تعدادی از کاربردهای فناوری های هسته ای
اولین نیروگاهی که از گرمای حاصله از شکافت اتمهای اورانیوم برای تولید الکتریسته استفاده کرد، در دهه 1950 بهره برداری شد. امروزه اکثر مردم آگاه از اهمیت سهم انرژی هسته ای در تولید 14% الکتریسیته جهان هستند، بیشتر از کل الکتریسیته جهانی تولید شده در دهه 1960. خیلی از راه های صلح آمیز اتم که بخوبی شناخته نشده اند بطور ساکتی در زندگی ما از قلم افتاده اند، اغلب منتشر نمی شوند و در بعضی موارد به آن بها نمی دهند.
رادیو ایزوتوپ ها و تابش کاربرد زیادی در کشاورزی، پزشکی، صنعت و زمینه های پژوهشی دارند. آنها تا حد زیادی کیفیت زندگی ما را روز به روز بهبود بخشیده اند.
رادیوایزوتوپ چیست؟
ایزوتوپ ها اشکال متفاوتی، با عنصر شیمیایی یکسانی از یک اتم، دارند. آنها خواص شیمیایی یکسان اما جرم اتمی نسبی متفاوتی دارند. درحالی که تعداد پروتون ها یکی است، تعداد نوترون ها در هسته فرق دارند. بعضی از ایزوتوپ ها به "پایدار" و بعضی ها به "ناپایدار" یا "پرتوزا" رجوع داده شده اند.
طبیعت پرتو زایی این اتم های ناپایدار، که به رادیو ایزوتوپ نامیده میشوند، است که به آنها کاربردهای زیادی در علم و فناوری جدید می دهد. پرتو زایی آنها به این معنی است که آنها می توانند به عنوان یک برچسب برای دنبال کردن حرکت بعضی مواد که به آنها الحاق شده اند، مورد استفاده قرار بگیرند.
گئورگ دو هوسی
اولین کاربرد عملی از رادیو ایزوتوپ در سال 1911 توسط گئورک دو هوسی ساخته شده است. در آن زمان دو هوسی یک دانش آموز جوان مجارستانی در منچستر بود که داشت با مواد پرتوزای طبیعی کار میکرد. پول زیادی نداشت و در یک خانه متوسط زندگی میکرد و با صاحبخانه اش غذا می خورد. او به این شک کرد که غذایی که به صورت منظم می خورد شاید از پس مانده غذای روزهای قبل یا حتی هفته قبل باشد، اما نتوانست خودش را قانع کند. تلاش کرد و تردیدش به یقین تبدیل شد. او مقدار کمی از ماده رادیواکتیو را در غذا گذاشت. چند روز بعد وقتی که دوباره همان غذا را داشت می خورد او یک آشکارساز تابشی ساده، یک الکتروسکوپ ]برق نما[ با ورقه طلا، برای بررسی اینکه غذا رادیو اکتیو بوده، استفاده کرد. و فرض او ثابت شد.
تاریخ صاحبخانه را فراموش کرد، اما گئورگ دو هوسی در سال 1943 جایزه نوبل و جایزه صلح اتمی را در سال 1959 برد. اولین کسی بود که از ردیاب های پرتوزا استفاده کرد، حالا در محیط علمی عادی است.
دانشمندان به یافتن راه های جدید و سودمند استفاده از فناوری هسته ای برای بهبود زندگی ما ادامه دادند. در زندگی روزانه ما به غذا، آب و بهداشت خوب نیاز داریم. رادیو ایزوتوپ ها نقش مهمی را در فناوری هایی که این نیازهای اساسی ما را برآورده می کنند، بازی می کنند.
غذا و کشاورزی
حداقل 800 میلیون نفر از 7 میلیارد نفر جمعیت جهان دچار سوء تغذیه شدید هستند، و ده ها هزار نفر روزانه از گرسنگی و موارد موبوط به آن می میرند. رادیوایزوتوپ ها و تابش استفاده شده در غذا و کشاورزی دارد به کاهش این ارقام ناراحت کننده کمک می کند.
