سرطان یا چنگار[1] تقسیم نامتقارن سلول­های بدن است. سرطان زمانی ایجاد می­ شود که سلولهای قسمتی از بدن شروع به رشد غیر قابل کنترل کنند. سرطان­ها انواع مختلفی دارند ولی همه آنها زمانی ایجاد می­شوند که سلولهای غیر طبیعی خارج از کنترل شروع به رشد می­ کنند، سلولهای سرطانی بیشتر از سلولهای طبیعی عمر کرده و تکثیر می شوند­[1]. سرطان یکی از علل عمده مرگ و میر در سراسر جهان است. طبق اعلام سازمان بهداشت جهانی[2] سرطان عامل 13% از مرگ­ها می­باشد. همچنین انجمن بهداشت امریکا گزارش می­دهد که 6/7 میلیون نفر در سال 2007 بر اثر سرطان جان خود را از دست داده­اند. و در گزارش دیگری WHO اعلام می­ کند که 84 میلیون نفر در سال­های 2015-2005 بر اثر سرطان جان باختند­[2]. روش­های درمانی موجود علیرغم پیشرفت­های چشمگیر هم چنان نمی­توانند به درمان قطعی این بیماری اذعان نمایند. انتخاب پذیری پایین داروهای شیمیایی موجود در روش­های شیمی درمانی و نیز قرار گرفتن بافت­های سالم در معرض تابش پرتوهای پرانرژی موجب می­گردد که درمان­های متداول کنونی هدفمند نباشند. از سوی دیگر سیستم دفاعی بدن به عنوان سدی در برابر هجوم عوامل دارویی مانع از انتقال کامل دارو به بافت تومور می­گردد. از این رو دانشمندان به منظور غلبه بر این مشکلات به سوی روش­های کمتر تهاجمی مانند فتوداینامیک تراپی متمایل گشته اند. این روش درمانی با بهره گیری از منابع نور بی خطر به طور انتخابی تواماً هدف را مورد هجوم قرار داده و کمترین آسیب به بافت سالم وارد خواهد شد. از سویی دیگر هدایت مواد حساس به نور به بافت تومور نیازمند عبور از سدهای زیستی است که می ­تواند تأثیر چشمگیری در راندمان درمانی و افزایش طول عمر بیماران داشته باشد.

 

1-2 سرطان

 

سلول­های سرطانی از سازوکارهای عادی تقسیم و رشد سلول­ها تبعیت نمی­نمایند. به عبارتی سرطان در اثر تغییر در برنامه حیاتی یک یا چند سلول بدن رخ می­دهد، به طوریکه روند مرگ کنترل شده سلول از حالت عادی خارج شده و جمعیت این نوع از سلول­های جهش یافته به طور کنترل ناپذیری افزایش می­یابد. دلایل متعددی همچون عوامل ژنتیکی یا مواردی که موجب اختلال در فعالیت سلول­ها می شوند، از جمله قرار گرفتن در معرض مواد سرطانزا و تشعشعات خطرناک و بسیاری عوامل محرک دیگر در شکل­ گیری سرطان مطرح شده است. از سویی دیگر این سلول­ها قابلیت انتشار در سایر بافت­های بدن را دارا می­باشند که خطر نفوذ در بافت­های حیاتی را به وجود آورده و کنترل بیماری را دشوارتر می­نمایند. روش­های تشخیصی موجود با مکانیسم­های متعدد می­توانند در مراحل مختلف این بیماری آن را شناسایی نمایند. در صورت تشخیص زود هنگام این بیماری می­توان روند رشد این بیماری را تحت کنترل در آورد و عمر بیمار را به طور چشمگیری افزایش داد. این در حالی است که تشخیص دیر هنگام این بیماری با چالش های متعددی همراه بوده و عمدتاً نتایج مناسبی نخواهند داشت ]3[.

 

1-2-1 راه های گسترش سرطان

 

سرطان به سه طریق در بدن گسترش می­یابد که عبارتند از:

 

• بافت: سرطان به بافت سالم مجاور حمله می­ کند.

 

• دستگاه لنفاوی: سرطان به دستگاه لنفاوی حمله می­ کند و در عروق لنفاوی حرکت می­نماید و به دیگر نقاط بدن می­رسد.

 

• خون: سرطان به سیاهرگها و مویرگها حمله می­ کند و به همراه خون به دیگر نقاط بدن می­رسد.

 

  1-2-2 روش­های تشخیص

 

روش­هایی برای تشخیص سرطان وجود دارد که در ادامه به معرفی آنها می­پردازیم:

 

 

 

1-2-2-1 غربالگری(بیمار­یابی) :

 

غربالگری به مفهوم تشخیص زودرس سرطان در افراد بی علامت است كه حیات بیمار را تضمین می­كند. غربالگری سرطان برای گروه­های زیر در دسترس است:
 ‌الف) عموم مردم:  سرطان­های pestan، روده بزرگ، دهانه رحم و پروستات از دسته سرطان­هایی می­باشند که توسط غربالگری تشخیص داده می­شوند.
ب) گروه­های با احتمال بالای ابتلا به سرطان: سرطان­های ریه، كبد در هپاتیتB  و C مزمن، معده، بیضه نیز از دسته سرطان­هایی می­باشند که در این گروه غربالگری می­شوند.

 

1-2-2-2 آزمایش خون:

 

گاهی در تشخیص بیمارانی که علائم مبهم دارند اندازه ­گیری سطح تومورمارکرها برایشان درخواست می­گردد. تومورمارکرها مواد پروتئینی هستند که در ادرار یا سرم فرد وجود دارند و توسط تومور یا بدن فرد در پاسخ به سرطان تولید می­شوند. تومورمارکرها انواع مختلفی دارند، برخی در نوع خاصی از سرطان تولید می­شوند و به اصطلاح اختصاصی اند و برخی در انواع مختلفی از سرطان ها دیده می­شوند. تومورمارکرها اسامی متفاوتی دارند و برای بررسی سرطان­های متفاوت مورد بررسی قرار می­گیرند مثلا  PSA برای سرطان پروستات،CEA   برای سرطان روده بزرگ و pestan، CA125  برای سرطان تخمدان و CA19-9 برای سرطان لوزالمعده و غیره.

