با قابلیت خاموش شدن و استفاده از آن در مبدل های منبع ولتاژ در سطح توان و ولتاژ سیستم قدرت علاوه بر معرفی ادوات جدیدتر،تحولی در مفهوم FACTS بوجود آورد و سیستمهای انتقال انرژی را بسیار کارآمدتر و موثرتر خواهد کرد . برای درک بهتر و شناساندن مشخصات برجسته این ادوات درقدم اول لازم است مشکلات موجود سیستم های انتقال انرژی شناسائی شوند.آنگاه راه حل های کلاسیک برای رفع آنها بیان می شوند.مبدلهای منبع ولتاژ،که ساختار کلیه ادوات جدید FACTS بر آن استوار است در بخش بعدی مورد بحث قرار می گردد و در خاتمه نسل جدید ادوات FACTS معرفی می شوند . 1-2 محدودیتهای انتقال توان در سیستمهای قدرت یک سیستم قدرت از سه قسمت عمده تولید،انتقال و مصرف تشکیل شده است. هدف یک مهندس بهره‌بردار قدرت این است که توان خواسته شده مصرف‌کننده را تحت ولتاژ ثابت و فرکانس معین تامین نماید.از لحاظ کنترل روی مصرف کننده نمی توان محدودیت زیادی اعمال کرد زیرا او خریدار است و خواسته هایش باید تامین شود.در نتیجه ، کنترل اصلی در شبکه برق روی بخش تولید و انتقال است.حالت مطلوب در سیستم تولید و انتقال این است که این سیستم بایستی قابلیت تولید و انتقال توان خواسته شده را دارا باشد.معمولاً در طراحی اولیه،این خواسته در نظر گرفته می شود.ولی با گذشت زمان تغییراتی از قبیل رشد مصرف،اتصال شبکه‌های دیگر به شبکه قبلی و تاسیس نیروگاهها و خطوط انتقال جدید و ... این تعادل را بر هم زده و محدودیت هایی را در بهره برداری از شبکه قدرت بوجود می آورند. گسترش سیستم های قدرت و به هم پیوستن آنها در دو ناحیه متمایز صورت گرفت. ناحیه ای با درصد جمعیت زیاد و وجود نیروگاه های نزدیک به مصرف که توسعه سیستم قدرت را تبدیل به یک شبکه به هم‌پیوسته غربالی تبدیل کرده است ، مثل شبکه های قدرت در اروپا و شرق ایالات متحده آمریکا و ناحیه‌ای که مقدار توان عظیمی را از نیروگاههای آبی به مراکز مصرف در فواصل دور تحویل می دهد.از قبیل سیستمهای موجود در کانادا و برزیل . الحاق شبکه‌ها به هم علاوه بر مزیت فراوانی که در برداشت،مشکلات عدیده‌ای را هم به همراه آورد. مشکلی که در انتقال توان سیستمهای به هم پیوسته غربالی وجود دارد، عبور توان در مسیرهای ناخواسته است که به عنوان مشکل توان در حلقه شناخته می شود.عبور این توان در مسیرهای ناخواسته موجب افزایش بار غیر مجاز و عدم بهره‌برداری بهینه از سیستم خواهد شد.لذا بایستی به طریقی توان عبوری از یک مسیر را کنترل نموده و از طرفی برای سیستم های انتقال انرژی طولانی مسئله توان در حلقه مشکل ساز نیست بلکه مشکل عمده در این سیستم ها ، مسئله پایداری گذرا و افت ولتاژ غیر مجاز است.به این معنی که برای حفظ پایداری شبکه و تثبیت سطح ولتاژ مجاز،توان عبوری در سیستم انتقال باید محدود شود.بر این اساس،حالت ایده‌آل یک سیستم انتقال انرژی موقعی است که : 1. کنترل توان در مسیرهای خواسته شده انجام پذیرد. 2. ظرفیت بهره برداری کلیه خطوط در حد ظرفیت حرارتی قرار داشته باشد.در نتیجه مشکلات عمده در بهره‌برداری از سیستمهای انتقال انرژی عبارتند از عبور توان در مسیرهای ناخواسته و عدم بهره‌برداری از ظرفیت سیستمهای انتقال در حد ظرفیت حرارتی. 1-2-1 عبور توان در مسیرهای ناخواسته برای بررسی مسئله عبور توان در مسیرهای ناخواسته ، سیستم شکل (1-1) زیر را در نظر بگیرید. شکل (1-1) سیستم مورد مطالعه برای مساله توان در حلقهدر این سیستم دو ژنراتور A وB به ترتیب با تولید MW2000 وMW 1000،توان درخواستیMW3000 را از طریق خطوط AC با قدرت انتقالیMW 2000،(MW1000)AB،(MW1250) BC به بار نقطه C تحویل می دهند.قابل ذکر است که عبور توان در یک شبکه بعلت پارامترهای خطوط انتقالی به آسانی قابل کنترل نیست و در نتیجه،همانطور که در شکل نشان داده شده است ، خط BC بیش از قدرت نامی خویش توان انتقال می دهد.در حالیکه خطوط AC و AB هنوز توانائی انتقال توان بیشتر را دارند.اگر مصرف کننده C بخواهد توان بیشتری را تقاضا کند با وجود ظرفیت خالی خطوط مذکور انتقال توان به این مصرف کننده بخاطر افزایش بار خط BC امکان پذیر نخواهد بود. 1-2-2 ظرفیت توان خطوط انتقال برای بررسی مشکل دیگر سیستم های انتقال انرژی(عدم بهره برداری از ظرفیت کامل خطوط)لازم است مشخصه بار پذیری خطوط انتقال و مسایل وابسته به آن شناسائی شوند . 1-3 مشخصه بار پذیری خطوط انتقال سیستم های خطوط انتقال انرژی که توان نیروگاه های دور دست را به مصرف کننده می رسانند،به خاطر مسایل پایداری و افت ولتاژ،ظرفیت بارپذیری خطوط با مقدار واقعی آن تفاوت زیادی خواهد داشت. بارپذیری یک خط طبق تعریف برابر با حد بارگذاری خط (برحسب درصدی از بار امپدانس ضربه)در محدوده های مشخص حرارتی،افت ولتاژ و پایداری است. برای نخستین بار آقای Clair.St درسال 1953میلادی این مفهوم را مطرح کرد و بر اساس ملاحظات علمی و تجربی،منحنی‌های قابلیت انتقال توان خطوط را در محدوده ولتاژ 330 کیلووات و تا طول 400مایل را بدست آورد .این منحنی‌ها(که به نام خودش مشهور است)ابزار ارزشمندی برای مهندسان طراحی سیستمهای انتقال برای تخمین سریع حدود حداکثر بارگذاری خطوط است بعدها کار او بصورت محاسباتی تعمیم داده شده است بر اساس این مطالعات مشخصه بارپذیری خطوط انتقال توسعه سه عامل محدود میشود: محدودیت حرارتی،محدودیت افت ولتاژ و محدودیت پایداری. برای بررسی این محدودیت ها سیستم شکل (2-1) را در نظر می گیریم که دو انتهای سیستم انتقال(پایانه ارسالی و پایانه دریافتی)توسط مدل تونن آن نشان داده شده است. شکل(2-1). مدل ساده شده شبکه برای مطالعه مشخصه بارپذیری1-3-1 محدودیت حرارتی (Thermal Limits)حرارت حاصل از عبور جریان خطوط انتقال دوتاثیر نامطلوب دارد: - ذوب شدن و از دست دادن تدریجی قدرت مکانیکی هادی آلومینیومی بعلت قرار گرفتن در معرض دماهای بالا بطور مداوم. - افزایش انحنای خط و کاهش فاصله آن با زمین به دلیل انبساط خط در دماهای بالا (شکل 3-1) معمولاً دومین عامل از عوامل فوق،حداکثر دمای کاری مجاز را تعیین می کند. در این حد،انحنانی خط به حداکثر مجاز خود نسبت به زمین می رسد. بر اساس ملاحظات مربوط به ذوب،حداکثر دمای مجاز برای خطوط با مقدار آلومینیوم بالا مساوی 127 و برای سایر هادیها 150 است.