همچنین بطور مستقیم بهبود تولید مواد غذایی، کشاورزی به تداوم و پایداری در زمان بیشتری نیاز دارد. سازمان غذا و کشاورزی سازمان ملل متحد (FAO) آژانس بین المللی انرژی اتمی (IAEA) روی برنامه هایی برای بهبود پایداری غذا با استفاده از انرژی هسته ای و فناوری های زیستی وابسته، کار می کنند.
منابع آب
آب آشامیدنی کافی برای زندگی لازم است. در خیلی از نقاط جهان هنوز آب کمیاب است و بعضی جاهای دیگر کمیاب تر است. هنوز برای هر توسعه جدیدی، چه کشاورزی، چه صنعتی یا مسکن انسانی باشد، یک منبع آب سالم ضروری است.
تکنیک های هیدرولوژی ایزوتوپ امکان دقیق ردیابی و اندازه گیری حوزه منابع زیرزمینی را فراهم می کند. چنین تکنیک هایی ابزار تحلیلی مهمی را در مدیریت و حفظ منابع آب موجود و شناسایی منابع جدید و تجدید پذیر آب فراهم می کند. آنها جواب سوالاتی درباره منشا، سن و توزیع آب زیرزمینی، و همچنین ارتباط بین کف و سطح آب و سیستم های تغذیه سفره های آب، را میدهند. نتایج اجازه برنامه ریزی و مدیریت حفظ این منابع آب را میدهند. برای آب های سطحی آنها اطلاعاتی درباره نشت از سدها و کانال های آبیاری، دینامیک دریاچه و مخازن آب، میزان جریان، تخلیه رودخانه و میزان رسوب گذاری می دهند.
شاخص های نوترونی رطوبت خاک را خیلی دقیق اندازه می گیرند، امکان مدیریت بهتر زمین تحت تاثیر واقع شده بوسیله شوری، مخصوصا نسبت به آبیاری، می دهد.
پزشکی
بسیاری از ما از گستردگی استفاده تابش و رادیو ایزوتوپ در پزشکی مخصوصا برای تشخیص(شناسایی) و درمان(معالجه) وضعیت های پزشکی متنوع هستیم. در کشورهای توسعه یافته(یک چهارم از جمعیت جهان) فراوانی تشخیص پزشکی هسته ای 1.9% نفر بر سال، و فراوانی درمان با رادیو ایزوتوپ حدود یک دهم نفر بر سال است.
بیش از 10000 بیمارستان در سرتاسر جهان از رادیو ایزوتوپ ها در پزشکی استفاده می کنند. در امریکا تقریبا 18 میلیون عمل پزشکی هسته ای در سال از 311 میلیون عمل است و در اروپا 10 میلیون از 500 میلیون نفر است. استفاده از رادیو داروها بیش از 10% در سال در حال رشد است.
تشخیص
رادیو داروها یک بخش لازم از درمان تشخیصی است. در ترکیب با وسایل عکس برداری که پرتو های گامایی که از داخل اینها می آیند را ثبت می کنند، آنها می توانند دینامیک فرایند هایی را که در بخش های مختلف بدن انجام می گیرند، مطالعه کنند. یکی از مزیت های تکنیک های هسته ای نسبت به پرتو X این است که هم در استخوان و هم در بافت های نرم به راحتی و با موفقیت می تواند عکس برداری کند.
در استفاده رادیو داروها برای تشخیص، یک دز رادیواکتیو به بیمار داده می شود و فعالیت در آن عضو هم با تصویر دو بعدی و یا با تکنیک خاصی که پرتونگاری مقطعی نامیده می شود، و هم با تصویر سه بعدی مورد مطالعه می تواند قرار بگیرد.
