آشنایی با بعضی از كاربردهای انرژی هسته ای

استفاده از انرژی هسته ای، یكی از اقتصادی ترین شیوه ها در دنیای صنعتی است و گستره عظیمی از كاربردهای مختلف، شامل تولید برق هسته ای، تشخیص و درمان بسیاری از بیماریها، كشاورزی و دامداری، كشف منابع آب و … را در بر می گیرد.

انرژی هسته ای در مجموع، مانند یكی از انرژی های موجود در جهان مثل انرژی بادی، آبی، گاز و نفت و … است، اما در مقایسه با آنها جزو انرژی های پایان ناپذیر شمرده می شود، كه از نظر میزان تولید انرژی پاسخگوی نیازهای بشر خواهد بود. یعنی انرژی حاصل از تبدیل ماده به انرژی برابر است با جرم ماده ضرب در سرعت نور به توان ۲ كه نشان دهنده انرژی زیاد حاصل از تبدیل مقدار كمی ماده به انرژی است.

انرژی هسته ای كاربردهای متعددی دارد كه در یك تقسیم بندی كلی میتوان آن را به نظامی و غیرنظامی یا صلح جویانه تقسیم كرد. تولید برق، یكی از نیازهای روزمره و فوق العاده تأثیر گذار بر زندگی مردم است كه اگر با صرفه اقتصادی بیشتر و آلودگی هرچه كمتر زیست محیطی همراه باشد به یقین خواهد توانست در اقتصاد كشور نقش بسزایی ایفا كند. انرژی هسته ای كه از این دو شاخصه مهم برخوردار است، می تواند در این زمینه به كمك نیروگاه ها آمده و جهان را از بحران محدودیت منابع فسیلی رهایی بخشد. به همین دلیل، نیروگاه برق اتمی، اقتصادی ترین نیروگاهی است كه امروزه در دنیا احداث می شود.

یكی از روشهای تشخیصی و درمانی ارزشمند در طب، پزشكی هسته ای است كه در آن از ایزوتوپهای رادیو اكتیو (رادیو ایزوتوپ) برای پیشگیری، تشخیص و درمان بیماریها استفاده می شود. گفتنی است از رادیو ایزوتوپ ها ۶۰ سال است كه برای شناسایی و درمان بیماریها استفاده می شود. با كشف شیوه های درمانی بیشتر و پیشرفت این راهها استفاده از رادیو ایزوتوپ هم گسترده تر شده است.

پرتودهی مواد غذایی، عبارت است از قرار دادن ماده غذایی در مقابل مقدار مشخصی پرتو گاما، به منظور جلوگیری از جوانه زنی بعضی محصولات غذایی مانند پیاز و سیب زمینی و همچنین كنترل آفات انباری، كاهش بار میكربی و قارچی بعضی از محصولات مانند زعفران و ادویه و تأخیر در رسیدن بعضی میوه ها به منظور افزایش زمان نگهداری آنها ….. در بخش كودها مطالعات مربوط به تغذیه گیاهی نیز از این روش استفاده می شود مانند نحوه جذب كودها و عناصر و … .
با استفاده از تكنیك پرتوتابی هسته ای می توان تغییرات ژنتیكی مورد نظر را برای اصلاح محصول در توده های گیاهی به كار برد. برای نمونه كشور پاكستان كه بیابان های وسیع و زمین های بایر فراوانی دارد، از راه كشاورزی هسته ای، ارقام پرمحصولی از گیاهان را در همین مناطق پرورش داده است.

نقش تكنیك های هسته ای در پیشگیری، كنترل و تشخیص بیماریهای دامی، نقش تكنیك های هسته ای در تولید مثل دام، نقش تكنیك های هسته ای در تغذیه دام، نقش تكنیك های هسته ای در اصلاح نژاد دام، نقش تكنیك های هسته ای در بهداشت و ایمنی محصولات دامی و خوراك دام.

كاربرد تكنیك های هسته ای در مدیریت منابع آب همان بهبود دسترسی به منابع آب جهان، یكی از زمینه های بسیار مهم توسعه شناخته شده است. بیش از یك ششم جمعیت جهان در مناطقی زندگی می كنند كه دسترسی مناسب به آب آشامیدنی بهداشتی ندارند. تكنیك های هسته ای برای شناسایی حوزه های آبخیز زیرزمینی، هدایت آبهای سطحی و زیرزمینی، كشف و كنترل آلودگی و كنترل نشت و ایمنی سدها به كار می رود. از این تكنیك ها، برای شیرین كردن آب شور و آب دریا نیز استفاده می شود.