حداکثر جریان مجاز، بستگی به دمای محیط و سرعت بالا دارد . ثابت زمانی حرارتی در حدود 10 تا 20 دقیقه است از این رو بین ظرفیت‌نامی پیوسته و ظرفیت نامی زمان محدود می توان تفاوت قایل شد.بر این اساس در وضعیت‌های اضطراری با در نظر گرفتن جریان قبل از اغتشاش،دمای محیط و سرعت باد،از ظرفیت نامی زمان محدود استفاده کرد. شکل (3-1). فاصله مجاز خط انتقال از زمین و تاثیر دمای هادی در انبساط طول1-3-2 محدودیت افت ولتاژ با در نظر گرفتن مدل خط انتقال و پارامترهای تشکیل دهنده آن،پروفیل ولتاژ برای سیستم شکل (2-1) به ازای فاصله خط و توان انتقالی نامی و بی‌باری در شکل(4-1)نشان داده شده است.همانطور که ملاحظه می شود،ولتاژ خط در طول خط ثابت نبوده و شدیداً تابعی از توان انتقالی خط خواهد بود.این تغییرات ولتاژ بایستی درمحدوده مجاز باشد لذا انتقال توان در این خطوط محدود به تغییرات دامنه ولتاژ خواهد بود.به بیان دیگراگر طول خط را به عنوان یک پارامتر در نظر بگیریم مشخصه بارپذیری خط را تابعی از طول خط براساس محدودیت افت ولتاژ را می توان بصورت زیر محاسبه کرد. مقادیر ولتاژ پایانه های ارسالی و دریافت و بر اساس محاسبه پخش بار بدست می آید و برای این سیستم محدودیت افت ولتاژ 5% در نظر گرفته شده است.آنگاه طول خط به عنوان یک پارامتر در نظر گرفته و با مقدار اولیه آن شروع می کنیم و دامنه ولتاژ را حساب می کنیم. مقدار بر اساس افت ولتاژ مجاز 5% چک می شود.اگر به حد مجاز رسید آنگاه انتقال توان به محدودیت افت ولتاژ رسیده و را از رابطه زیر محاسبه می کنیم . (5-1) سپس با جایگزینی آن در رابطه زیر مقدار توان پایانه ارسالی محاسبه می شود. (6-1) که A و B پارامترهای مشخصه خطوط انتقال و و زوایای آنها هستند و زاویه بین و می باشد.نسبت مقدار Ps/Psil بارپذیری را بر حسب پریونیت بیان می کند. اگر افت ولتاژ مرحله قبلی در محدوده مجاز خود قرار داشت.آنگاه افزایش داده می شود و از معادله (1-1) بدست می آید . سپس مقدار جدید طول خط این حلقه محاسباتی تکرار می شود تا مشخصه بارپذیری خط انتقال بر حسب تابعی از طول خط متناظر با محدودیت افت ولتاژ بدست می آید . شکل (4-1) . تغییرات ولتاژ وسط خط انتقال سیستم شکل (2-1) برای توان های انتقالی متفاوت1-3-3 محدودیت پایداری با توجه به مشخصه توان–زاویه سیستم شکل (2-1) که در شکل (5-1) نشان داده شده است،ملاحظه می شود که در حالت ایده‌آل ژنراتور می تواند ماکزیمم توان انتقالی خود را در زاویه 90 درجه انتقال دهد که عملاً به خاطر ملاحظات پایداری با ضریب اطمینان 30% از ژنراتور بهره‌برداری می کنند.یعنی ماکزیمم توان خروجی ژنراتور نبایستی از 70% ظرفیت ماکزیم توان انتقالی خط افزایش یابد.زاویه ژنراتور متناظر با این محدودیت با استفاده از رابطه توان حدوداً بدست می آید. شکل (5-1) این محدودیت را برای خطوط انتقال با طول‌های متفاوت(یعنی امپدانس‌های متفاوت)نشان می دهد.همانطور که ملاحظه می شود با افزایش امپدانس خط(یا طول خط) برای تامین ضریب اطمینان 30% پایداری( متناظر با )، مقدار توان انتقالی مجاز متفاوت خواهد بود . |
منابع انرژی فسیلی و هسته ای
| دسته بندی | برق |
| بازدید ها | 17 |
| فرمت فایل | doc |
| حجم فایل | 1150 کیلو بایت |
| تعداد صفحات فایل | 90 |
منابع انرژی فسیلی و هسته ای
فصل اول
مقدمه
فصل دوم
استفاده از انرژی باد
فصل سوم
معرفی انواع توربین های بادی- ساختار الکتریکی مکانیکی
فصل چهارم
ژنراتور نیروگاه بادی
فصل پنجم
بررسی سیستم های مبدل باد به انرژی الکتریکی
فصل ششم
سیستم آسنکرون
فصل هفتم
مبدلهای الکتریکی
مقدمه
استفاده از منابع انرژی فسیلی و هسته ای، مستلزم هزینه زیاد و افزایش آلودگی محیط زیست و عوارض مخرب ناشی از آن است، از این رو با بروز پدیده بحران انرژی در دنیا و از طرف دیگر پیشرفت تکنولوژی تبدیل انرژی باد، به انرژی الکتریکی که به کاهش قیمت آنها منجر شده، استفاده از انرژی باد اجتناب ناپذیر شده است. سیستم های مبدل انرژی باد، به انرژی الکتریکی از سال 1975 به شکل تجاری و در سطح وسیع در دنیا مورد استفاده قرار گرفته اند. هم اکنون با پیشرفت تکنولوژی میکروکامپیوترها و نیمه هادیهای قدرت امکان استفاده از سیستم کنترلی مدرن و در نتیجه تولید قدرت الکتریکی با کیفیت بالا از نیروی باد ایجاد شده است. تجربه نصب و راه اندازی نیروگاههای بادی در کشورهای صنعتی، به خصوص آمریکا و دانمارک نشان داده است که هزینه این سیستم ها قابل مقایسه با هزینه روش های سنتی و متداول تولید انرژی الکتریکی می باشد.
تامین انرژی الکتریکی برای بارهای شبکه با کیفیت بالا و تولید وقفه نیروی برق هدف اصلی یک سیستم قدرت می باشد. برای بالا بردن کیفیت انرژی الکتریکی نیاز است. کمیت های مختلف سیستم قدرت مانند راه اندازی از مدار خارج نمودن، بهره برداری در شرایط توان ثابت و…. کنترل شود. با توجه به ماهیت تغییرات سرعت باد در زمان های مختلف ایجاد شرایط کنترل برای سیستم های قدرت شامل مبدل های انرژی باد به الکتریکی حائز اهمیت می گردد. اجزاء مختلف یک سیستم قدرت بادی شامل: توربین بادی، ژنراتور، کنترل کننده زاویه گام پره و سیستم تحریک می باشد. که هر یک از این اجزاء انواع مختلف داشته و در مدل های مختلف براساس نیاز ساخته می شوند. لذا با توجه به موقعیت جغرافیایی ایران و اهمیت انرژیهای تجدیدپذیر به این موضوع پرداخته می شود.
