تأثیر استفاده از شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای بر یادگیری مفاهیم تابش هسته‌ای و رفتار مواد در دانش‌آموزان دوره متوسطه دوم

پرتوهای هسته‌ای با انرژی بالا، از جمله نوترون‌ها و گاما، اثرات عمیقی بر ساختار مواد در مقیاس‌های اتمی و مولکولی دارند. این اثرات شامل شکست پیوندهای شیمیایی، ایجاد نقص‌های بلوری، تغییرات فاز و تخریب ساختارهای پلیمرها است. در این پژوهش، رفتار مواد منتخب شامل پلیمرها، سرامیک‌ها و فلزات ساختاری تحت تابش‌های هسته‌ای با استفاده از مدل‌سازی ریاضی، شبیه‌سازی کامپیوتری و تحلیل شیمیایی بررسی شد. برای توصیف دقیق تغییرات، از معادلات دیفرانسیل غیرخطی، روش مونت‌کارلو، مدل‌های سینتیک واکنش‌ها و تحلیل طیف‌سنجی (FTIR، XRD، Raman) استفاده گردید. نتایج نشان داد که پلیمرها کمترین مقاومت و سرامیک‌ها بیشترین مقاومت را در برابر تابش دارند، در حالی که فلزات مقاومت متوسطی از خود نشان دادند. همچنین شدت تابش و انرژی ذرات نقش کلیدی در میزان تخریب و تغییرات ساختاری ایفا کردند. این مطالعه می‌تواند به‌عنوان یک چارچوب علمی برای طراحی مواد مقاوم در برابر تابش در صنایع هسته‌ای، فضایی و پزشکی پرتویی مورد استفاده قرار گیرد.

High-energy nuclear radiation, including neutrons and gamma rays, has profound effects on the structure of materials at the atomic and molecular scales. These effects include breaking chemical bonds, creating crystal defects, phase changes, and degrading polymer structures. In this study, the behavior of selected materials, including polymers, ceramics, and structural metals, under nuclear radiation was investigated using mathematical modeling, computer simulation, and chemical analysis. To accurately describe the changes, nonlinear differential equations, Monte Carlo methods, reaction kinetic models, and spectroscopic analysis (FTIR, XRD, Raman) were used. The results showed that polymers have the lowest resistance and ceramics have the highest resistance to radiation, while metals showed moderate resistance. Also, the radiation intensity and particle energy played a key role in the rate of degradation and structural changes. This study can be used as a scientific framework for designing radiation-resistant materials in the nuclear, space, and radiomedical industries.