فیزتک

امروزه اغلب مکالمات تلفنی، مخابره ی فکس ها و تقریباً تمام نقل و انتقالات اینترنتی و پست الکترونیکی (email) بین شهرها و قاره ها بوسیله ی فیبرهای نوری انجام می شود. هادی ( رسانا ) در فیبر نوری، نور است در صورتی که در سیم برق، جریان الکتریسیته کار هدایت را انجام می دهد. در یک سیم برق، الکترونها بوسیله ی اعمال میدان الکتریکی از یک انتهای سیم به طرف دیگر آن می روند. در فیبر نوری، این فوتونهای نور هستند که چون در کابل محبوس شده و راه گریزی ندارند به ناچار تنها انتخابی که پیش روی خود می بینند حرکت از یک طرف فیبر به سمت دیگر آن است! البته محبوس شدن سیگنالهای نوری در هسته ی کابل فیبر نوری به علت پدیده ای است که ما آنرا « بازتاب کلی » نامیده ایم.اگر شما در استخر شنا به طور کامل تا سر زیر آب فرو رفته و از آنجا به سطح آب نگاه کرده باشید شاید متوجه این مساله شده باشید که سطح جدایی هوا - آب به یک آینه تبدیل شده و شما نمی توانید آن طرف را ببینید. این مثالی از « بازتاب کلی » است. به طور اساسی هر وقت یک سطح اشتراک از دو ماده با ضریب شکست یا چگالی متفاوت داشته باشید، پرتو نوری که بخواهد از ماده ی چگالتر تحت زاویه ای بزرگتر از زاویه ی حد [1] وارد محیطِ ( ماده ی ) با غلظت کمتر شود به طور کامل از این سطح اشتراک بازتاب می کند.اساس تمامی فیبرهای نوری را سیمهای استوانه ایی از جنس شیشه تشکیل می دهند. این فیبرها شامل هسته و روکش هستند؛ بطوریکه چگالی نوری هسته بیشتر از چگالی نوری روکش است. روکش، هسته را مانند ژاکتِ استوانه ای شکلی کاملاً احاطه می کند، سیگنال نوری به هسته وارد و طبق خاصیت « بازتاب کلی » از سطح جدایی هسته – روکش بازتابیده می شود. این تقریباً مثل این است که یک آینه ی استوانه ای باریکی داشته باشید که نور را بازتاب می کند. بازتابهای کلی تأثیر بسزایی در اینکه سیگنال نوری شدت اولیه اش را از دست ندهد دارند؛ در صورتیکه بازتاب از یک آینه ی نقره اندود معمولی اینگونه نیست. به مدد خاصیت « بازتاب کلی » سینگنالها می توانند فاصله ای بیشتر از 250 مایل ( 400 کیلومتر ) را بدون نیاز به تقویت طی کنند. [1] می دانیم که اگر نور از محیط غلیظ به محیط رقیق بتابد ( برای مثال از درون آب به هوا )، پرتو شکست از خط عمود دور می شود و زاویه ی شکست از زاویه ی تابش بزرگتر است. هر گاه در این حالت زاویه ی تابش به تدریج زیاد شود زاویه ی شکست هم زیاد می شود، اگر زاویه ی شکست به 90 درجه برسد ( یعنی پرتو شکست بر سطح جدایی دو محیط مماس شود ) زاویه ی تابش به مقداری می رسد که به آن زاویه ی حد می گوییم. در شکل زیر زاویه ی حد نشان داده شده است. هر محیط شفاف دارای زاویه ی حدّ معینی است. به عنوان مثال زاویه ی حد برای آب تقریباً 48 درجه و برای شیشه در حدود 42 درجه است.