باد رایگان است بشر از عهد باستان این نکته را به خوبی دریافته است و آسیاب بادی را ساخته است تا آب چاهها را بیرون بکشد و غلات را آرد کند. امروزه آسیابهای بادی دیگر منسوخ شده اند و جای خود را به مولدهای بادی داده اند که الکتریسته تولید می کنند. بهترین جا برای تاسیس مولدهای بادی سواحل دریا و تپه ها هستند. در این نقاط باد شدیدتر و منظم تر از نقاط دیگر می‌وزد. (برای تولید الکتریسته سرعت باد باید به طور متوسط 5 متر بر ثانیه، یعنی 18 کیلومتر در ساعت باشد.) اما باد این عیب بزرگ را دارد که فقط بعضی روزها و بعضی ساعات می وزد. اگر فقط به انرژی باد اتکا کنیم، به سرعت دچار کمبود الکتریسته
می شویم. پس راه حل چیست؟ راه حل این است که با استفاده از باتریها الکتریسته ای را که در ساعات بادخیز تولید شده است، ذخیره کنیم. راه دوم این است که مولد بادی را با موتوری که با سوخت کار می کند همراه سازیم. و در واقع یک گروه الکترون بوجود می آوریم. به این ترتیب می توانیم وقتی که باد نیست از الکتریسته ای که ماشین دوم تولید می کند استفاده کنیم. در حال حاضر در بسیاری از کشورهای در حال توسعه یا نقاط دور افتاده ای که برق رسانی به آنها ممکن نیست ازجمله در آرژانتین، استرالیا، آفریقای جنوبی … موادهای بادی می توانند نیاز یک مزرعه، چند خانه یا روستا را به برق تامین کنند. در اوایل قرن 14 میلادی بهره برداری گسترده از آسیابهای بادی در اروپا رایج گردید. اروپائیان بعدها روتور آسیابها را به بالای برجی انتقال داده اند که از چندین طبقه تشکیل می شود. نکته حائز اهمیت درباره آسیابهای مذکور آنست که پره ها بطور دستی در جهت باد قرار داده می شوند و این امر به کمک اهرم بزرگی در پشت آسیاب صورت می گرفت. بهینه سازی انرژی خروجی و حفاظت آسیاب در برابر آسیب دیدگی ناشی از بادهای شدید با جمع کردن پره های آن صورت می گرفت. نخستین مولدهای بزرگ به منظور تولید الکتریسته سال در اوهایو توسط چارلز براش ساخته شد. در سال 1888 ابداع انواع مولدهای بادی در مقیاس وسیع در 1930 در روسیه با ساخت ژنراتور بادی 100 کیلو واتی آغاز شد. طراحی روتورهای پیشرفته با محور عمودی در فرانسه توسط داریوس در دهه 1920 آغاز شد. از میان طرحهای پیشنهادی داریوس مهمترین طرح، روتوری است با پره های ایرفویل و انحنا دار که از بالا و پایین به یک محور عمودی متصل می شوند. در این زمینه، ابداعات دیگری صورت نگرفت و این طرح در سالهای اخیر به نام توربین داریوس مورد توجه قرار گرفته است. توسعه صنعت توربین های بادی، بسیار سریع بوده و در حال پیشرفت است. از ابتدای دهه 1980 تاکنون ظرفیت متوسط توربین بادی از 15 کیلو وات تا 8 مگا وات ارتقاء یافته است. مجموع ظرفیت نصب شده توربین های بادی در جهان به بیش از 25000 مگا وات بالغ می گردد. بنا بر محاسبات انجام شده، از باد در جهان
می توان 105-Ej (هر Ej ژول) برق گرفت و آنچه در عمل بدست می آید. 110Ej است و پیش بینی شده است تا 2020 میلادی 10 درصد از برق کل جهان از انرژی باد تولید خواهد شد. این صنعت همچنین باعث ایجاد 7/1 میلیون شغل می شود.
2-1- تاریخچه انرژی باد در جهان
انرژی باد از انواع قدیمی انرژی است که از بدو پیدایش کره زمین در آن وجود داشته و با پیشرفت جوامع انسانی مورد استفاده قرار گرفته است. کهن ترین دستگاههای مبدل باد در خاورمیانه، برای تهویه منازل بکار رفت که هنوز هم در بعضی شهرهای کویری ایران نظیر یزد بنام بادگیر از آن استفاده می شود. اولین توربین های بادی یا مبدل های انرژی باد به انرژی جنبشی در ایران شکل گرفت و کمی بعد در عصر حمورابی پادشاه بابل در عراق نیز گسترش یافت. نمونه های اولیه این توربین ها از محور عمودی استفاده
می کردند و دارای 4 پره بودند.
استفاده اصلی این توربین ها در آرد کردن غلات بود در 3 قرن قبل از میلاد، مصریها نمونه ای از توربین با محور افقی و 4 پره را ابداع کردند و بوسیله آن، هوای فشرده جهت ساختن ارگ در مراسم مذهبی را تامین کردند. آسیاب بادی در قرون وسطی در ایتالیا، پرتغال و اسپانیلا ظاهر شد و کمی بعد در انگلستان، هلند و آلمان نیز بکار برده شد. این ماشین ها می خواستند آب را به ارتفاع 5 متر پمپ نمایند. حتی از آن برای استخراج روغن از دانه های روغنی نیز استفاده کردند و بعدا انرژی باد علاوه بر خشکی در دریا نیز برای پیشبرد کشتی ها استفاده شد.
3-1- تلاش برای تسخیر دریا
در اروپا مولدهای بادی بیشتر برای تولید الکتریسته «پاک» که در شبکه های سراسری تزریق می شود مورد استفاده قرار می گیرند. تاسیس مولدهای بادی در خشکی گاهی سبب اعتراض هایی می شود (حمایت از پرندگان و محیط زیست) برای اجتناب از این گونه دردسرها، بهتر است که پیش از نصب مولد های بادی مطالعات لازم را انجام دهیم.
همچنین بایستی موقعیت نصب مولدهای بادی، در معرض راه پرندگان مهاجر قرار نگیرد. حال که نصب این مولدها در خشکی مشکلاتی دارد، پژوهشگران متوجه دریاها شدند. مثلا کشور دانمارک با نصب مولدهای بسیار عظیم در مناطق کم عمق سواحل خود نمونه بسیاری خوبی را ارائه داده است (دکل این مولدهای بادی 90 متر و طول متغیرهایش 40متر است.) آلمان، بلژیک، ایرلند هم به پیروی از دانمارک قصد دارند که با ایجاد پارک های بزرگ و نصب ژنراتورهای بادی در آنها به اندازه نیروگاه های معمولی الکتریسته تولید کنند. امروزه مولدهای بادی را در مناطق کم عمق دریاها کار می گذارند.
4-1- وضعیت کنونی بهره برداری از انرژی باد در جهان
نیروگاههای بادی در سراسر جهان به سرعت در حال گسترش می باشند. به طوریکه انرژی باد در میان دیگر منابع و گزینه های انرژی عنوان سریع الرشدترین صنعت را به خود اختصاص داده اند. نرخ رشد این صنعت در سال 2001 میلادی سالانه 35 درصد و در سال 2002 میلادی سالانه 28 درصد گزارش شده است. در پایان سال 2002 میلادی کل ظرفیت نصب شده جهان به 22400 مگاوات رسیده که در این میان آلمان، اسپانیا، آمریکا، دانمارک و هند سهم بیشتری دارند. تا پایان 2002 میلادی این 5 کشور روی هم 26000 مگا وات یعنی 84 درصد از ظرفیت نصب شده در جهان را در اختیار داشته اند.