نمونه هایی برای طرح كاربرد انرژی هسته ای در بخش صنعت عبارتند از: تهیه و تولید چشمه های پرتوزایی كبالت برای مصارف صنعتی، تولید چشمه های ایریدیم برای كاربردهای صنعتی و بررسی جوشكاری در لوله های نفت و گاز، تولید چشمه های پرتوزا برای كاربردهای مختلف در علوم و صنعت از قبیل طراحی و ساخت انواع سیستم های هسته ای برای كاربردهای صنعتی مانند سیستم های سطح سنجی، ضخامت سنجی، چگالی سنجی و نظایر آن، اندازه گیری زغال سنگ، بررسی كوره های مذاب شیشه سازی برای تعیین اشكالات آنها، نشت یابی در لوله های انتقال نفت با استفاده از تكنیك هسته ای و … .

انرژی هسته ای و کاربرد آن در کشاورزی
در تامین غذا برای چنین جمعیت در حال رشدی، كشت گیاهان زراعتی گندم(گیاه تك لپه) و لوبیا (گیاه دو لپه) به دلیل دارابودن ارزش غذایی بالا اهمیت ویژه أی پید كرده است.

● اثر مقادیر مختلف پرتو گاما بر روی رشد و نمو گیاه تك لپه گندم و دو لپه لوبیا
افزایش روز افزون جمعیت بشری یكی از معضلات دنیای متمدن امروزی است كه خود مشكلات جدیدی از جمله كمبود مواد غذایی در اكثر نقاط جهان و بخصوص كشورهای در حال توسعه به همراه داشته است.

در تامین غذا برای چنین جمعیت در حال رشدی، كشت گیاهان زراعتی گندم(گیاه تك لپه) و لوبیا (گیاه دو لپه) به دلیل دارابودن ارزش غذایی بالا اهمیت ویژه أی پید كرده است. در این تحقیق با استفاده از تیمار بذرهای گندم(رقم مهدوی) و لوبیا (رقم لوبیا سفید دانشكده) و مقادیر مختلف پرتو گاما (صفر، ۵۰، ۱۰۰، ۱۵۰، ۲۰۰، ۲۵۰، ۳۰۰، ۳۵۰، ۴۰۰ گری) تغییرات مورفولوژیكی و برخی از پارمترهای رشد (ارتفاع گیاه، سطح برگ، تعداد برگ، وزن تر و خشك اندام هوایی، وزن

خاكستر اندام هوایی، مقدار خاكستر اندام هوایی، خاكستر اندام هوایی، مقدار فسفر و پتاسیم گیاه، تعداد سنبله و تعداد دانه در هر گیاه، وزن دانه، درصد جوانه زنی و رشد بذر) مطالعه گردید. برای هر تیمار مذكور سه تكرار در نظر گرفته شد و در هر تكرار(هرگلدان) پانزده بذر كاشته شد. قبل از اعمال هر تیمار بذرها به دو گروه خشك و مرطوب تقسیم بندی شدند. میزان رطوبت در بذرهای گندم بین ۱۴-۱۲ درصد و در لوبیا بین ۵/۱۳-۱۳ درصد در نظر گرفته شد. شرایط كاشت و آبیاری در هر یك از ارقام مورد آزمایش یكسان در نظر گرفته شد.

پس از رشد گیاهان نسل والد و تولید خوشه (در گندم) و لگوم(در لوبیا) بذرهای حاصل از آنها بدون اینكه عملیات پرتوتابی راپشت سر بگذارند، در شرایطی همانند والدین كاشته شدند. در گیاهان نسل M۱ نیز تغییرات مورفولوژیكی و برخی از پارامترهای رشد بررسی گردید.