رادیو ایزوتوپی تشخیصی که بطور گسترده استفاده می شود تکنسیوم 99m* است، با نیم عمر 6 ساعت، که به بیمار یک دز تابشی خیلی کم می دهد. چنین ایزوتوپ هایی برای ردیابی خیلی از فرایندهای بدنی با کمترین ناراحتی برای بیمار، ایده آل هستند. آنها بطور گسترده برای شناسایی تومورها و و مطالعه قلب، شش، مرض کبد، کلیه، گردش و حجم خون، و ساختار استخوان استفاده شده اند. ژنراتورهای تکنسیوم، یک محفظه سربی است که لوله ای شیشه ای محتوی رادیوایزوتوپ را پوشانده است، از راکتورهای هسته ای جایی که رادیوایزوتوپ ها ساخته می شوند، تهیه شده اند. آنها حاوی مولیبدنیوم 99، با نیم عمر 66 ساعت، که بتدریج به تکنسیوم 99 واپاشیده می شود، است. وقتی نیاز می شود Tc-99 از محفظه سربی بوسیله محلول نمک شسته می شود. بعد از دو هفته یا کمتر ژنراتور برای تغذیه برگشت داده می شود.
تکنسیوم (Tc-99) در سال در بیش از 30 میلیون عمل تشخیصی بکار برده می شود، که 7-6 میلیون آن در اروپا، 15 میلیون در آمریکای شمالی، 8-6 در آسیا/ اقیانوسیه (مخصوصا در ژاپن) ، و 0.5 میلیون دیگر در دیگر نقاط جهان. شیمی تکنسیوم همه کاره است، می تواند از ردیاب ها بوسیله ترکیب با محدوده ای از مواد فعال-زیستی تا اینکه اطمینان حاصل شود در بافت یا عضو دلخواه جمع می شود، استفاده کرد.
یکی دیگر ازکاربردهای مهم رادیوایزوتوپ ها برای تشخیص سنجش ایمنی رادیو(radio-immuno-assays) برای تحلیل زیست شیمی در آزمایشگاه است. آنها برای اندازه گیری غلظت های خیلی کم هورمون ها، آنزیم ها، ویروس تورم کبد، بعضی داروها و طیفی از مواد در یک نمونه خون بیماراستفاده می شوند. بیمار هرگز از رادیوایزوتوپ هایی که برای تست تشخیص استفاده می شود ناراحت نمی شود. در آمریکا به تنهایی تخمین زده می شود که تقریبا 40 میلیون از این نوع آزمایش ها در سال انجام می شود، و در اروپا حدود 15 میلیون.
ترجمه و گردآوری: مجید میرزایی
http://reactorphysics.blogfa.com
اولین نیروگاهی که از گرمای حاصله از شکافت اتمهای اورانیوم برای تولید الکتریسته استفاده کرد، در دهه 1950 بهره برداری شد. امروزه اکثر مردم آگاه از اهمیت سهم انرژی هسته ای در تولید 14% الکتریسیته جهان هستند، بیشتر از کل الکتریسیته جهانی تولید شده در دهه 1960. خیلی از راه های صلح آمیز اتم که بخوبی شناخته نشده اند بطور ساکتی در زندگی ما از قلم افتاده اند، اغلب منتشر نمی شوند و در بعضی موارد به آن بها نمی دهند.
رادیو ایزوتوپ ها و تابش کاربرد زیادی در کشاورزی، پزشکی، صنعت و زمینه های پژوهشی دارند. آنها تا حد زیادی کیفیت زندگی ما را روز به روز بهبود بخشیده اند.
رادیوایزوتوپ چیست؟
ایزوتوپ ها اشکال متفاوتی، با عنصر شیمیایی یکسانی از یک اتم، دارند. آنها خواص شیمیایی یکسان اما جرم اتمی نسبی متفاوتی دارند. درحالی که تعداد پروتون ها یکی است، تعداد نوترون ها در هسته فرق دارند. بعضی از ایزوتوپ ها به "پایدار" و بعضی ها به "ناپایدار" یا "پرتوزا" رجوع داده شده اند.
طبیعت پرتو زایی این اتم های ناپایدار، که به رادیو ایزوتوپ نامیده میشوند، است که به آنها کاربردهای زیادی در علم و فناوری جدید می دهد. پرتو زایی آنها به این معنی است که آنها می توانند به عنوان یک برچسب برای دنبال کردن حرکت بعضی مواد که به آنها الحاق شده اند، مورد استفاده قرار بگیرند.