کل سرمایه در گردش صنعت انرژی باد در سال 2002 میلادی 7 میلیارد یورو بوده است. هر کیلو وات برق 1000 دلار هزینه دارد که 750 دلار آن به هزینه تجهیزات و مابقی به هزینه های آماده کردن سایت، نصب، راه اندازی و نگهداری مربوط می شود. در چند سال اخیر با بزرگ شدن سایز، توربین های تجاری، قیمت سرمایه گذاری آنها کاهش یافته است. صنعت انرژی باد منافع اقتصادی و اجتماعی مختلفی دارد که مهمترین آنها عبارتند از:
1-4-1 نداشتن هزینه اجتماعی:
این هزینه ها در تمام گزینه های متعارف انرژی (مانند منابع فسیلی) وجود دارند، اما با وجود هزینه های قابل توجه در بررسی های اقتصادی لحاظ نمی شود. انجمن انرژی باد در جهان (W.W.E.A) هزینه ها را به کوه یخی تشبیه کرده است. که حجم عظیم آن زیر آب است! کاهش اتکا به منابع انرژی وارداتی: در کشورهایی مثل ایران که می توان به این موضوع از جنبه افزایش صادرات نفت نگاه کرد.
2-4-1 اثرات زیست محیطی:
در جوامع بشری توسعه با بکار گیری انرژی بیشتر، میسر می گردد و بدین ترتیب انسان خصوصیات فیزیکی، شیمیایی، بیولوژیکی اجتماعی و سنتی محیط زیست و منطقه ای نقش مهمی را به عهده دارد و کسب اطلاع از میزان اثر بخشی انواع مختلف انرژیهای مورد استفاده بر سلامت محیط زیست و موجودات زنده، وضع مقررات و استانداردهای زیست محیطی جهت کاهش آثار زیانبار همچنین استفاده از تکنولوژی و فن آوری مناسب جهت کنترل آلودگی و از همه بهتر جایگزینی انرژی تجدید شوند و پاکیزه به جای انرژی های آلاینده و تجدید ناشونده شاید بتوان آینده ای پاک را برای انسانها به ارمغان آورد.
با پیدایش نوآوریهایی در زمینه تولید انرژی مناسب برای هر کار خاص می توان مانع از ضایعات زیست محیطی و آلودگی هوا و … شد. احتراق سوختهای فسیلی موجب ورود حجم عظیمی از اکسیدهای سولفور، نیتروژن، مونوکسیدکربن و دی اکسید کربن در هوا می شود. میزان انتشار آلاینده ها فوق به ترتیب به نوع سوخت و همچنین مکانیزم های بکار گرفته شده در کنترل آلودگی بستگی دارد. آلودگی هوا می تواند به شکل مه- دود، باران اسیدی و ذرات معلق پدیدار گردد. واکنش های هیدروکربن ها و اکسیدهای نیتروژن در حضور تشعشعات فرابنفش موجب تولید ترکیبات سمی می گردد که در نهایت سلامتی و حیات انسان، جانوران و به طور کلی اکوسیستم را در معرض خطر قرار خواهد داد.
3-4-1- اثرات گلخانه ای
از بعد دیگر سوختهای فسیلی موجب بالا رفتن درجه حرارت اتمسفر و افزایش میزان در دراز مدت شاهد افزایش درجه حرارت کره زمین، ذوب یخهای قطبی، بالا آمدن سطح آبها، به زیر آب رفتن مناطق ساحلی خواهیم بود. چنانچه گفته شد در دهه های اخیر همگام با صنعتی شدن جوامع پیشرفت های سریع تکنولوژی به علت استفاده بیش از حد از منابع انرژی تجدید ناپذیر (سوختهای فسیلی)، بشر به فکر دستیابی به منابع بهتر و مطلوبتر انرژی افتاده است. در این بخش ما به انرژی تجدید پذیر باد می پردازیم.
5-1 اهمیت و لزوم بکارگیری انرژی باد از بعد اقتصادی
بازارانرژی یک بازار رقابتی است که در آن تولید برق در نیروگاههای بادی در مقایسه با نیروگاه های سوختهای فسیلی برترهای نوینی را پیش روی کاربران قرار داده است. از برتریهای نیروگاه بادی اینست که در طول مدت زمان، عمر خود، سالهای زیادی را بدون نیاز به هزینه سوخت، تولید خواهد کرد. در حالیکه هزینه دیگر منابع تولید انرژی در طول این سالها افزایش خواهند یافت. فعالیت های گسترده بسیاری از کشورهای جهان برای تولید الکتریسته از انرژی باد، سرمشقی برای دیگر کشورهایی است که در این زمینه راه درازی را در پیش دارند. بسیاری از مناطق اقتصادی در حال رشد در منطقه آسیا واقع شده اند. و اقتصاد رو به رشد کشورهای آسیایی از جمله ایران باعث شده تا این کشورها بیش از پیش به تولید الکتریسته احساس نیاز کرده و اقدام به تولید الکتریسته از منابع غیر فسیلی کند. افزون بر این موارد؛ نبود شبکه برق سراسری در بسیاری از بخش های روستایی نیز مهر تاییدی بر سیستم های تولید انرژی زده است. پس در خصوص دورنمای آینده اقتصادی استفاده از انرژی باد در ایران می بایست گفت استفاده از این انرژی موجب صرفه جویی فرآورده های نفتی به عنوان سوخت می شود. صرفه جویی حاصل در درجه اول موجب حفظ فرآورده های نفتی گشته که امکان صادرات و مهم تر اینکه تبدیل آن به مشتقات بسیار زیاد پتروشیمی با ارزش افزوده بالا را فراهم می سازد. در درجه دوم تولید الکتریسیته از این انرزی فاقد هر گونه آلودگی زیست محیطی بوده که همین عامل کمک شایانی به حفظ طبیعت سالم محیط زیست بشری کرده و در نتیجه مسیر برای نیل به توسعه پایدار اقتصادی اجتماعی فراهم می گردد. گسترش نیروگاه های بادی در راستای کاهش بهای تمام شده برق تولیدی افزایش چشم گیری نشان می دهد. به گونه ای که بهای هر کیلووات ساعت برق تولیدی از 40 سنت در سال 1990 به حدود 6 سنت در سال 2002 رسیده است. عدم مصرف سوخت، هزینه کم راهبری، تعمیر و نگهداری و آلوده نکردن محیط زیست از مزایای نیروگاه های بادی است. لازم به ذکر است به طور متوسط برای هر کیلووات ساعت برق تولیدی نیروگاه بادی حدودا 28/0 متر مکعب گاز طبیعی با آهنگ جهانی 4 سنت بر متر مکعب صرفه جویی می شود.
تجزیه تحلیل، پیچیدگیهای صنعت تجارت الکترونیک
| دسته بندی | برق |
| بازدید ها | 24 |
| فرمت فایل | doc |
| حجم فایل | 29 کیلو بایت |
| تعداد صفحات فایل | 41 |
تجزیه تحلیل، پیچیدگیهای صنعتِ تجارت الکترونیک
مقدمه:
قبلا مشاهده کردیم که چگونه تکنولوژیهای تجارت الکترونیک، اساس اقتصادی برخی تجارتها را تغییر میدهد. در این فصل جزئیات بیشتری را در مورد اینکه چگونه این پیچیدگیهای صنعتی، ساختارهای اقتصادی صنعت را تغییر میدهد بیان خواهیم کرد.
در ابتدا، دو اثری را که گهگاهی با تکنولوژیهای اطلاعاتی قبلی مورد ملاحضه قرار گرفته، بررسی می‌کنیم: تغییر توازن قدرت در یک صنعت و هماهنگی بهتر فعالیتها، درون و مابین شرکتها. سپس، سه اثر دیگری که مستقیماً روی حلقه‌های ارزش (value chins) صنعت که برتری زیادی به عنوان نتیجة تغییرات مهم در علم اقتصادِ تجارتی که بوسیلة اینترنت آورده شده است، دارد را بررسی می‌کنیم.