 

1-2-2-3 رادیو­گرافی از قفسه سینه(CXR):

 

این تصویر­برداری در بیماران با سرطان ریه و بیمارانی که پزشک مشکوک به انتشار سرطان از جایی دیگر به ریه بیمار است بکار می­رود.

 

 

1-2-2-4 ماموگرافی:

 

این روش برای تشخیص زود هنگام سرطان pestan بسیار مفید است.

 

1-2-2-5 سونوگرافی:

 

این روش به منظور یافتن بدخیمی­های مخفی شکم و حفره لگنی مثل تومور پانکراس و سرطان تخمدان و همچنین برای بررسی سرطان­هایی که در کبد قرار گرفته اند، مورد استفاده قرار می­گیرد.

 

1-2-2-6 نمونه برداری:

 

این جراحی ساده سرپایی و معمولاً تحت یک بی حسی موضعی انجام می­ شود. نمونه برداری در افرادی که یک توده یا تورم بزرگ شونده و یا یک ضایعه پوستی در حال تغییر مورد استفاده قرار می­گیرد.

 

1-2-2-7 آندوسکوپی:

 

این یک روش تشخیصی با وسایل مخصوص است که توسط پزشک با چراغ برای دیدن حفره معده، روده بزرگ، بینی، نای و ریه ها برای یافتن ضایعات سرطانی بکار می­رود و یک روش مفید برای پیگیری تومور بعد از درمان است.

 

1-2-2-8 آزمایش ادرار:

 

در بیمارانی که مشکوک به بدخیمی های کلیه، حالب(مجرایی که ادرار را از کلیه به مثانه منتقل می­ کند)، مثانه و پروستات انجام می­ شود.

 

1-2-2-9 آزمایش خون مخفی در مدفوع:

 

این آزمایش در بیمارانی که سابقه تغییر عادت اجابت مزاج یا کاهش وزن شدید یا سابقه فامیلی بدخیمی روده دارند انجام می شود. این روش در شناسایی سرطان مثانه استفاده می شود.

 

1-2-2-10 اسمیر دهانه رحم(پاپ اسمیر):

 

این روش در زنان برای یافتن ضایعات پیش بدخیم یا تشخیص زود هنگام سرطان بکار می­رود.

 

1-2-2-11 سی تی اسکن:

 

این روش برای یافتن تومورهایی که در حفره­های بدن هستند و با معاینات بالینی همیشگی تشخیص داده نمی­شوند جهت تشخیص زود رس سرطان­های ریه، روده بزرگ، پروستات، مغز و حلق( سر و گردن) بکار می­رود ]4[.

 

1-2-3 روش­های درمان سرطان

 

روش­های درمانی سرطان عمدتاً بستگی به نوع و مرحله سرطان دارند. هدف از درمان اغلب بهبود کامل سرطان است در غیر این صورت هدف کنترل بیماری تا حد امکان و کاهش علایم آن است. روش­های متداول شامل جراحی، شیمی­درمانی، رادیو­تراپی، هورمون­تراپی و درمان زیست شناختی می­باشند. علاوه بر اینها ممکن است پیوند سلول­های بنیادی برای بیمارانی انجام شود که قادر به دریافت شیمی­درمانی یا پرتو درمانی با دوز بالا نباشند. در واقع پیوند سلول­های بنیادی به عنوان آخرین راه در نظر گرفته می­ شود. در مورد برخی از سرطان­ها تنها یک روش درمانی نتیجه بخش می­باشد اما در بعضی موارد ترکیبی از چند روش مؤثر واقع می­ شود. روش­های درمانی ممکن است در قسمت خاصی از بدن یا روی تمام بدن اثر داشته باشند.

 

1-2-3-1 درمان سیستمیک

 

در این روش داروها یا مواد خاصی را وارد جریان خون می­ کنند تا سلول­های سرطانی را در تمام بدن از بین ببرند. این کار باعث از بین رفتن یا کاهش سرعت رشد سلول­های سرطانی­ می­ شود که به بافت­ها و اندام­های دورتر از تومور اصلی منتشر شده ­اند. شیمی­درمانی، هورمون درمانی و درمان زیست شناختی جزو درمان­های سیستمیک محسوب می­شوند.

 

1-2-3-2 هورمون درمانی

 

برخی از انواع سرطان­ها برای رشد به هورمون­های خاصی احتیاج دارند، در هورمون درمانی از رسیدن این

 

هورمون­ها به سلول­های سرطانی جلوگیری می­ شود، این شیوه درمانی از درمان­های سیستمیک می­باشد. از سویی دیگر در هورمون درمانی دارویی پزشک دارویی را تجویز می­ کند که مانع از ساخت برخی هورمون­های خاص یا مانع از فعالیت آنها می­ شود. با روش جراحی اندام­های سازنده هورمون از بدن خارج می­گردد. عوارض جانبی هورمون درمانی بستگی به روش درمانی دارد. این عوارض اضافه وزن، گرگرفتگی، حالت تهوع و اختلال در باروری را شامل می­شوند. در زنان هورمون درمانی ممکن است باعث قطع یا نامنظم شدن عادت ماهانه و نیز موجب خشکی واژن شود. در مردان هورمون درمانی می ­تواند باعث ناتوانی یا کاهش میل جنسی، بزرگ شدن و دردناک شدن pestan­ها شود.