گئورگ دو هوسی
اولین کاربرد عملی از رادیو ایزوتوپ در سال 1911 توسط گئورک دو هوسی ساخته شده است. در آن زمان دو هوسی یک دانش آموز جوان مجارستانی در منچستر بود که داشت با مواد پرتوزای طبیعی کار میکرد. پول زیادی نداشت و در یک خانه متوسط زندگی میکرد و با صاحبخانه اش غذا می خورد. او به این شک کرد که غذایی که به صورت منظم می خورد شاید از پس مانده غذای روزهای قبل یا حتی هفته قبل باشد، اما نتوانست خودش را قانع کند. تلاش کرد و تردیدش به یقین تبدیل شد. او مقدار کمی از ماده رادیواکتیو را در غذا گذاشت. چند روز بعد وقتی که دوباره همان غذا را داشت می خورد او یک آشکارساز تابشی ساده، یک الکتروسکوپ ]برق نما[ با ورقه طلا، برای بررسی اینکه غذا رادیو اکتیو بوده، استفاده کرد. و فرض او ثابت شد.
تاریخ صاحبخانه را فراموش کرد، اما گئورگ دو هوسی در سال 1943 جایزه نوبل و جایزه صلح اتمی را در سال 1959 برد. اولین کسی بود که از ردیاب های پرتوزا استفاده کرد، حالا در محیط علمی عادی است.
دانشمندان به یافتن راه های جدید و سودمند استفاده از فناوری هسته ای برای بهبود زندگی ما ادامه دادند. در زندگی روزانه ما به غذا، آب و بهداشت خوب نیاز داریم. رادیو ایزوتوپ ها نقش مهمی را در فناوری هایی که این نیازهای اساسی ما را برآورده می کنند، بازی می کنند.
غذا و کشاورزی
حداقل 800 میلیون نفر از 7 میلیارد نفر جمعیت جهان دچار سوء تغذیه شدید هستند، و ده ها هزار نفر روزانه از گرسنگی و موارد موبوط به آن می میرند. رادیوایزوتوپ ها و تابش استفاده شده در غذا و کشاورزی دارد به کاهش این ارقام ناراحت کننده کمک می کند.
همچنین بطور مستقیم بهبود تولید مواد غذایی، کشاورزی به تداوم و پایداری در زمان بیشتری نیاز دارد. سازمان غذا و کشاورزی سازمان ملل متحد (FAO) آژانس بین المللی انرژی اتمی (IAEA) روی برنامه هایی برای بهبود پایداری غذا با استفاده از انرژی هسته ای و فناوری های زیستی وابسته، کار می کنند.
منابع آب
آب آشامیدنی کافی برای زندگی لازم است. در خیلی از نقاط جهان هنوز آب کمیاب است و بعضی جاهای دیگر کمیاب تر است. هنوز برای هر توسعه جدیدی، چه کشاورزی، چه صنعتی یا مسکن انسانی باشد، یک منبع آب سالم ضروری است.
تکنیک های هیدرولوژی ایزوتوپ امکان دقیق ردیابی و اندازه گیری حوزه منابع زیرزمینی را فراهم می کند. چنین تکنیک هایی ابزار تحلیلی مهمی را در مدیریت و حفظ منابع آب موجود و شناسایی منابع جدید و تجدید پذیر آب فراهم می کند. آنها جواب سوالاتی درباره منشا، سن و توزیع آب زیرزمینی، و همچنین ارتباط بین کف و سطح آب و سیستم های تغذیه سفره های آب، را میدهند. نتایج اجازه برنامه ریزی و مدیریت حفظ این منابع آب را میدهند. برای آب های سطحی آنها اطلاعاتی درباره نشت از سدها و کانال های آبیاری، دینامیک دریاچه و مخازن آب، میزان جریان، تخلیه رودخانه و میزان رسوب گذاری می دهند.
شاخص های نوترونی رطوبت خاک را خیلی دقیق اندازه می گیرند، امکان مدیریت بهتر زمین تحت تاثیر واقع شده بوسیله شوری، مخصوصا نسبت به آبیاری، می دهد.
پزشکی
بسیاری از ما از گستردگی استفاده تابش و رادیو ایزوتوپ در پزشکی مخصوصا برای تشخیص(شناسایی) و درمان(معالجه) وضعیت های پزشکی متنوع هستیم. در کشورهای توسعه یافته(یک چهارم از جمعیت جهان) فراوانی تشخیص پزشکی هسته ای 1.9% نفر بر سال، و فراوانی درمان با رادیو ایزوتوپ حدود یک دهم نفر بر سال است.