این سه اثر عبارتند از: عدم مداخله، عدم یکپارچگی و تقارب دیجیتال حلقه‌های ارزش. گرچه این اثرات قبلاً مشاهده شد، اما آنها به عنوان نتیجة فوائد ویژه‌ای که بوسیلة شبکة جهانی به ارمغان آورده شده، پر اهمیت‌تر شده‌اند.
تغییر قدرت صنعت
یکی از بهترین چهارچوب‌های شناخته شده برای تجزیه تحلیل صنعت، 5 مدل مؤثر porter می‌باشد. پورتر 5 ابزار کلیدی که قابلیت سودآوری در یک صنعت را تعیین می‌کند، مشخص نمود. (شکل 1-6)
تهدید وارد شوندگان جدید در عرضة بازار
تهدید محصول یا خدمت جانشین
قدرت معامله خریداران
قدرت معامله عرضه کنندگان
مسابقة رقابتی مابین شرکتهای موجود در صنعت.
|
|
(شکل 1-6)
تهدید داوطلبان ورود جدید:
تهدید داوطلبان ورود جدید شرح میدهد که چگونه یک شرکت جدید یا یک شرکت با صنعتی متفاوت می‌تواند به سادگی در یک صنعت خاص وارد وارد شود. موانع ورود به یک بازار خاص عبارتند از: احتیاج به سرمایه، دانش و مهارت. برای مثال در صنعت خودروسازی، موانع ورود عبارتند از: لزوم طراحی و بهبود مدل جدید، ساختن کارخانه مونتاژ خودرو، بستن تعداد زیادی قرارداد با تأمین کنندگان قطعات و ایجاد شبکة فروش. صنعت ورود به صنعت نرم افزار بر خلاف صنعت قبلی که بدان اشاره گردید سهولت آن است، هم چنانکه این احتیاج کمتری به سرمایه‌گذاری در جهت توسعه محصول یا تجهیزات تولیدی در مقیاس بالا دارد.
سیستمهای IT هم چنین می‌توانند مانعی برای ورود ایجاد کنند.
برای مثال، برخی از خطوط هوائی در گذشته با سرمایه‌گذاری‌های قابل توجهی که در سیستمهای رِزِرو کامپیوتری انجام دادند، موانع مهمی در ورود به سرمایه‌گذاری، برای واردشوندگان جدید می‌تواند بسیار مشکل باشد. با این وجود یکی از خصوصیات اینترنت آن است که به داوطلبان جدید برای ورود به بازارهای موجود اجازة ورود میدهد، بدون آنکه احتیاج باشد با سرمایه‌گذاری عظیم سازمانی افراد حاضر در آنجا برابری یا رقابت کنند. بنابراین احتمالاً رقابت تازه واردین جدید در بسیاری صنایع افزایش می‌یابد. برای مثال اینترنت به فروشندگان اینترنتی کتاب نظیر Amazon.com اجازه میدهد که با کتابفروشیهای سنتی رقابت کند، بدن آنکه احتیاج به سرمایه‌گذاری در یک سری کتابفروشی در خیابانهای بزرگ باشد.
تهدید جانشینی:
در برخی قسمتها، تجارت الکترونیک ماهیت مرغوبیت محصول را تغییر داده که این به عنوان یک محصول جانشین طبقه‌بندی میشود. جانشینی در جائی به عنوان تهدید برای افراد حاضر در آن بازار مطرح میشود که محصول جدیدی به بازار عرضه میشود. با خصوصیاتی عیناً همانند سرویس یا محصول موجود. مثال کلاسیک این مورد می‌تواند، جانشین کالسکه‌های اسبی با ماشینهای موتوردار یا جایگزینی قسمتهای مکانیکی ماشینها با کامپیوتر باشد. برای رهائی از این مشکل، دست‌اندرکاران موجود می‌بایست محصولات تولیدی خود را به روز نگه داشته یا اینکه خود دست‌اندرکار اصلی در تأمین محصولات جایگزین شوند.
همان طوری که در فصل قبل ملاحضه گردید، بسیاری از محصولات یا خدمات جدید به وجود آمده‌اند تا بتوانند تا قسمتی، اگر نه به طور کامل، جایگزین چیزهای موجود شوند، برای مثال موسیقی آن‌لاین یا پست الکترونیک.
قدرت معاملة خریداران:
سومین عامل مهم که احتیاج به توجه دارد، قدرت خریداران می‌باشد. جائی که مقدار عرضه، نسبت به تقاضا زیادتر است یا جائی که خریداران نسبت به عرضه کنندگان کمترند، خریداران ممکن است در موقعیت معاملة قویتری نسبت به فروشندگان باشند. قدرت معامله خریداران، همچنان که اینترنت انتخاب عرضه کنندگان بالقوه را افزایش میدهد و اطلاعات بیشتری را در اختیار آنها قرار میدهد، ممکن است افزایش یابد. به بیان دیگر، اینترنت هم چنین می‌تواند به شرکتهای صنعتی اجازه دهد خریدارن با پتانسیل بیشتر را شناسائی کرده و به موجب آن، قدرت خریداران را کاهش دهد. نتیجه به اینکه کدام عامل قویتر است بستگی خواهد داشت.
معاملة قدرت عرضه کنندگان:
عرضه کنندگان، در صنعت در همان موقعیتی نسبت به کارخانجات هستند که کارخانجات نسبت به خریدارانشان دارند. بنابراین اینترنت می‌تواند تأثیرات مشابهی همانند آنچه در بالا شرح داده شد داشته باشد با وجود این افزایش یا کاهش قدرت ایشان، به چگونگی بکارگیری از تکنولوژی بستگی دارد.
مسابقة رقابتی مابین دست‌اندرکاران موجود:
آخرین نیرو یا عامل، رقابت مابین دست‌اندرکاران موجود در بازار می‌باشد. این عامل احتمالاً رو به افزایش است همچنان که تجارت الکترونیک به طور عموم، کارائی خود را در صنعت زیاد، تولید را کم، هزینه‌معامله را کاهش داده و کارائی و زنجیرة عرضه را افزایش میدهد.
افزایش قدرت مشتریان:
انگلیسی‌ها معمولاً تمایلی که از خدمات نامطلوب شکایت کنند، اما این ممکن است بوسیلة پایگاههای اینترنتی جدیدی که به مردم این امکان را میدهد. در مورد سرویسهائی که از شرکتها یا دیگر سازمانها دریافت نموده‌اند شکایت کنند، تغییر کند. برای مثال یک شرکت آلمانی به نام Dooyoo.deیک نسخة UK از پایگاههای آنها (شرکتها و سازمانها) تهیه کرد، که به افراد اجازه میدهد در خانة خود، امتیازِ خدمات و محصولات آنها را مورد بازبینی قرار داده و برای این مشارکت خود جایزه بگیرند. منتقدین در Dooyoo.uk بازای نوشتن هر عقیده‌ای 250 dooyoo miles می‌گیرند، در صورتی که شخص دیگری نظر شما را بخواند 50 mile و 10 mile زمانی که شما نظرات دیگران را مورد ارزیابی قرار دهید به شما تعلق قرار خواهد گرفت. هر 1000 dooyoo mile ارزشی به اندازة 1 پوند دارد که قابلیت تبدیل به پول نقد یا اسناد یا اهدا کردن به یک مؤسسه‌ی خیریه را دارد. منتقدین تراز اول با قرار داده شدن در یک Hall of Fame (مکانی که شهرت شخص افزایش می‌یابد) مورد تشویق قرار می گیرند.