در تمام صفات مورد مطالعه با افزایش مقدار پر تو، پارامترهای رشد كاهش می یابد. به نظر می رسد كه در مقادیر بالا پرتو شدت نقص های كروموزومی و فیزیولوژیكی بیشتر شده باشد. از جمله تغییرات مورفولوژیكی در گندم باریك شدن برگها و كوتاه شدن میانگره ها رامی توان ذكر كرد كه در مقادیر ۱۵۰ و ۳۰۰ گری پرتو گاما در نسلهای M و M۱مشاهده می شود. این تغییرات در گیاهان حاصل از بذرهای مرطوب لوبیا به صورت تقسیم لپه به سه یا چهار قسمت با اندازه نامساوی، تغییر شكل برگی، رشد نامتعادل پهنك و كلروز برگی در مقادیر ۲۵۰ تا ۳۰۰ گری در گیاهان حاصل از بذرهای خشك در مقادیر ۵۰ گری پرتو گاما نمایان است.

مطالعه پارامترهای رشد در گیاهان نسل M گندم و لوبیا نشان می دهد كه مقادیر ۱۰۰ و ۱۵۰ گری پرتو گاما موجب افزایش عملكرد گیاه می گردد. مطالعه پارامترهای رشد در گیاهان M۱ و مقایسه آن با نسل M نشان داد كه از نظر درصد رشد، سطح برگ، تعداد برگ تفاوتی بین نسلها وجود ندارد. در حالیكه ارتفاع گیاهان حاصل از بذرهای مرطوب در نسل M در مقادیر بالاتر از ۱۵۰ گری و در نسل M۱ در مقادیر بالاتر از ۲۰۰ گری كاهش معنی داری راو نسبت به شاهد نشان می دهد. همچنین وزن تر اندام هوایی در گیاهان حاصل از بذرهای مرطوب در نسل M در مقادیر ۲۰۰ گری و در نسل M۱در مقادیر ۱۰۰ و ۲۰۰ گری افزایش معنی داری در مقایسه با شاهد نشان می دهد.

وزن خشك اندام هوایی در گیاهان نسل M۱ در مقایسه با نسل M كاهش داشت ولی در مقدار ۳۰۰ گری پرتو گاما استثنائاً افزایش چشمگیری رانشان داد . به نظر می رسد كه وقوع موتاسیون چنین تغییری راموجب شده است. البته اثبات صحت و یا سقم فرضیه فوق نیاز به مطالعات بیشتر در نسلهای بعدی دارد، مقایسه نتایج حاصل از گیاهان نسل M و M۱ لوبیا نشان می دهد كه در دو نسل درصد رشد، سطح برگ، ارتفاع گیاه و وزن خشك از یك روند مشابهی تبعیت می كند. در گیاهان نسل M وزن تر اندام هوایی در مقادیر بالاتر از ۱۵۰ گری كاهش معنی داری در مقایسه با شاهد دارد در حالیكه در مقادیر ۵۰ تا ۱۵۰ گری تعداد برگ نسبت به شاهد افزایش معنی داری رادارد.
در حالیكه در نسل M۱ وزن تر اندام هوایی در مقادیر بالاتر از ۱۰۰ گری كاهش معنی داری نسبت به شاهد داشته در حالیكه تعداد برگ در مقدار مذكور افزایش معنی داری رادر مقایسه با شاهد.

کاربردهای دیگر انرژی هسته ای
انرژی هسته ای کاربردهای زیادی در پزشکی در علوم و صنعت و کشاورزی و… دارد. لازم به ذکر است انرژی هسته ای به تمامی انرژی های دیگر قابل تبدیل است .

انرژی هسته ای کاربردهای زیادی در پزشکی در علوم و صنعت و کشاورزی و… دارد. لازم به ذکر است انرژی هسته ای به تمامی انرژی های دیگر قابل تبدیل است ولی هیچ انرژی به انرژی هسته ای تبدیل نمی شود .
موارد زیادی از کاربردهای انرژی هسته ای در زیر آورده می شود .