 

1-2-3-3 درمان زیست شناختی

 

این روش به سیستم ایمنی بدن(سیستم دفاع طبیعی بدن) برای مبارزه با سرطان کمک می­ کند. برای مثال در درمان برخی بیماران مبتلا به سرطان مثانه پس از جراحی از محلول ب.ث.ژ  استفاده می­ شود و پزشک این محلول را از طریق سوند به مثانه تزریق می­ کند. این محلول حاوی باکتری ضعیف شده­ای است که سیستم دفاعی بدن را برای مقابله با سلول­های سرطانی تحریک می­ کند. ب.ث.ژ ممکن است باعث عوارض جانبی شود و مثانه را بشدت دردناک کند. در برخی افراد هم موجب حالت تهوع، تب خفیف یا لرز می­ شود. انواع دیگر درمان زیست شناختی اغلب به شکل تزریق وریدی انجام می­ شود. برخی بیماران در محل تزریق دچار تحریک­های پوستی می­شوند و در بعضی دیگر عوارضی شبیه سرماخوردگی مانند تب، لرز، سردرد، دردهای عضلانی، خستگی بیش از حد، ضعف و حالت تهوع ایجاد می­ کند. درمان زیست شناختی گاه باعث ایجاد عوارض جانبی خطرناک تری از قبیل تغییرات فشارخون و اختلالات تنفسی نیز می­ شود.

 

1-2-3-4 شیمی درمانی

 

شیمی درمانی استفاده از داروهایی خاص برای از بین بردن سلول­های سرطانی است. در مورد بیشتر بیماران، شیمی درمانی از طریق دهان یا ورید انجام می­ شود و در هر دو صورت دارو وارد جریان خون می­ شود ومی ­تواند به سلول­های سرطانی در تمام نقاط بدن حمله کند. معمولاً شیمی درمانی به صورت دوره­ای انجام می­ شود. بیماران یک روز یا بیشتر تحت درمان قرار می­گیرند، سپس پیش از آغاز دوره جدید درمان یک دوره استراحت را بمدت چند روز یا چند هفته بعنوان دوره بازتوانی می­گذرانند. عوارض جانبی این روش درمانی به نوع دارو و میزان مصرف آن بستگی دارد. این داروها بر سلول­های سرطانی و دیگر سلول­هایی که بسرعت تقسیم می­شوند تأثیر گذاشته و ممکن است عوارض زیر را داشته باشند:

 

سلول­های خونی: هنگامیکه دارو به سلول­های خونی سالم آسیب برساند، خطر عفونت، کبودی یا خونریزی بیشتر می­ شود و بیمار احتمالاً احساس ضعف و خستگی شدید خواهد کرد.

 

سلول­های ریشه مو: شیمی درمانی ممکن است موجب ریزش مو شود، با این حال موهای بیمار دوباره رشد خواهند کرد. اغلب رنگ و جنس این موها با موهای قبلی متفاوت است.

 

سلول­های پوشاننده دستگاه گوارش: شیمی درمانی ممکن است باعث کم اشتهایی، حالت تهوع، اسهال، استفراغ یا دردهایی در دهان و لبها شود.

 

برخی از داروهای شیمی درمانی بر باروری تأثیر می­گذارند، بانوان ممکن است دیگر بچه دار نشوند و مردان هم شاید قدرت باروری خود را از دست بدهند. با وجود اینکه عوارض جانبی شیمی­درمانی گاه دردناک و نگران کننده است اما معمولاً موقتی است و پزشک می ­تواند آنها را درمان یا مهار کند ]5[.

 

1-2-3-5 پرتودرمانی سیستمیک

 

در پرتودرمانی سیستمیک (پرتودرمانی تمام بدن) منشأ تشعشعات مایع یا کپسولی حاوی مواد رادیواکتیو است که به تمام قسمت های بدن می­رسد. بیمار این مایع یا کپسول را می­بلعد یا به وی تزریق می­ شود. از این­گونه پرتودرمانی جز برای درمان سرطان، برای مهار درد شدید ناشی از سرطان پیشرفته نیز استفاده می­ شود.

 

1-2-3-6 درمان موضعی

 

[1] چنگار واژه فارسی سرطان است

 

[2] World Health Organization(WHO)

در اواخر سال 1950 توسعه فعالیتهای تحقیقاتی  در زمینه پلاسمای تمام یو نیزه بوسیله سه عامل محدود شده بود:

 

1- عدم اطلاعات کافی در باره حالتهای پلاسما

 

2- عدم توسعه روش های تشخیصی

 

3- پیچیده بودن ابزارهای تولید پلاسما

 

مشکل اول تنها با گذشت زمان قابل حل بود. مشکل دوم با توسعه ساخت لیزر های پر توان برای پراکندگی تامسون و مشکل آخر بوسیله یک منبع جدید تولید پلاسما.

 

تا آن زمان اغلب منبع های تولید پلاسما بر اساس به دام اندازی مغناطیسی پلاسمای داغ طراحی  شده بود. پلاسمای تولید شده در این ابزارها از پایداری لازم برای مطالعات بنیادی برخوردار نبود.

 

ساخت این ابزارها بسیار پرهزینه و پلاسمای تولیدی بیشتر به صورت پالسی بود تا پایدار و نیز به دلیل وجود الکترون های پر انرژی استفاده از پرو بهای فلزی غیر ممکن بود.

 

نیاز به یک پلاسمای با دمای پایین و حالت پایدار با یونیزاسیون بسیار بالا و قابلیت دسترسی آسان، ذهن فیزیکدانان  پلاسما را به خود مشغول کرده بود.

 

در سال 1956 Dreicer نظریه تولید پلاسمای تمام یونیزه از طریق برخورد جریانی از اتم های قلیایی بر سطح صفحه ای داغ از جنس تنگستن را مطرح نمود.

 

این ایده در آن زمان توسعه چندانی پیدا نکرد. اما در سال 1960 دو گروه مستقل یکی به رهبری Rynn و D’Angelo در دانشگاه پرینستون و دیگری به رهبری Knechtli  و Wada در آزمایشگاه تحقیقاتی Hughes موفق به ساخت Q-Machine شدند.[1]

 

پیشوند Q از کلمه Quiescent که به معنای آرام وخاموش است توسط گروه پرینستون انتخاب شد،که دلیل آن تولید پلاسمای حرارتی آرام و فاقد ناپایداری های نوسانی بود.