تجزیه تحلیل سیستم ارزش:
دومین مدل از مدلهای پورتر که به طور گسترده برای تجزیه تحلیل صنایع استفاده میشود، زنجیرة ارزش است. مدل پورتر، ماهیتاً با کاهش هزینه و افزودن ارزش افزودة فعالیتهای درونی شرکتها سر و کار دارد. تجارت الکترونیک می‌تواند در این هدف، در تمام فعالیتهای زنجیرة ارزش کمک رسان باشد.
سه فعالیت اصلی یک فرایند تولید عبارتند از:
تدارکات درونی: دریافت اقلام، انبار کردن و در اختیار قرار دادن آنها برای فرایند عملیات به مقدار مورد نیاز.
اقدام عملی: فرایند تولید
تدارکات بیرونی: تحویل محصولات نهائی کارخانه، انبار کردن و توزیع آنها بین مشتریان
پورتر به این فعالیتهای پایة اصلی، دو فعالیت اصلی دیگر را نیز اضافه کرده است:
بازاریابی و فروش: پیدا کردن احتیاجاتِ مشتریان بالقوه و آگاه کردن آنها از محصولات و خدماتی که می‌توان به آنها ارائه داد.
سرویس (یا خدمات بهد از فروش): هر گونه نیازی برای نصب یا توصیه‌های قبل از تحویل محصول و خدمات پس از فروش، و خدمات بعد از آن که معامله صورت گرفت.
برای پشتیبانی این عوامل اصلی، می‌بایست شرکتی پایه گذاری کرد که تعدادی از فعالیتهای پشتیبانی را انجام دهد. پورتر این فعالیتها را به قرار زیر طبقه‌بندی کرده است:
تدارکات: اقدام جهت یافتن عرضه کنندگان مواد مورد نیاز عملیاتی که وارد سازمان میشوند. تدارکات در مواردی مانند گفتگو در مورد کیفیت کالاهای عرضه شده با قیمتی قابل قبول و هم چنین تحویل با اطمینان کالا، مسؤل می‌باشد.
توسعة تکنولوژی: سازمان نیازمند آن است که فرایندهای تولیدی خود را ارتقاء دهد، کارمندان را آموزش داده و با مدیریت نوآوریها این اطمینان را بدست آورد که محصولاتش و رتبة کل کالاها و خدماتش، قابل رقابت باقی می‌مانند.
مدیریت منابع انسانی: استخدام، آموزش و مدیریت پرسنلی افرادی که برای سازمان کار می‌کنن.
زیربنای شرکت: مدیریت کلی شرکت، شامل طرح ریزی و حسابداری.
همان طوری که در فصل قبل مشاهده شد، تجارت الکترونیک می‌تواند کارائی تمام مراحل زنجیرة ارزش را بهبود بخشد. برای مثال در تدارکات، لُجستیک، عملیات و غیره. بنابراین این حتی می‌تواند تأثیرات مهم خارجی بیشتری روی زنجیرة ارزش داشته باشد. زنجیرة ارزش در یک شرکت، در یک ًسیستم ارزشً می‌تواند زنجیره‌های ارزش شرکتهای دیگر را نیز بسط دهد. مزیت کلی رقابت یک سازمان، تنها به کارائی سازمان و کیفیت محصولاتش بستگی ندارد بلکه به تأمین کنندگان و شرکایش، فروشندگان عمده و خریداران نیز وابسته است. تجارت الکترونیک می‌تواند روی ارتباطاتی که ممکن است شرکت با این سازمانها داشته باشد نظیر پیوستن به شبکة اطلاعات به اشتراک گذاشته شده، تأثیر بگذارد و هم چنین تأثیری مستقیم روی زنجیره‌های ارزش این سازمانها دارد.
مدل 3D:
تجارت الکترونیک، سه اثر مهم روی سیستم ارزش می‌گذارد که برای راحتی می‌توان آنها را به نام 3D به خاطر سپرد.
اولاً، همان گونه که از فصل 3 نشان داده شد، در بسیاری بازارها، واسطه‌ها یا دلالان حذف شدند یا به اصطلاح واسطه‌زدائی شد. دوم آنکه شرکتها در بسیاری صنایع به دنبال ادغام در یکدیگرند، یا اساساً تجمع زدائی صورت گیرد.
و آخر اینکه، همان گونه که در فصل 1 مطرح شد، تقارب یا نزدیکی دیجیتال، موانع بین بسیاری از صنایعی را که در حال پایه ریزی تجارت الکترونیک بودند. شکست، از آن جمله می‌توان به ارتباطات تلفنی، کامپیوتری و الکترونیکی اشاره کرد.
واسطه زدائی / واسطه گری مجدد:
اولین اثر روی سیستم ارزش، از تغییرات در اقتصاد زنجیرة عرضه ناشی میشود. در بسیاری از صنایع، این مسئله بسیار عادی است که تولیدکنندگان و عرضه‌کنندگان کالاهای خود را بین واسطه‌ها یا دلالان توزیع کنند. دلایل بسیاری برای گرایش به سمت دلالان وجود دارد ولی معمولی‌ترین دلایل عبارتند از:
کمبود منابع مالی برای در دست گرفتن مستقیم بازار.
فروش ناکافی که باعث میشود فروشنده به سمت راههای مفیدتر سوق داده شود.
اطلاعات و تماسهائی که دلالان ایجاد می‌کنند.
تجاربی که دلالان دارند.
پیش‌بینی پیشرفت نانوتکنولوژی با کمک شاخصهای علم و فناوری
| دسته بندی | برق |
| بازدید ها | 20 |
| فرمت فایل | doc |
| حجم فایل | 129 کیلو بایت |
| تعداد صفحات فایل | 45 |
پیش‌بینی پیشرفت نانوتکنولوژی با کمک شاخصهای علم و فناوری
چکیده
قرار است نانوتکنولوژی یکی از فناوریهای کلیدی و کارآمد قرن 21 شود. قابلیت اقتصادی آن، حاکی از وجود بازاری بالغ بر چندصد میلیارد یورو برای این فناوری در دهة بعد است. بنابراین نانوتکنولوژی موجب جهت‌دهی فعالیتهای بسیاری از بخشهای صنعتی و تعداد زیادی از شرکتها در جهت آماده‌سازی آنها برای این رقابت جدید شده است. در همین زمان دولتمردان در بخشهای تحقیق و توسعه در سراسر دنیا نیز در حال اجرای برنامه‌های تحقیقاتی خاص در زمینة نانوتکنولوژی هستند تا آیندة کشورهای خود را به وضعیتی مطلوب برسانند. هدف این مقاله، استفاده از شاخصهای تکنولوژیکی و علمی برای پیش‌بینی پیشرفت اقتصادی و مقایسة وضعیت کشورهای مختلف است.
1- مقدمه
علوم نانو در دو دهه گذشته، پیشرفت بزرگی حاصل کرده است. ما شاهد کشفیات علمی و پیشرفتهای تکنولوژیکی مهمی بوده‌ایم. به عنوان مثال، این پیشرفتها شامل اختراع میکروسکوپ تونل‌زنی پیمایشگر (STM) در سال 1982 ]1[ یا کشف فولرینها در سال 1985 می‌باشد]2[. در حال حاضر تعداد اندکی از محصولات مبتنی بر نانوتکنولوژی به استفادة تجاری رسیده‌اند. با این وجود، آیا دانش واقعی علمی، جوابگوی اشتیاق جهانی نسبت به این فناوری هست ؟ تا چه حد احتمال دارد که بازار جهانی در طی 10 تا 15 سال آینده به هزار میلیارد دلار در سال برسد]3[؟
ارزیابی قابلیت فناوریهای تکامل یافته کار آسانی نیست و برای یک فناوری جدید مثل نانوتکنولوژی، این کار دشوارتر است. البته در پیش‌بینی سعی میشود از شاخصهایی استفاده شود که توانشان در پیش‌بینی قابلیت دیگر فناوریهای جدید به اثبات رسیده باشد. دو تا از واضح‌ترین شاخصهای پیش‌بینی، تعداد مقاله‌های علمی و تعداد اختراعات ثبت شده هستند. اولی معمولاً شاخص خوبی برای فعالیتهای علمی و دومی برای قابلیت انتقال نتایج علمی به کاربردهای عملی است. شکل 1 تکامل تدریجی انتشارات و اختراعات نانوتکنولوژی از شروع دهة 1980 تا 1998 را نشان میدهد. اطلاعات انتشارات جهانی نانوتکنولوژی از داده‌های Science Citation Index (SCI) اقتباس شده است. اختراعات نانو، آنهایی هستند که در European Patent Office (EPO) در مونیخ ثبت شده‌اند. اختراعاتEPO داده‌های بسیاری از کشورها را در بر می‌گیرد. از نظر گسترة کار و هزینة بالا، منطقی به نظر می‌رسد که مخترعین از اختراعات به صورت تجاری بهره‌برداری کنند. لیستی از کلمات کلیدی علوم و فناوری نانو جهت دستیابی به انتشارات، اختراعات و روشها منتشر شده‌است]4[.