بیش از 10000 بیمارستان در سرتاسر جهان از رادیو ایزوتوپ ها در پزشکی استفاده می کنند. در امریکا تقریبا 18 میلیون عمل پزشکی هسته ای در سال از 311 میلیون عمل است و در اروپا 10 میلیون از 500 میلیون نفر است. استفاده از رادیو داروها بیش از 10% در سال در حال رشد است.
تشخیص
رادیو داروها یک بخش لازم از درمان تشخیصی است. در ترکیب با وسایل عکس برداری که پرتو های گامایی که از داخل اینها می آیند را ثبت می کنند، آنها می توانند دینامیک فرایند هایی را که در بخش های مختلف بدن انجام می گیرند، مطالعه کنند. یکی از مزیت های تکنیک های هسته ای نسبت به پرتو X این است که هم در استخوان و هم در بافت های نرم به راحتی و با موفقیت می تواند عکس برداری کند.
در استفاده رادیو داروها برای تشخیص، یک دز رادیواکتیو به بیمار داده می شود و فعالیت در آن عضو هم با تصویر دو بعدی و یا با تکنیک خاصی که پرتونگاری مقطعی نامیده می شود، و هم با تصویر سه بعدی مورد مطالعه می تواند قرار بگیرد.
رادیو ایزوتوپی تشخیصی که بطور گسترده استفاده می شود تکنسیوم 99m* است، با نیم عمر 6 ساعت، که به بیمار یک دز تابشی خیلی کم می دهد. چنین ایزوتوپ هایی برای ردیابی خیلی از فرایندهای بدنی با کمترین ناراحتی برای بیمار، ایده آل هستند. آنها بطور گسترده برای شناسایی تومورها و و مطالعه قلب، شش، مرض کبد، کلیه، گردش و حجم خون، و ساختار استخوان استفاده شده اند. ژنراتورهای تکنسیوم، یک محفظه سربی است که لوله ای شیشه ای محتوی رادیوایزوتوپ را پوشانده است، از راکتورهای هسته ای جایی که رادیوایزوتوپ ها ساخته می شوند، تهیه شده اند. آنها حاوی مولیبدنیوم 99، با نیم عمر 66 ساعت، که بتدریج به تکنسیوم 99 واپاشیده می شود، است. وقتی نیاز می شود Tc-99 از محفظه سربی بوسیله محلول نمک شسته می شود. بعد از دو هفته یا کمتر ژنراتور برای تغذیه برگشت داده می شود.
تکنسیوم (Tc-99) در سال در بیش از 30 میلیون عمل تشخیصی بکار برده می شود، که 7-6 میلیون آن در اروپا، 15 میلیون در آمریکای شمالی، 8-6 در آسیا/ اقیانوسیه (مخصوصا در ژاپن) ، و 0.5 میلیون دیگر در دیگر نقاط جهان. شیمی تکنسیوم همه کاره است، می تواند از ردیاب ها بوسیله ترکیب با محدوده ای از مواد فعال-زیستی تا اینکه اطمینان حاصل شود در بافت یا عضو دلخواه جمع می شود، استفاده کرد.
یکی دیگر ازکاربردهای مهم رادیوایزوتوپ ها برای تشخیص سنجش ایمنی رادیو(radio-immuno-assays) برای تحلیل زیست شیمی در آزمایشگاه است. آنها برای اندازه گیری غلظت های خیلی کم هورمون ها، آنزیم ها، ویروس تورم کبد، بعضی داروها و طیفی از مواد در یک نمونه خون بیماراستفاده می شوند. بیمار هرگز از رادیوایزوتوپ هایی که برای تست تشخیص استفاده می شود ناراحت نمی شود. در آمریکا به تنهایی تخمین زده می شود که تقریبا 40 میلیون از این نوع آزمایش ها در سال انجام می شود، و در اروپا حدود 15 میلیون.
ترجمه و گردآوری: مجید میرزایی
http://reactorphysics.blogfa.com