 

 

پس از طراحی و ساخت Iowa Q-machine1 تحقیقات برای توسعه و رفع عیوب سیستم توسط گروه سازنده ادامه پیدا کرد و منجر به تولید دو نمونه دیگر از این سیستم شد.که اطلاعات موجود درباره طراحی آنها بسیار محدود است. اما آنچه از نوشته های موجود بر می آید آنست که آنها در آخرین نمونه موسوم به Iowa Q-machine3  که در سال 1998 ارائه کرده اند موارد زیر را انجام داده اند:

 

1- طراحی جدید سیستم ریختن dust به سیستم.

 

2- قابلیت تبدیل شدن به سیستمی با دو صفحه داغ.

 

3- مگنت با هسته خنک شونده که اطمینان خوبی برای کار با سیستم به ما می دهد.

 

4- سیستم خلاء پنوماتیک.

 

5- یک پروب با قابلیت حرکت برای اندازه گیری های محوری.

 

اکنون شرح جامعی از نحوه تولید پلاسما به این روش بیان می شود.

 

2-2 توصیف کلی Q-Machine

 

یونها در دستگاه Q-Machine به وسیله تماس یون ساز یا به عبارتی جدا شدن یک الکترون از هر اتم در برخورد با صفحه فلزی بسیار داغ تولید می شوند.

 

این فرایند در سال 1925 توسط  Langmuir وKingdon  کشف شد. آنها متوجه شدند که ضریب یونیزاسیون در این فرایند تقریبا 100% است. این اتفاق زمانی رخ می دهد که تابع کار صفحه فلزی از پتانسیل یونیزاسیون اتم بیشتر باشد.

 

از جدول تناوبی عناصر می توان این نکته را دریافت که فلزات قلیایی کمترین پتانسیل یونیزاسیون و بیشترین ضریب یو نیزه شدن را دارند. البته اتم های قلیایی در دمای اتاق یو نیزه نخواهند شد و جذب سطحی آنها توسط فلز باعث کاهش تابع کار فلز خواهد شد.

 

برای یک سطح فلزی تمیز، حرارتی در حدود  C◦900 مورد نیاز است تا یونیزاسیون شروع شود. اما میزان یو نیزه شدن اتم ها خیلی بالا نخواهد بود. برای تولید پلاسما، باید دما را تا حدود C◦2000 بالا ببریم. در این دما سطح فلزی، الکترون های ناشی از گسیل گرما یو نی آزاد می کند.

 

صفحه فلزی می تواند از جنس تنگستن یا تانتالیوم  باشد.

 

ساخت دستگاه Q-Machine تاثیر به سزایی در مطالعه مبدل های گرمایونی داشت. این وسیله می توانست ایده ی خوبی برای تولید مستقیم الکتریسیته از گرما باشد. این کار می تواند به وسیله یک زوج صفحه که در نزدیکی هم قرار دارند صورت گیرد. یکی از آنها باید داغ و دیگری سرد باشد.گسیل گرما یو نی از صفحه داغ به طرف صفحه سرد در صورتی که آنها به یک مدار خارجی متصل باشند، عامل ایجاد جریان می گردد.

 

اگر چه در Q-Machine اغلب از دو صفحه و بمباران آنها توسط اتم های قلیایی استفاده        می شود، اما تفاوتهای زیادی بین این سیستم و مبدل گرما یونی وجود دارد.

 

دو گروهی که بر روی ساخت Q-Machine کار کردند دو نوع سیستم متفاوت طراحی کردند.

 

طراحی صورت گرفته توسط گروه پرینستون (شکل 2-1)، که بر روی مطالعه محصور سازی پلاسما متمرکز شده بودند، بر اساس برخورد باریکه ای از اتم ها بر سطح یک یا دو صفحه داغ، شکل گرفته بود.

 

شکل2-1  طرح اولیه ساخته شده توسط گرو پرینستون-  [1]

 

این اختراع توسط W.Hooke  پیشنهاد شد. در این سیستم با خنک سازی مناسب دیواره ها فشار  بخار سدیم تا torr7–10 (T<0oC) کاهش می یابد.

 

چگالی یونها از cm-3109 تا cm-3 1012 است،که به یونیزاسیون 25% تا 99%  منجر خواهد شد.

 

در این سیستم میانگین مسافت آزاد برای یون – اتم بیش از 1متر و حتی برای الکترون – اتم بیش از این می باشد. دمای الکترونها و یونها قابل مقایسه با هم است اما لزوما با دمای صفحه یکسان نخواهد بود.

 

شکل 2-2 طرح گروه پرینستون را نشان می دهد. در این طرح از مگنت هایی که بوسیله آب خنک می شوند برای تولید میدان مغناطیسی تا KG8 در قطر cm25 و طول m3/1 استفاده شده است.