تعداد انتشارات در سالهای 1980 و 1985 نسبتاً اندک است، اما در سالهای بعد سیر صعودی می‌یابد و از سال 1986 به بعد سرعت افزایش آنها محسوس می‌باشد. این تغییر ناگهانی را می‌توان به اختراع میکروسکوپ تونل‌زنی پیمایشگر در چند سال قبل از آن]1[، آغاز حضور وسایل تحقیقاتی مفید در آزمایشگاههای تحقیقاتی، دانشگاهی و صنعتی و نیز توجه تحقیقات به سوی مقیاس نانو نسبت داد. افزایش سرعت انتشار مقالات همچنان ادامه پیدا کرده و سیر صعودی آنرا می‌توان ناشی از دسترسی به میکروسکوپ نیروی اتمی که گسترة کاربرد وسیعتری نسبت به STM در مواد غیرهادی دارد (اختراع در سال 1986 ]5[) و نیز کشف مولکول C60 در سال 1985 ]2[ و یا نانولوله‌های کربنی در سال 1991 ]6[ دانست. افزایش تعداد انتشارات در بازة زمانی 1989 تا 1998 بسیار چشمگیر است؛ جهش از 1000 مقاله تا بیش از 12000 مقاله در سال 1998.
میانگین رشد سالانه معادل 27 درصد بوده و رشد سالیانه از 10 تا 80 درصد در نوسان است. اطلاعات بدست آمده از دفتر ثبت اختراعات ایالات متحده]7[ نیز رشدی مشابه با اطلاعات اروپا نشان میدهد.
تعداد اختراعات ثبت شده، شاخص مناسبی برای اندازه‌گیری ظرفیت آزمایشگاهها جهت انتقال نتایج تحقیقات به مصارف صنعتی می‌باشد. شکل (1) بیانگر گسترش تعداد اختراعات نانوتکنولوژی در EPO و انتشارات علمی در یک دوره یکسان می‌باشد. به طور معمول، تعداد اختراعات پیرو الگوی انتشارات علمی، البته با تأخیر زمانی محسوسی می‌باشد. منحنی فوق در تمام سالهای 1981 تا 1998 رشد مشخص 28 تا 180 عددی اختراعات را با ضریب رشد %7 در دهة 90 نشان میدهد. منحنی اختراعات نوسانات بیشتری را نسبت به منحنی انتشارات نشان میدهد. این امر به این علت است که هرگاه تعداد داده‌ها کمتر باشد، نوسانات آماری تاثیرات بیشتری بر روی آنها می‌گذارد. به علاوه پیشرفتهای صنعتی در هر سال تأثیر بیشتری بر روی اختراعات دارد.
تکامل فعالیتهای تکنولوژیکی و علمی نانوتکنولوژی را می‌توان با فناوریهای قبلی مقایسه کرد. در وهلة اول می‌توان از مدل توسعه تکنولوژیکی عمودی (Lineal) استفاده کرد. گراپ]8[، برای چنین مدلی که در شکل (2) به آن اشاره شده است، هشت مرحله را ارائه داده و تکامل از تحقیقات بنیادی تا ورود آن به تولیدات را تشریح نموده است. مرحلة (1) زمان شروع کار تحقیقاتی علمی را نشان میدهد. هنگامی که فناوری شروع به ظاهر شدن می‌کند، پیشرفت بیشتری در علوم مشاهده میشود (مرحله 2). در مرحلة (3) درک اصول علمی بیشتر شده و اولین نمونه‌های تکنولوژیکی ظاهر می‌گردند.
در مرحلة 4 مشکلات انتقال فناوری به کاربردهای تجاری نمایان میشود و در مرحلة 5 پیشرفت در علوم و فناوری راکد می‌ماند. با جهت‌دهی مجدد تحقیقات صنعتی، فرصتهای جدیدی ظاهر میشود (مرحله 6) و استفاده‌های تجاری که باعث شروع تحقیقات هزینه‌بر صنعتی میشود آشکار می‌گردد (مرحله 7). نهایتاً ورود به تمام بازارها انجام شده و با تولید محصولات حاصل از اختراعات، میزان تحقیقات انک اندک کاهش می‌یابد (مرحلة 8).
|
جدول 1: انتشارات و اختراعات 15 کشور فعال در این زمینه. داده‌ها به صورت درصد نسبت به کل رقم جهانی داده شده‌اند. دورة انتشارات نانوتکنولوژی بین سالهای 1997 تا 1999 با هم مقایسه شده‌اند. در مورد اخترعات ثبت شده در EPO و PCT این دوره از سالهای 1991 تا 1999 را نیز در بر می‌گیرد. دلیل انتخاب این مدت زمان این است که تعداد مطلق اختراعات سالیانه اندک است و در صورت انتخاب زمانهای کوتاهتر، بررسیها دچار اشکال میشود. منابع: داده‌های PCTPAT, PCT, EPAT, SCI و محاسبات شخصی. |
||||||||
|
|
انتشارات (1997 – 1999) (%) |
اختراعات EPO & PCT (1991- 1999) (%) |
||||||
|
|
1 |
آمریکا |
7/23 |
آمریکا |
0/42 |
|
||
|
|
2 |
ژاپن |
5/12 |
آلمان |
3/15 |
|
||
|
|
3 |
آلمان |
7/10 |
ژاپن |
6/12 |
|
||
|
|
4 |
چین |
3/6 |
فرانسه |
1/9 |
|
||
|
|
5 |
فرانسه |
3/6 |
انگلیس |
7/4 |
|
||
|
|
6 |
انگلیس |
4/5 |
سوئیس |
7/3 |
|
||
|
|
7 |
روسیه |
6/4 |
کانادا |
0/2 |
|
||
|
|
8 |
ایتالیا |
6/2 |
بلژیک |
7/1 |
|
||
|
|
9 |
سوئیس |
3/2 |
هلند |
7/1 |
|
||
|
|
10 |
اسپانیا |
1/2 |
ایتالیا |
7/1 |
|
||
|
|
11 |
کانادا |
8/1 |
استرالیا |
4/1 |
|
||
|
|
12 |
کرة جنوبی |
8/1 |
اسرائیل |
1/1 |
|
||
|
|
13 |
هلند |
6/1 |
روسیه |
1/1 |
|
||
|
|
14 |
هند |
4/1 |
سوئد |
9/0 |
|
||
|
|
15 |
سوئد |
4/1 |
اسپانیا |
5/0 |
|
||
چنین مدلی که براساس شاخصهای اختراعات و انتشارات می‌باشد و زمانی که از آن برای بررسی فناوریهای رایج امروزی مانند بیوتکنولوژی یا فناوری میکروسیستمها استفاده شود، نتایج خوبی در برخواهد داشت]9[.