( منبعِ پاورقی: کتاب فیزیک 1 دبیرستان ص 107 )   Delivered by TIRby Anton Skorucak and ScienceIQ.comFiberoptic cableThe content of this article has been delivered to you via internet fiber-optic links. Today most phone conversations, fax transmissions and almost all internet and email traffic travel at the speed of light between cities and continents via fiber-optics. An optical fiber (or fiber-optics cable) is to light what a copper wire is to electricity, a guiding medium. In an electrical wire, electrons rush from one end of the wire to the other; driven by the electric field. In optical fiber, photons of light travel from one end to the other purely because they have no choice; they are confined to the cable and can not escape! The phenomenon that is responsible for the confinement of the light signal within the core of the fiber-optic cable is called the Total Internal Reflection or TIR. If you have ever been under water in a swimming pool with your head close to the surface, you have probably noticed that the water-air interface becomes a mirror and you cannot see outside. That is an example of TIR. Basically, whenever you have an interface of two materials (mediums) of different indexes of refraction or optical density, a light beam will fully reflect at this interface if it is trying to escape the denser material at an angle that is larger than a certain critical value. All optical fibers are basically cylindrical wires made of glass. They have a core (the optically denser medium) and a so-called cladding, which is optically less dense. The cladding fully surrounds the core, like a cylindrical jacket. The light signal is inserted into the core and it travels down the core with occasional TIR reflections from the core-cladding interface. It is almost as if you have a tiny cylindrical mirror from which the light reflects. These total internal reflections are so efficient that the light signal does not lose much of its strength at each reflection as it would when reflecting from an ordinary silver mirror. Thanks to TIR, signals can travel as far as 250 miles (400 km) without needing amplification.

« نور جدید از میان گوشت به استخوانها می نگرد ! » این عبارت در اواسط ژانویه 1896 به یک باره تیتر روزنامه های امریکا شد همچنین عبارت « اجسام جامد آشکار شدند!! » همراه با عکس های رادیو گرافی رونتگن و دیاگرام و جزئیات چگونگی تولید اشعه؛ در طول یک هفته، نمایشهایی در کالجها، دبیرستانها و همچنین در مکانهای عمومی بر پا شد.اینکه « به زودی هر خانه ای یک دستگاه اشعة کاتدی داشته باشد » هر مخترعی را به هیجان می آورد. توماس ادیسون[1] ( 1931 – 1874 )، یکی از آنهایی که مشتاق تکمیل کشف رونتگن بودند بود. تلاش او برای تهیة عکس رادیوگرافی از محتویات اطلاعاتی مغز، او را هفته ها در آزمایشگاهش مشغول کرد. کار او تنها باعث پیشرفت در دستگاه فلورسکوپ دستی شد، اما او در ساخت « لامپ اشعة ایکس » برای مصارف خانگی مأیوس شد. ادیسون تنها کسی نبود که از راه تجربه دست به چنین تلاشهایی زد. بعد از این به طور وسیعی ابزار آلات و لوازم مورد نیاز در دسترس قرار گرفت، و به زودی با اندک مبلغی هر کس می توانست