▪ نیروگاه هسته ای:
نیروگاه هسته ای (Nuclear Power Station) یک نیروگاه الکتریکی که از انرژی تولیدی شکست هسته اتم اورانیوم یا پلوتونیم استفاده می کند. اولین جایگاه از این نوع در ۲۷ ژوئن سال ۱۹۵۸ در شوروی سابق ساخته شد. که قدرت آن ۵۰۰۰ کیلو وات است. چون شکست سوخت هسته ای اساساً گرما تولید می کند از گرمای تولید شده رآکتور های هسته ای برای تولید بخار استفاده می شود از بخار تولید شده برای به حرکت در آوردن توربین ها و ژنراتور ها که نهایتاً برای تولید برق استفاده می شود .
▪ بمب های هسته ای:

این نوع بمب ها تا حالا قویترین بمبهای و مخربترین های جهان محسوب می شود. دارندگان این نوع بمبهاجزو قدرت های هسته ای جهان محسوب می شود .
▪ پیل برق هسته ای Nuclear Electric battery:
پیل هسته ای یا اتمی دستگاه تبدیل کننده انرژی اتمی به جریان برق مستقیم است ساده ترین پیل ها شامل دو صفحه است. یک پخش کننده بتای خالص مثل استرنیوم ۹۰ و یک هادی مثل سیلسیوم.

جریان الکترون های سریعی که بوسیله استرنیوم منتشر می شود ازمیان نیم هادی عبور کرده و در حین عبور تعداد زیادی الکترون اضافی را از نیم هادی جدامی کند که در هر حال صدها هزار مرتبه زیادتر از جریان الکتریکی حاصل از ایزوتوپ رادیواکتیو استرنیوم ۹۰ می باشد .
▪ کاربردهای پزشکی:

در پزشکی تشعشعات هسته ای کاربردهای زیادی دارند که اهم آنها عبارتند از:
ـ رادیو گرافی
ـ گامااسکن
ـ استرلیزه کردن هسته ای و میکروب زدایی وسایل پزشکی با پرتو های
ـ هسته ای
ـ رادیو بیولوژی

ـ عکس رادیو گرافی
▪ کاربردهای کشاورزی:
تشعشعات هسته ای کاربرد های زیادی در کشاورزی دارد که مهم ترین آنها عبارتست از:
ـ موتاسیون(جهش) هسته ای ژن ها در کشاورزی

ـ کنترل حشرات با تشعشعات هسته ای
ـ جلوگیری از جوانه زدن سیب زمینی با اشعه گاما
ـ انبار کردن میوه ها

ـ دیرینه شناسی (باستان شناسی) و صخره شناسی (زمین شناسی) که عمر یابی صخره ها با C۱۴ در باستان شناسی خیلی مشهور است.
▪ کاربردهای صنعتی:
در صنعت کاربردها ی زیادی دارد از جمله مهمترین آنها عبارتند از:
ـ نشت یابی با اشعه

ـ دبی سنجی پرتویی
ـ (سنجش شدت تشعشعات ، نور و فیزیک امواج)

ـ سنجش پرتویی میزان سائیدگی قطعات در حین کار
ـ سنجش پرتویی میزان خوردگی قطعات
ـ چگالی سنج موادمعدنی با اشعه
ـ کشف عناصر نایاب در معادن
نیروگاه هسته ای:

نیروگاه هسته ای (Nuclear Power Station) یک نیروگاه الکتریکی که از انرژی تولیدی شکست هسته اتم اورانیوم یا پلوتونیم استفاده می کند. اولین جایگاه از این نوع در ۲۷ ژوئن سال ۱۹۵۸ در شوروی سابق ساخته شد. که قدرت آن ۵۰۰۰ کیلو وات است. چون شکست سوخت هسته ای اساساً گرما تولید می کند از گرمای تولید شده رآکتور های هسته ای برای تولید بخار استفاده می شود از بخار تولید شده برای به حرکت در آوردن توربین ها و ژنراتور ها که نهایتاً برای تولید برق استفاده می شود .

بمب های هسته ای:
این نوع بمب ها تا حالا قویترین بمبهای و مخربترین های جهان محسوب می شود. دارندگان این نوع بمبهاجزو قدرت های هسته ای جهان محسوب می شود .
پیل برق هسته ای Nuelear Electric battery:

پیل هسته ای یا اتمی دستگاه تبدیل کننده انرژی اتمی به جریان برق مستقیم است ساده ترین پیل ها شامل دو صفحه است. یک پخش کننده بتای خالص مثل استرنیوم ۹۰ و یک هادی مثل سیلسیوم.