امروزه در مناطق مختلف جهان در خشکی و دریا به منظور استخراج  نفت و گاز عملیات مختلفی صورت می گیرد. یکی از مشکلات دائمی در تولید نفت و گاز، فرایند تولید آب از مخازن می باشد که جز جدانشدنی فرایند تولید هیدروکربن ها می باشد. این آب تولیدی به دلیل مجاورت با مخازن از لحاظ کیفیت شبیه به نفت و یا گاز تولیدی می باشد. ضمن اینکه مواد مختلفی در طی مراحل مختلف از اکتشاف تا تولید مورد استفاده قرار می گیرند که برخی از آنها خطرناک و سمی بوده و می توانند اثرات زیانباری از جنبه های مختلف داشته باشند. در مرحله برداشت از یک چاه نفت یا گاز، آب همراه از جمله آلودگی هایی می باشد که در این حین تولید شده و به طور قطع به یقین تاثیرات خود را برمحیط زیست خواهد گذاشت. در بسیاری از مناطق جهان قوانین و مقرراتی برای جلوگیری از آلودگی های محیط زیست وضع و حتی در برخی از مناطق بسیاری از فعالیت هایی که منجر به تولید پسماندهای خطرناک نفت و گاز می شوند ممنوع گردیده است. حد مجاز نفت و روغن در آب تولیدی برای تخلیه به دریا در استرالیا mg/lit30 متوسط روزانه و mg/lit50 متوسط ماهانه می باشد. در خصوص موادی که از نظر محیط زیستی نگرانی قابل توجهی را ایجاد می کنند، بیشتر کشورها استانداردهای سخت و دقیقی برای تخلیه آب تولیدی تنطیم کرده اند. به عنوان مثال حد متوسط ماهیانه برای تخلیه نفت و روغن در آب تولیدی در ونزوئلا برابر با mg/lit  20 می باشد. در کشور ما میزان نفت و روغن در آب تولیدی برای تخلیه، بر اساس کنوانسیون کویت برای متوسط روزانهmg/lit  15 می باشد. رشد روز افزون فعالیت های صنعتی از یک سو و عدم رعایت الزامات زیست محیطی و مدیریت نامناسب پسماندهای تولیدی از سوی دیگر، سبب شده است که در چند دهه اخیر مقادیر زیادی از پسماندهای ناشی از فعالیت های نفتی به محیط زیست راه پیدا کند. در صورتیکه برنامه ریزی مناسب جهت تصفیه و یا حذف پسماندهایی که به محیط زیست تخلیه می شوند صورت نپذیرد این مهم می تواند اثرات نامطلوبی به دنبال داشته باشد. اثرات زیست محیطی هیدروکربنها و مواد سمی موجود در آب تولیدی بر روی اکوسیستم، گیاهان، جانوران و انسان در این بین از مهمترین موضوعات خواهد بود. امروزه توسعه روز افزون آگاهی عمومی درباره محیط زیست در فرایند تولید از چاه های نفت و گاز باعث توجه شرکتها و خریداران به این مهم شده است، بطوریكه مسائل زیست محیطی نقش تعیین كننده ای را در انتخاب تجهیزات و همچنین استفاده از تكنولوزی های جدید برای دفع این مواد و به حداقل رساندن آلودگی، ایفا می كند.

 

یکی از مهمترین عوامل در کاهش اثرات منفی زیست محیطی آب تولیدی مدیریت صحیح آن می باشد، بگونه ای که برخی مواقع هزینه های

 مورد نیاز در حذف آلودگیهای یک پسماند و یا کنترل انتشار آلودگی آن با اعمال مدیریتی صحیح و ابتکاری به میزان چشمگیری کاهش پیدا خواهد کرد.

 

با توجه به توسعه روز افزون صنعت نفت و گاز در کشور ما و اینکه به طور معمول با گذشت زمان و به دلایل مختلف، تولید آب همراه نفت و گاز روز به روز افزایش می یابد، در نظر گرفتن تمهیدات لازم جهت کاهش این صدمات و پیشگیری از آن ضروری به نظر می رسد.

 

با توجه به این ضرورت و اینکه بحث محیط زیست در طی سالهای اخیر جایگاه خوبی را در شرکت های نفتی پیدا کرده است، این پژوهش به بررسی مسائل مختلف آب تولیدی، روش های تصفیه آب تولیدی و انتخاب روش مناسب جهت تصفیه آب همراه در سکوهای تولید نفت و گاز در دریا پرداخته است. شایان ذکر است این پایان نامه تحت حمایت شرکت نفت فلات قاره ایران و با همکاری واحد پژوهش و توسعه این شرکت انجام شده است.

 

 فصل اول: کلیات

 

آب تولیدی همراه نفت (PW)

 

سنگ‌های رسوبی كه در حال حاضر شامل لایه‌های رسوبی مختلفی است، در ابتدا از ته‌نشین شدن رسوبات اقیانوس‌ها، ‌دریاها، دریاچه‌ها و جریان‌های دیگر حاصل شده‌اند. این رسوبات به طور طبیعی شامل مقدار زیادی آب هستند. این آب همچنان با این رسوبات دفن می‌شود و باقی می‌ماند و میلیون‌ها سال بعد به عنوان (Connate water) مورد توجه قرار می‌گیرد. بسیاری از لایه‌های رسوبی بزرگ، در ابتدا با آب های اقیانوس‌ها و دریاها همراه بوده‌اند، بنابراین در اینگونه رسوبات، آب همراه در اصل آب دریاها بوده است. بهرحال، در طی سال‌های مختلف رویدادهایی رخ می‌دهد كه طی آنها نفت كه از مواد‌آلی ته‌نشین شده با این رسوبات تشكیل شده است از جایی كه سنگ مبداء نامیده می‌شود به سمت سنگ‌های رسوبی با نفوذپذیری و تراوایی بیشتر مهاجرت می‌كند. نفت دارای دانسیته‌ای كمتر از آب بوده و لذا به سمت سطح آب آمده و آب در لایه‌های زیرین قرار می‌گیرد و این آب، آب حوزه‌های نفتی نام می‌گیرد که به صورت ناخواسته هنگام استخراج نفت یا گاز به سطح آورده می شود. شکل (1-1) نحوه قرارگیری گاز، نفت و آب در یک مخزن را نشان داده است.

 

شکل (1-1): نحوه قرارگیری گاز، نفت و آب در یک مخزن

 

طبق منابع موجود می‌توان گفت حدود سال 1938 بود كه وجود شكاف‌ها و حفره‌هایی در مخازن هیدروكربوری كه شامل آب هستند، شناخته شد. Fettke اولین كسی بود كه وجود آب را در مخازن تولید كنندة نفت گزارش داد. اما وی گمان می‌كرد كه این آب ممكن است در حین عملیات حفاری وارد حفره‌های مخزن شده باشد.

 

در بیشتر سازندهای حاوی نفت اینگونه گمان می‌رود كه سنگ مخزن قبل از اینكه توسط نفت اشغال شود، كاملاً به وسیله آب اشباع شده بوده است. هیدروكربن‌های با دانسیته كمتر به سمت موقعیت‌های تعادل دینامیكی و هیدرواستاتیكی مهاجرت می‌كنند،‌ و سپس آب را از قسمت اعظم سنگ مخزن جابجا می‌كنند و جای آنرا می‌گیرند. البته نفت تمام آب را جابجا نخواهد كرد بنابراین سنگ مخزن به طور معمول شامل هیدروكربن‌های نفتی و آب می‌باشد.