یک عکس اشعة ایکس داشته باشند. محلها یا استودیو هایی جهت گرفتن ” عکس استخوان “ دایر شد، اشعاری در باب اشعة ایکس در مجلات عمومی به چشم می خورد، و همچنین در کارتونها، داستانهای کوتاه و حتی تبلیغات نیز اشعة ایکس راه پیدا کرد. کاراگاهان نیز طرفدار استفاده از دستگاه رونتگن برای پی بردن به افکار یک شخص ( مثلاً در تشخیص زوجهای بی وفا )،‌ و یا یافتن وسایلی که احتمالاً در زیر لباس دیگران مخفی شده است ( با عینک اشعة  ایکس )‌ شدند. خیلی از این موارد پوچ و بیهوده به نظر می رسد، ولی اینگونه موارد خبر از سطح بینش و آگاهی عمومی آن زمان در مورد اشعة ایکس و کاربرد پزشکی اش را نشان می دهد. در همان ماه که نخستین خبرها در روزنامه های امریکا منتشر شد، پزشکان برای گرفتن عکس رادیوگرافی از استخوانهای شکستة بیماران و حتی اندام سطحی، خواستار آن شدند. می توان گفت که قبل و بعد از آن زمان هیچ تکنولوژیی به این سرعت مورد پذیرش قرار نگرفت. 1-11) پایی درون کفش پاشنه دار؛ این عکس توسط فرانسیس ویلیام[2] در بوستون در ماه مارس 1896 گرفته شده است. مثل این چنین عکسی در مطبوعات و جراید عمومی آن زمان به وفور چاپ شده بود.1-12) یک عکس آزمایشی از چند تکه جسم فلزی (دو سکه و یک کلید ) درون یک ظرف، 1896. خیلی از آزمایشها بودند که قدرت نفوذ اشعه ها را نمایان می ساختند. این که چنین عکسهایی در موارد گسترده ای تهیه شده اند می تواند این فکر را القا کند که تکنولوژی جدید می توانسته در کارهای ناپسند مختلفی به کار رود.1-13) توماس ادیسون (1931-1874)، که آزمایشها را به طور موجز و مفید از طریق جراید به اطلاع عموم می رساند، این عکس در زیر « نور ایکس » در 1896 گرفته شده است.1-14) تصویری کارتونی که نشاندهندۀ دقت ادیسون است- تلاش وافر او برای اینکه اولین شخصی باشد که موفق به « دیدنِ ( یا به تصویر کشیدنِ ) » آنچه در مغز یک فرد میگذرد.1-15) استودیوی اشعۀ ایکس؛ شبیه به این یکی که در نیویورک است، استودیوهایی در شهرهای کوچک و بزرگ برای تهیۀ « عکسِ استخوان » افتتاح شدند، که در اغلب موارد هیچگونه عارضۀ فیزیکی دیده نمی شد.1-16) اسباب و لوازم مورد نیاز به زودی در دسترس قرار گرفتند. هر کسی می توانست با یک حباب شیشه ای خلاءِ دارای آند و کاتد، و یک مولد جریان برق، همچنین مواد عکاسی با « پرتونگاری» کسب و کاری داشته باشد.1-17) نمایشهای همگانی نظیر این یکی که توسط ادیسون در ماه می سال 1896 برپا می شدند برای عده ای این امکان را فراهم می ساخت که بتوانند استخوانهایشان را ببینند. 1-18) اشعار کنایه آمیز بیشماری برای فاش کردن راز اشعۀ ایکس سروده شدند که باعث ایجاد یک جو فشار آلود عمومی می شدند، همین طور شد که رونتگن در آوریل 1896 از راز پدیدۀ الکتریکی پرده برداشت.1-19) تصاویر کارتونیی نظیر این یکی که در سال 1896 به طور طنز گونه ای یک عکاس سیار را نشان می دهد.1-20) بعضی تیترهای عکسهای رادیوگرافی موجب تهییج افکار عمومی می شد. در هر مطلبی دربارۀ اشعۀ ایکس ( مثلاً یک رومان )، به راحتی می شد که یک عکس را تحریف کرد، به عنوان مثال : « اولین  عکس رادیوگرافی از مغز انسان » که در واقع  تصویری از رودهای گربه است که توسط فالک[3] در1896 مونتاژ شده است. [1] Thomas Edison[2] Francis Williams[3] H. A. Falk