جریان الکترون های سریعی که بوسیله استرنیوم منتشر می شود ازمیان نیم هادی عبور کرده و در حین عبور تعداد زیادی الکترون ها اضافی را از نیم هادی جدا می‌کند که در هر حال صدها هزار مرتبه زیادتر از جریان الکتریکی حاصل از ایزوتوپ رادیواکتیو استرنیوم ۹۰ می باشد .
کاربردهای پزشکی:

در پزشکی تشعشعات هسته ای کاربردهای زیادی دارند که اهم آنها عبارتند از:
• رادیو گرافی
• گامااسکن
• استرلیزه کردن هسته ای و میکروب زدایی وسایل پزشکی با پرتو های هسته ای
• رادیو بیولوژی

کاربرد انرژی هسته ای در بخش دامپزشکی و دامپروری :
تکنیکهای هسته ای در حوزه دامپزشکی موارد مصرفی چون تشخیص و درمان بیماریهای دامی ، تولید مثل دام ، اصلاح نژاد و دام ، تغذیه ، بهداشت و ایمن سازی محصولات دامی و خوراک دام دارد.

کاربرد انرژی هسته ای در دسترسی به منابع آب :
تکنیکهای هسته ای برای شناسایی حوزه های آب زیر زمینی هدایت آبهای سطحی و زیر زمینی ، کشف و کنترل نشت و ایمنی سدها مورد استفاده قرار میگیرد. در شیرین کردن آبهای شور نیز انرژی هستهای کاربرد دارد.

کاربردهای کشاورزی:
تشعشعات هسته ای کاربرد های زیادی در کشاورزی دارد که مهم ترین آنها عبارتست از:
• موتاسیون هسته ای ژن ها در کشاورزی
• کنترل حشرات با تشعشعات هسته ای

• جلوگیری از جوانه زدن سیب زمینی با اشعه گاما
• انبار کردن میوه ها
• دیرینه شناسی )باستان شناسی) و صخره شناسی )زمین شناسی) که عمر یابی صخره ها با C14 در باستان شناسی خیلی مشهور است.
کاربردهای صنعتی:
در صنعت کاربردها ی زیادی دارد از جمله مهمترین آنها عبارتند از:
• نشت یابی با اشعه
• دبی سنجی پرتویی(سنجش شدت تشعشعات ، نور و فیزیک امواج)
• سنجش پرتویی میزان سائیدگی قطعات در حین کار
• سنجش پرتویی میزان خوردگی قطعات
• چگالی سنج موادمعدنی با اشعه
• کشف عناصر نایاب در معادن

تکنیکهای هسته ای بر کشف مینهای ضد نفر نیز کاربرد دارد. بنابرین ، دانش هسته ای با این قدرت و وسعتی که دارد، هر روز بر دامنه استفاده از فناوری هسته ای و بویژه انرژی هسته ای افزوده می شود. کاربرد انرژی در بخشهای مختلف به گونه ای است که اگر کشوری فناوری هسته ای را نهادینه نماید، در بسیاری از حوزه‌های علمی و صنعتی ، ارتقای پیدا می کند و مسیر توسعه را با سرعت طی می نماید.
انرژی هسته ای در پزشکی هسته ای و امور بهداشتی:

در کشورهای پیشرفته صنعتی ، از انرژی هسته ای به صورت گسترده در پزشکی استفاده می گردد. با توجه به شیوع برخی از بیماریها از جمله سرطان ، ضرورت تقویت طب هسته ای در کشورهای در حال توسعه ، هر روز بیشتر می شود. موارد زیر از مصادیق تکنیکهای هسته ای در علم پزشکی است:
تهیه و تولید کیتهای رادیو دارویی جهت مراکز پزشکی هسته ای
تهیه و تولید رادیو دارویی جهت تشخیص بیماری تیرویید و درمان آنها

تهیه و تولید کیتهای هورمونی
تشخیص و درمان سرطان پروستات

تشخیص سرطان کولون ، روده کوچک و برخی سرطانهای سینه
تشخیص تومورهای سرطانی و بررسی تومورهای مغزی ، سینه و ناراحتی وریدی
تصویر برداری بیماریهای قلبی ، تشخیص عفونتها و التهاب مفصلی ، آمبولی و لختههای وریدی
موارد دیگری چون تشخیص کم خونی ، کنترل رادیو داروهای خوراکی و تزریقی و …