 

به تدریج با انجام آزمایشات مختلف مشخص شد كه كیفیت این آب از لحاظ تركیبات شیمیایی حل شده در آن از یک مخزن هیدروكربنی به مخزن هیدروكربنی دیگر تفاوت دارد. همچنین با افزایش برداشت از یک مخزن هیدروكربنی مقدار آب تولیدی نیز افزایش می‌یابد. در سال‌های گذشته آب تولیدی هنگام استخراج منابع هیدروكربنی به عنوان بخشی از مواد زاید تولید شده در عملیات تولید مورد توجه قرار گرفته است.

 

در واقع آب تولیدی جزء جدا نشدنی فرایند بازیابی هیدروكربن‌هاست و در حوزه‌های نفتی توسعه یافته مقدار آب تولیدی به مراتب بیشتر است.

1-1-           پیشگفتار

 

انرژی خورشیدی منحصربه‌فردترین منبع انرژی تجدید پذیر در جهان است و منبع اصلی تمامی انرژی‌های موجود در زمین می‌باشد. این انرژی به صورت مستقیم و غیرمستقیم می ­تواند به اشکال دیگر انرژی تبدیل گردد[[i]].
به طور کلی انرژی متصاعد شده از خورشید در حدود  3.8e23 کیلووات در ثانیه می‌باشد. ایران با داشتن حدود ۳۰۰ روز آفتابی در سال جزو بهترین کشورهای دنیا در زمینه پتانسیل انرژی خورشیدی می‌باشد. با توجه به موقعیت جغرافیایی ایران و پراکندگی روستاهای کشور، استفاده از انرژی خورشیدی یکی از مهم­ترین عواملی است که باید مورد توجه قرار گیرد. استفاده از انرژی خورشیدی یکی از بهترین راه های برق رسانی و تولید انرژی در مقایسه با دیگر مدل­های انتقال انرژی به روستاها و نقاط دور افتاده در کشور از نظر هزینه، حمل‌نقل، نگهداری و عوامل مشابه می‌باشد[1].
با توجه به استانداردهای بین‌المللی اگر میانگین انرژی تابشی خورشید در روز بالاتر از ۳.۵ کیلووات ساعت در مترمربع باشد استفاده از مدل­های انرژی خورشیدی نظیر کلکتورهای خورشیدی یا سیستم‌های فتوولتائیک بسیار اقتصادی و مقرون به صرفه است. این در حالی است که در بسیاری قسمت ­های ایران، انرژی تابشی خورشید بسیار بالاتر از این میانگین بین‌المللی می‌باشد و در برخی از نقاط حتی بالاتر از ۷ تا ۸ کیلووات ساعت بر مترمربع اندازه ­گیری شده است ولی بطور متوسط انرژی تابشی خورشید بر سطح سرزمین ایران حدود ۴.۵ کیلو وات ساعت بر مترمربع است[1].

 

1-2تاریخچه­ی سلول­های خورشیدی

 

اثر فوتوولتاییک اوّلین بار در سال 1839 توسط بکویه­رل[1]، فیزیکدان فرانسوی، به صورت تجربی نشان داده شد[[ii]] . پس از آن چارلز فریتز[2] در سال 1883 توانست اوّلین سلول خورشیدی حالت جامد را بسازد. او نیمه­هادی سلنیم را با لایه­ی نازکی از طلا پوشانده بود تا بتواند یک پیوند شکل دهد و با این کار توانسته بود به بازده 1% دست یابد. در سال 1946 راسل اُهل[3] موفّق شد یک سلول خورشیدی با پیوند مدرن بسازد.
با این حال اوّلین سلول خورشیدی کاربردی[4] در سال 1954، در آزمایشگاه بل[5]، ساخته شد. چاپین[6]، فولر[7] و پیرسون[8] برای ساخت این سلول از یک پیوند p-n نفوذی سیلیکون[9] استفاده کرده توانستند به بازده 6% دست یابند[2].
سلول­های پیشرفته­ی اوّلیه با بهره گرفتن از ویفر[10]های سیلیکن و ژرمانیوم به دست آمدند. پس از آن سلول­هایی ساخته شدند که در آن­ها از لایه ­های نازک[11] سیلیکن یا دیگر نیمه­هادی­ها به جای ویفر استفاده می­شد. هم اکنون علاوه بر این دو نوع سلول خورشیدی از سلول­های متعدّد دیگری چون سلول­های پلیمری، ارگانیک، رنگ دانه­ای( حسّاس شده با رنگ[12])، چند پیونده و … بهره گرفته می­ شود.
در این فصل انواع مهم سلول­های خورشیدی، که در سه نسل دسته­بندی شده ­اند، به شکل مختصر مورد بررسی قرار می­گیرند: نسل اوّل( شامل سلول­های کریستالی سیلیکون[13]) نسل دوم( شامل سلول­های گوناگونی که در آن­ها از لایه ­های نازک نیمه­هادی استفاده می­ شود) و نسل سوم( شامل سلول­هایی که طرّاحی آن­ها به گونه ایست که می­توانند بازدهی فراتر از حدّ شاکلی- کوییزر دست یابند).

 

 

1-3-           انواع سلول­های خورشیدی

 

-3-1-       نسل اوّل سلول های خورشیدی (سلول های کریستالی سیلیکون)

 

در این دسته از سلول­های خورشیدی، از ویفرهای سیلیکون به عنوان نیمه­هادی فعّال استفاده می­ شود. سیلیکون با گاف انرژی ev1.12 مادّه­ای بسیار مناسب برای جذب طیف خورشید به حساب می­آید. همچنین از نظر فراوانی در طبیعت دومین عنصر به شمار می­رود. این بدان معناست که دست یابی به سیلیکون خام هزینه­ چندانی نخواهد داشت و نگرانی­ای هم برای اتمام منابع آن وجود ندارد.
برای دست­یابی به هدایت بالا، افزایش طول عمر سلول و جلوگیری از افت بازده( بر اثر بازترکیب حامل­ها) سیلیکون را به صورت تک کریستال و با کیفیت بالا مورد استفاده قرار می­دهند. گاهی نیز برای کاهش هزینه­ها از سیلیکون چند- کریستال بهره گرفته می­ شود.