در هشتم نوامبر 1895 ویلهِلم کُنراد رونتگن[1] پروفسور آلمانی تبار ( 1923 - 1845 ) در حال کار در تاریکخانة آزمایشگاه وُزِنبرگ بود. آزمایشهای او حول پدیده های نوری و انواع آنها- که بوسیلة تخلیة الکتریکی در ولتاژهای بالا و درون لامپهای خلا بوجود می آمدند- بود. اینگونه لامپها را، به طور کلی با نام « لامپهای کروکس[2] » می شناسند- بعد از مرگ محقق انگلیسی ویلیام کروکس ( 1919 – 1832 )- که به طور گسترده ای در دسترس بود. رونتگن مجذوب اشعه های کاتدی و تعیین برد آنها در خارج از لامپ شده بود. آنچه باعث تعجب رونتگن شده بود این بود که وقتی لامپ شارژ می شد صفحه ای که به عنوان پردۀ مشاهده  در طرف دیگر اتاق قرار داده بود شروع به درخشش می کرد. این ثابت می کرد که صفحة پوشانده شده از پلاتینوسیانید باریم( همان پرده )که خیلی دور از اشعۀ کاتدی قرار داشت با آن وارد واکنش می شد. ما اطلاعات کمی در مورد توالی کارهایش در روزهای بعد داریم، مگر اینکه او اجسام مختلفی را بین لامپ و پرده قرار می داد و اشعۀ جدید را آزمایش می کرد، او مشاهده کرد که استخوانهای دستش به طور واضحی از میان گوشت نمایان می شوند. رونتگن برای هفت هفته با دقت زیادی به برنامه ریزی و اجرای آزمایشهایی برای تعیین ماهیت اشعه ها دست زد. او در اختفا و انزوا کار می کرد، بطوریکه به یکی از دوستانش گفته بود: « من یک چیز جذاب و جالب کشف کرده ام، اما نمی دانم به چه دلیل مشاهداتم صحیح است ». در حقیقت، آزمایشهای رونتگن آنقدر زیاد بود که او را در رسیدن به این باور که مشاهداتش حقیقت دارند متقاعد ساختند. و همین باعث بالا رفتن اطلاعات علمی مورد تأیید ما دربارۀ پدیده های موجود بود. در 28 دسامبر 1895 رونتگن گزارشی مقدماتی با عنوان "Uber eine neue Art von Strahlen" همراه با چند عکس رادیوگرافی آزمایشی و عکس دست همسرش به رئیس انجمنِ فیزیک-پزشکی وورزبرگ[3] ارائه داد، او در اولین روزهای سال جدید چند گزارش چاپی به دوستانش در سراسر اروپا فرستاد. ژانویة آن سال شاهد فراگیر شدن تمام دنیا با « اشعۀ ایکس خیره کننده » شد، و رونتگن این کشف را معجزه ای در پزشکی خواند. رونتگن، که اولین جایزۀ نوبل سال 1901 را آن خود ساخته بود، نپذیرفت که در مورد اشعۀ ایکس  چیزی را به طور عمومی یا خصوصی فاش کند، او حتی از اینکه شرح مختصری در مورد کشفش و کاربردهای آن بدهد اجتناب کرد. 1-3) ویلهلم کُنراد رونتگن ( 1923 – 1845 ) در 1896. به طعنه می توان گفت که رونتگن ( هنگام پی بردن به ماهیت کشفش ) هیچگونه علاقه ای برای عکس گرفتن نداشت. تعداد نسبتاً کمی عکس از او بعد از کشفش وجود دارد، که خیلی از آنها مانند این یکی  دارای ژستی رسمی و جدی اند.1-4) عکس محل کشف، انجمن فیزیک دانشگاه ووزبرگ، که در سال 1896 گرفته شده است. رونتگن در طبقۀ دوم زندگی می کرد، و آزمایشگاه و کلاسهای درس در زیرزمین و طبقۀ اول بودند.1-5) اتاق آزمایشگاه انجمن فیزیک که رونتگن برای اولین بار در آن متوجه اشعۀ  ایکس شد و به تحقیق پیرامون آن مشغول گشت.1-6) بزودی لامپهای بدین شکل بوسیلۀ رونتگن و دیگران برای تحقیق دربارۀ نورها مورد