با مقایسة اطلاعات مربوط به اختراعات و انتشارات نانوتکنولوژی (شکل 1) با مدل (شکل2) مشخص میشود که نانوتکنولوژی به طورکلی فعلاً در انتهای مرحلة (2) یا ابتدای مرحلة (3) می‌باشد. با فرض اینکه این مدل، اطلاعات را به درستی تشریح نماید، حداکثر فعالیت علمی در علوم نانو در 3 تا 5 سال آینده خواهد بود؛ بهره‌برداری عظیم از نتایج آن ممکن است تا 10 سال دیگر به طول انجامد. در یک تخمین اولیه، منحنی نانوتکنولوژی (به عنوان مجموع تمام فناوریهای مقیاس نانو) می‌تواند به عنوان حلقة ارتباط تعدادی از فناوریهای نانو با اهداف و زمان رشد مختلف در نظر گرفته شود. به عنوان مثال، بازاری بزرگ برای وسایل الکترونیکی نانومتری پیش‌بینی میشود، ولی ممکن است 1 تا 15 سال تا ورود آنها به بازار، زمان نیاز باشد، هرچند هم‌اکنون نانوذرات TiO2 به صورت مواد جاذب اشعة UV-B در کرمهای ضد آفتاب یا نانومواد کربنی برای افزایش مقاومت لاستیکها، مورد استفاده قرار می‌گیرند.
هم اکنون حدوداً بیش از یک چهارم تمام اختراعات بر روی وسایل و ابزارآلات متمرکز شده است]7[. این امر نشان‌دهندة این دیدگاه است که نانوتکنولوژی در ابتدای مرحله توسعه فناوری قرار دارد که اولین هدف آن توسعه ابزار مناسب برای نانوساختارسازی سطوح، تولید نانومواد، آنالیز نانواشیاء و غیره می‌باشد. از نظر بخش صنعتی، مهمترین فناوریها، فناوری اطلاعات(IT)، فناوری دارویی و شیمیایی است. برای بخش اول ابزار ذخیره‌سازی اطلاعات، صفحه‌های نمایش تخت یا کاغذهای الکترونیکی جزء اختراعات مهم محسوب میشوند. به علاوه، CMOS گسترش یافته، پردازش اطلاعات در مقیاس نانو و وسایل نمایش یا ذخیره‌سازی اطلاعات نیز جزء این زمینه محسوب میشوند. زیرا طبق اطلاعات انجمنهای مواد نیمه‌هادی و سایر پیش‌بینیها ]11و10[ پیچیدگی مداوم مراحل فناوری CMOS به زودی به محدوده نانومتری خواهد رسید. (پیش‌بینی میشود که ابعاد پردازشگرها در سال 2011 به 22 نانومتر برسد.) صنایع نیمه‌هادی با آگاهی از مشکلات آینده، تاکنون به تحقیق برای یافتن راه‌حلهایی جهت گسترش CMOS به مقیاس نانو و ساخت وسایل جدید در این مقیاس دست زده‌اند.
در مورد صنایع شیمیایی و دارویی، تعداد زیادی از اختراعات برای یافتن روشهای دارورسانی، تشخیصهای پزشکی، درمان سرطان و غیره به ثبت رسیده‌اند، که این اختراعات قسمت عظیمی از بازار آینده را در بر خواهند گرفت. اختراعات نانوتکنولوژی در بخشهای دیگر نظیر صنایع هوایی، صنایع ساخت، فرآوری مواد غذایی، اتومبیل‌سازی، پالایش نفت، بازرسی محیط زیست و غیره هرساله با رشد همراه است. اما تعداد مطلق آنها با توجه به عرصه‌های مورد بحث (ابزارسازی، فناوری اطلاعات، داروسازی و پزشکی) اندک است.
2- فعالان جهانی
بسیاری از کشورها در علوم و فناوری نانو فعالند. 15 کشوری که در زمینه انتشار و اختراع بسیار فعال هستند در جدول (1) ذکر شده‌اند. انتشارات ثبت شده طی سالهای 1999-1997 بر حسب کشورهای منتشر کننده تفکیک شده است. داده‌های اختراعات، دورة طولانی را از سال 1991 تا 1999 در بر گرفته و شامل اختراعات ثبت شده در EPO و PCT می‌باشد. اختراعات PCT در WIPO در ژنو جمع‌آوری شده و سپس می‌تواند به هر دفتر ثبت اختراعی در دنیا یا EPO ارسال گردد. اطلاعات متفاوت بین PCT و EPO در این جدول نیامده است. تجزیه و تحلیل مضاعف اختراعات بین‌المللیPCT، انحرافهای آن با تعداد اختراعات EPO اروپا را کاهش میدهد. به علاوه تعداد بیشتر اختراعات مورد بررسی، ضریب اطمینان آماری در مقایسه کشورها را بالاتر می‌برد.
ایالات متحده، فعالترین کشور در تحقیقات نانو می‌باشد و حدوداً یک چهارم تمامی انتشارات را از آن خود کرده است. پس از آن ژاپن، آلمان، چین، فرانسه، انگلستان و روسیه قرار دارند. این هفت کشور دارای 70 درصد کل انتشارات علمی مربوط به نانوتکنولوژی در جهان می‌باشند. تمامی کشورهای عضو اتحادیه اروپا و برخی دیگر از کشورهای منتخب اتحادیه اروپا (غیر از لوکزامبورگ که هیچ دانشگاهی در آن وجود ندارد) جزو 50 کشور اول هستند. (که در این جدول نشان داده نشده‌اند.)
سهم چین و روسیه با توجه به حضور آنها در بانک اطلاعاتی SCI بسیار چشمگیر بوده و حاکی از حضور مشخص علوم نانو در تحقیقات آنها می‌باشد. جدول مشابهی نشانگر تعداد اختراعات در EPO بر حسب کشورها می‌باشد. مقایسه کشورهای فعال در امر انتشار با کشورهای فعال در امر اختراع، نشان دهنده این است که 15 کشور اول در هر دو مورد مشترکند. به هر حال دامنه اختلاف بین این کشورها مشخصاً وسیعتر می‌باشد، مثلاً انتشارات ایالات متحده 1619 برابر کشور پانزدهم یعنی سوئد می‌باشد، اما اختراعات ثبت شده‌اش 84 برابر این کشور است.
فهرست
مقالة ویژه: پیش‌بینی پیشرفت نانوتکنولوژی با کمک شاخصهای علم و فناوری.. 1
مرکز جدید نانوتکنولوژی ارتش آمریکا 11
همکاری تایوان با کانادا در زمینة نانوتکنولوژی.. 14
گزارشی از شرکتهای نانوتکنولوژی ژاپن.. 16
تلاش برای توسعة نانوتکنولوژی در اروپا 18
سرمایه‌گذاری در نانوتکنولوژی.. 18
امتیازی برای ساخت حسگرهای زیستی.. 20
اولین نمایشگاه بین‌المللی نانوتکنولوژی در سوئیس.... 21
اندازه‌گیری؛ چالشی در نانوتکنولوژی.. 23
ذخیرة 250 ترابیت در یک اینچ مربع. 25
حسگرهای هیدروژنی جدید. 27
تولید هزاران کیلو نانوذرات در یک شرکت نانومواد. 28
دو موفقیت بزرگ در ترانزیستور تک سلولی.. 30
تهیة زیروژلهای کروموفوریک.... 32
توسعة کریستال فوتونیک.... 34
انستیتو نانوتکنولوژی نظامی.. 35
اختراع ابزار آشکارسازی DNA با درجة تفکیک بالا.. 42