 

1-3-1-1-      فرایند رشد کریستال­های نیمه­هادی ها

 

شرایط رشد بلور( کریستال)های نیمه­هادی که برای ساخت قطعات الکترونیک استفاده می­ شود بسیار دقیق­تر و مشکل­تر از شرایط سایر مواد است. علاوه بر این که نیمه­هادی­ها باید به صورت کریستالی در دسترس باشند، باید خلوص آن­ها نیز در محدوده­ بسیار ظریفی کنترل شود. مثلا تراکم بیشتر ناخالصی­های مورد استفاده در بلورهای Si امروزی کمتر از 1 قسمت در ده میلیارد است. چنین درجاتی از خلوص مستلزم دقّت بسیار در استفاده و به کارگیری مواد در هر مرحله از فرایند ساخت است[[iii]].
نیمه­هادی­های تک عنصری Si و Ge از تجزیه­ی شیمیایی ترکیب­هایی مانند GeO2، SiCl4 و SiHCl3 به دست می­آیند. پس از جداسازی و انجام مراحل اوّلیه­ی خالص­سازی، ماده­ی نیمه­هادی را ذوب کرده و به صورت شمش­[14]هایی در می­آورند. Si یا Ge به دست آمده بعد از مرحله­ بازپخت[15] به صورت چند بلوری است.
در صورت عدم کنترل فرایند سرمایش، نواحی بلوری دارای جهت­های کاملا تصادفی خواهند بود. برای رشد بلور فقط در یک جهت، لازم است که کنترل دقیقی در مرز بین مادّه­ی مذاب و جامد، در هنگام سرد کردن، انجام پذیرد[3].
یک روش متداول برای رشد تک-کریستال­ها، سرد کردن انتخابی ماده­ی مذاب است به گونه­ ای که انجماد در راستای یک جهت بلوری خاص انجام پذیرد. برای مثال در نظر بگیرید یک ظرف از جنس سیلیکا حاوی Ge مذاب باشد؛ می توان طوری آن را از کوره بیرون آورد که انجماد از یم انتها شروع شده و به تدریج تا انتهای دیگر پیش رود. با قرار دادن یک دانه[16]­ی بلوری کوچک در نقطه­ی شروع انجماد می توان کیفیت رشد بلور را بالا برد. اگر سرعت سرد کردن به دقّت کنترل شود و مکان فصل مشترک جامد و مذاب به آهستگی در طول مذاب حرکت داده ش.ود، اتم­های ژرمانیوم همراه با سرد شدن بلور به صورت شبکه­ الماسی آرایش می­یابند. شکل بلور به دست آمده توسط ظرف ذوب تعیین می­ شود. Ge، GaAs و دیگر بلورهای نیمه­هادی معمولا با این روش، که روش بریجمن[17] افقی نامیده می­ شود، رشد داده می­شوند. در شکل دیگری از این روش، ناحیه­ی کوچکی از ماده­ی بلوری ذوب شده و سپس ناحیه­ی مذاب طوری به طرف دیگر حرکت داده می­ شود که در پشت ناحیه­ی مذاب و در هنگام حرکت آن یک بلور تشکیل شود[3].
یکی از معایب رشد بلور در ظرف مذاب این است که ماده­ی مذاب با دیواره­ های ظرف تماس پیدا می­ کند و در نتیجه­ در هنگام انجماد تنش­هایی ایجاد می­ شود که بلور را از حالت ساختار شبکه­ ای کامل خارج می­سازد. این نکته به ویژه در مورد Si که دارای نقطه­ی ذوب بالایی بوده و تمایل به چسبیدن به مواد ظرف ذوب را دارد، مشکلی جدی است. یک روش جایگزین، که این مشکل را برطرف می­ کند، شامل کشیدن بلور از مذاب در هنگام رشد آن است. در این روش یک دانه­ی بلوری در داخل ماده­ی مذاب قرار داده شده و به آهستگی بالا کشیده می­ شود و به بلور امکان رشد بر روی دانه را می­دهد. معمولا در هنگام رشد، یلور به آهستگی چرخانده می­ شود تا علاوه بر هم­زدن ملایم مذاب، از هرگونه تغییرات دما( که منجر به انجماد غیر ممکن می­ شود) متوسط گیری کند. این روش، که روش چوکرالسکی نامیده می­ شود، به شکل گسترده­ای در رشد Si،  Ge و برخی از نیمه­هادی­های مرکب استفاده می­ شود[3].

 

1-3-1-2-      سلول های خورشیدی کریستالی سیلیکونی

 

این سلول­ها را می­توان بسته به ساختار بلوری سیلیکون به دو دسته تقسیم نمود : سلول­های خورشیدی سیلیکونی تک-کریستال و سلول­های خورشیدی سیلیکونی چند­کریستال. در دسته­ی دوم از سیلیکون چند کریستال به عنوان نیمه­هادی فعّال استفاده می­ شود. در دسته­ی اول به منظور دست­یابی به بازده بالاتر طیّ یک مرحله­ اضافه، سیلیکون چندکریستال به تک کریستال تبدیل می­ شود. این کار باعث افزایش هزینه­ ساخت خواهد شد. از سوی دیگر، از آن جا که نیمه­هادی باید ابتدا به صورت مربّعی درآمده و سپس مورد استفاده قرار گیرد، دور ریز مواد در این دسته بیش از سلول­های چند کریستال است ( سیلیکون چند کریستال را می­توان در قالب­های مربعی رشد داد).