استفاده قرار گرفت.1-7) یکی از عکسهای رادیوگرافی که رونتگن در نوامبر 1895 برای تعیین قدرت نفوذ اشعۀ ها در اجسام گوناگون گرفت.1-8) عکس رادیوگرافی مشهوری که توسط رونتگن در 22 دسامبر 1895 گرفته شد، و برای فرانز اکسنر[4] – فیزیکدانی در وینا[5] – فرستاده شد. بر طبق روایات این عکس به عنوان « اولین عکس اشعۀ ایکس » و « عکس دستِ خانم رونتگن » مشهور است.1-9) عکس رونتگن از دست آلبرت وُن کولیکر[6]، که در پایان سخنرانی و نمایش رونتگن در انجمن فیزیک  پزشکی وُزنبرگ به تاریخ 23 ژانویة 1896 گرفته شد.1-10) عکس رادیوگرافی از چند سکه که توسط. گوداسپید[7] ( 1943 – 1860 ) و ویلیام جنینگز[8] ( 1945- 1860 ) در سال 1896 گرفته شده است. احتمالاً یکی از آن دو به طور تصادف در 22 فوریة 1890 در فیلادلفیا گرفته است. هیچکدام از آنها ( نه گود اسپید و نه جنینگز ) ادعای اینکه زودتر این را کشف کرده اند نداشتند، تا اینکه پس از اعلام رونتگن آنها نیز عکسها را به نمایش گذاشتند. [1]  Wilhelm Conrad Roentgen[2] Crooks tubes[3] Wurzburg Physical-Medical Society[4] Franz Exner[5] Vienna [6] Albert von Kolliker[7] A. W. Goodspeed [8] William Jennings

در حدود صد سال پیش اشعة ایکس در آزمایشگاه بوجود آمد و در موارد بسیار گسترده ای کاربرد پیدا کرد‌ و این یک پیشرفت و جهش فوق العاده شگفت انگیز به شمار می آمد. در آخرین هفته های سال 1895که  رونتگن به طور رسمی تولید آن را اعلام کرد، روزنامه ها، مجلات و ژورنال های حرفه ای سراسر دنیا توضیحات دقیقی از این اشعة مرموز همراه با دستورالعمل مشروح جهت تولید و استفاده از آن می دادند. در فوریة سال 1896 اکثر مراکز شهرها و شهرستان های آمریکا شاهد برگزاری اولین نمایش هایی از این « نور جدید » بودند. در مدت یک سال کاربرد اشعة ایکس در تشخیص و درمان بیماری ها شاخة جدیدی در علم پزشکی به وجود آورد. در حقیقت نگرش عمومی و واکنش افراد متخصص آن عصر نسبت به اشعة جدید تمام تاریخچة پرتونگاری پزشکی را به ما می نمایاند. این برای اولین بار در مسیر علم پزشکی بود که یک دستگاه الکتریکی پیچیده، رابطة عاطفی ای بین پزشک و بیمار ایجاد میکرد. سؤالات گوناگونی بود که بایستی به آنها پرداخته می شد: چه کسی این ماشین را به کار خواهد گرفت؟ آن شخص چه نوع آموزشی نیاز خواهد داشت؟ چه کسی بایستی برای این تجهیزات هزینه میکرد؟ ویا چه کسی می توانست با دیدن عکسهای رادیولوژی در مورد نحوة درمان بیمار تصمیم گیرد؟ وقایعی که در مورد رادیولوژی در آن سالها روی میداد به عنوان خط مشیی برای علم پزشکی در آن سالها به کار گرفته شد. اینکه چه هزینه ای و چه تکنولوژیی و چه حوزه و قلمروی حرفه ایی و... در زمینة اشعة ایکس مورد نیاز بود اولین سؤالاتی بودند که در پایان این قرن ( قرن نوزدهم ) توسط مردان و زنانی که خود را « پیشگامان رادیولوژی » میدانستند مطرح بود. هنگامی که دسترسی به تجهیزات مورد نیاز به راحتی ممکن شد پرتو نگاری ( رادیولوژی ) یکی از اولین رشته های پزشکی بود که استفادة روز افزونی از عکس های رادیولوژی در آگهی ها، متون تخصصی و کارهای کلینیکی کرد. ما خیلی خوش شانسیم که منبعی از اسناد تصویری از آن سالها داریم.