 

1-3-2-       نسل دوم سلول های خورشیدی (سلول های لایه نازک)

 

از آن جا که در سلول­های خورشیدی نسل اوّل هزینه­ ساخت بسیار بالاست، باید راهی برای کاهش هزینه­ها یافت. برای این کار باید دید چه چیزی موجب بالا رفتن هزینه­ بالای تولید در آن سلول­ها می­گردید. با یادآوری مطالب پیشین مشخّص می­ شود که با کاهش مواد مورد استفاده و نیز کاهش کیفیت و خلوص ساختار بلوری می­توان هزینه­ها را، هر چند بازده هم کاهش یابد، کاهش داد.
در سلول­های خورشیدی لایه­نازک در واقع هم مواد مورد استفاده کاهش یافته است و هم فرایند ساخت بسیار ارزان­تر شده است. علاوه بر این­ها نیمه­هادی­های لایه­نازک انعطاف هم دارند و این امر می ­تواند کاربردهای جدیدتری نیز پیش روی آن­ها قرار دهد. در این سلول­ها برای کاهش بیشتر هزینه­ حتّی می­توان از نیمه­هادی­های بی­شکل نیز استفاده نمود.
در این فصل انواع مهم سلول­های خورشیدی لایه­نازک به صورت مختصر شرح داده شده ­اند. لازم به ذکر است که معیار قرار گرفتن این سلول­ها در نسل دوم فقط لایه­نازک بودن نیمه­هادی در آن­هاست؛ در حالی که برخی از این سلول­ها می­توانند در سلول­های نسل سوم نیز قرار بگیرند چرا که بازده آن­ها می ­تواند از حدّ شاکلی- کوئیزر نیز فراتر باشد.
 

:

 

شهرستان ارسنجان بین عرض جغرافیایی 40  29 تا 55   29 درجه شمالی و طول جغرافیایی 10   53 تا 35  53 درجه شرقی واقع گردیده این شهرستان درشرق استان فارس قرارداردو از شرق به شهرستان بوانات از شمال و غرب به شهرستان مرودشت و از جنوب به شهرستانهای نیریز و شیراز محدود می شود. شهرستان ارسنجان قبلاً یکی از بخش های شهرستان مرودشت بوده و در سال 1377 به شهرستان تبدیل شد. این شهرستان دارای یک بخش و 3 دهستان است و شامل 120 آبادی (78 آبادی مسکونی دائمی، 2 آبادی مسکونی موسمی، 25 آبادی خالی از سکنه دائمی، 15 آبادی خالی از سکنه موسمی) و یک شهر (شهر ارسنجان) است.

 

پژوهش هایی که دراین دشت توسط لوئی واندنبرگ(1342 م)، سامنر(1330). و یکیدا(1357) انجام شده نشان دهنده ارتباط فرهنگی بسیار گسترده بین محوطه های هم دوره در این منطقه است.

 

 روستای جعفرآباد حوزه مورد بررسی نگارنده نیز یکی از آبادی های  ارسنجان است.که دارای تپه های متعددی که بررسی آنها اساس پژوهش پیش رواست؛

 

تپه های جعفرآباد به دلیل تنوع سفال های نوسنگی در سطح محوطه و همچنین تشابه گونه، فرم و طرح های سفالها با نمونه های هم زمان خود در تل باکون.شغا،تیموران و……وگونه های مختلف دست ساخته های سنگی برای درک بهترارتباط فرهنگی جهت بررسی انتخاب گردید.

 

این پژوهش در شش فصل به شرح زیر نگاشته شده است:

 

 

 

 فصل اول کلیات و موقیت جغرافیایی و اقلیمی دشت ارسنجان

 

فصل دوم به شناسایی محوطه های پیش از تاریخ دشت ارسنجان می پردازد.

 

فصل سوم به بررسی باستان شناختی تپه جعفر a,b,c اختصاص دارد .

 

فصل چهارم معرفی سفال

 

فصل پنجم معرفی دست ساخته های سنگی

 

 فصل ششم به برآیند سخن اختصاص دارد.

 

1-1- بیان مسئله

 

باتوجه به همجواری دشت ارسنجان با دشت  های مرودشت وپاسارگاد و وجود اثار پیش از تاریخی در این مناطق دشت ارسنجان نیز ازاین لحاظ بسیارغنی بنظرمی رسدچنانکه اشگفت ها و غار هاو تپه وتپه های پیش از تاریخی  در نزدیکی تل جعفراباد وجود دارد، مطالعه تل های مذکور میتواند روشنگر ویزگی های فرهنگی منطقه در دوران  های مورد نظر باشد.

 

اهمیت وضرورت انجام تحقیق وجنبه های نوآوری آن، مهمترین مساله ایی  است که دراین پژوهش به آن پرداخته می شود مطالعه داده های پیش از تاریخی تل جعفرآباد a.b.cد شامل سفال وابزارسنگی به منظور ارائه الگویی از داده های سفالی و ابزار سنگی منطقه بنیانی برای مطالعات جامع تر بعدی است با توجه به اینکه در منطقه تل جعفراباد بجز ثبت اثر هنوز بررسی جامع باستانشناسی انجام نشده، ضرورت دارد که  اثار احتمالی دوران های مختلف ان نیز در مطالعات اینده مد نظر قرارگیرد

 

بررسی این تپه ها با اهداف زیر انجام خواهدشد

 

1-شناخت و طبقه بندی سفال تپه ها براساس شکل،رنگ،تزیینات وتکنیک ساخت

 

2-توصیف وطبقه بندی ابزارسنگی تپه ها

 

3-طراحی سفالهای شاخص دوره های مختلف تپه ها

 

4-مقایسه سفال های این تپه ها با مناطق همجوار و همدوره جهت گاهنگاری آنها که می تواند در شناخت و ارتباط فرهنگی انها نیز موثرباشد.

 

5 -شناخت و شناساندن اهمیت این تپه ها به ساکنین ضروری می نماید زیرا فعالیتهای کشاورزی تادامنه تپه گسترش یافته و چوپانان و موتورسواران از این تپه ها که شاخصه های مهمی از دوران نوسنگی است جهت راه میانبر استفاده قرار می کنند و همچنین سطح تپه ها، محل تخلیه  زباله های خانگی روستایی است و بدین ترتیب دیر زمانی نخواهد گذشت که تپه های مذکور به طور کلی منهدم خواهند شد.