کاربرد انرژی هسته ای در تولید برق، کشاورزی، پزشکی و صنعت

تولید برق | صنعت | آب شناسی | معادن | کشاورزی و تغذیه | پزشکی | هنر | محیط زیست | اکتشافات فضایی | کیهان شناسی

فناوری هسته ای نوعی تکنولوژی مبتنی بر واکنش های هسته ای می باشد که از زمان کشف آن تاکنون دستاوردهای مهمی برای زندگی بشر به همراه داشته که شاید مهم ترین آن ها تولید برق می باشد.

از جمله فناوری های قابل توجه هسته ای می توان به راکتورهای هسته ای، داروهای هسته ای و سلاح های هسته ای اشاره کرد، این تکنولوژی امروزه در زمینه های مختلف صنعتی، آب شناسی، پزشکی، کشاورزی، هوا و فضا و کیهان شناسی وارد شده و سهم بسزایی در رشد و پیشرفت علم ایفا کرده است.

در ادامه با کوکا همراه شوید تا با گوشه ای از کاربردهای فناوری هسته ای در زندگی بشر آشنا شویم.

کاربرد فناوری هسته ای در تولید برق

یکی از مهم ترین کاربردهای انرژی هسته ای تولید برق می باشد که می تواند جایگزین مقرون به صرفه ای برای تولید انرژی برق از سوخت های فسیلی همچون زغال سنگ باشد.

مقدار انرژی تولید شده از سوخت های هسته ای به مراتب بیشتر از سوخت های فسیلی است، جالب است بدانید انرژی که توسط تنها چند کیلوگرم اورانیوم آزاد می شود می تواند با انرژی آزاد شده از چند تن زغال سنگ برابری کند.

از سوی دیگر اثرات منفی سوخت های هسته ای روی محیط زیست نسبت به سوخت های فسیلی بسیار کمتر می باشد.

کاربرد فناوری هسته ای در صنعت

استفاده از ایزوتوپ ها و تشعشات در صنعت مدرن اهمیت زیادی در توسعه و بهبود فرایندهای صنعتی، اندازه گیری، اتوماسیون و کنترل کیفیت دارد. در حال حاضر تقریبا در همه زمینه های فناوری از رادیو ایزوتروپ ها (ایزوتروپ های پرتو افشان) و تشعشات فرم های مختلف استفاده می شود، از جمله:

۱. اشعه ایکس ساختار داخلی قطعات

یک برنامه کنترل کیفیت است که با پرتوهای گاما یا نوترون ها انجام می شود به همین دلیل به آن گاما گرافی یا نوتروگرافی گفته می شود.

این تکنیک روشی غیر مخرب برای کنترل کیفیت جوش خوردن، قطعات فلزی یا سرامیکی و غیره بدون آسیب یا تغییر ترکیب مواد می باشد.

۲. بهبود کیفیت محصولات مشخص

این تکنیک شامل تابش اشعه از منابع قوی به منظور بهبود کیفیت محصولات مشخص می باشد، به عنوان مثال فرایند پلیمریزاسیون با اشعه که برای ساخت پلاستیک و استریل کردن محصولات یک بار مصرف استفاده می شود.

۳. تزریق روی به مایع خنک کننده راکتور هسته ای

این تکنیک نرخ دوز رادیو اکتیو را کاهش داده و در بسیاری از موارد مرحله شروع ترک خوردگی ناشی از خوردگی ایجاد شده از تنش را سبک تر می کند.

کاربرد فناوری هسته ای در آب شناسی

از بین تمام منابع آبی کره زمین تنها ۲.۵ درصد آن ها آب شیرین و بقیه آب شور هستند و برای مدیریت درست این منابع آبی نیاز به دانش کافی در این زمینه و تصمیم گیری های دقیق می باشد.

هیدرولوژی یا آب شناسی ایزوتوپی یک روش هسته ای است که برای ردیابی حرکت آب در چرخه هیدرولوژیکی هم برای ایزوتوپ های پایدار و هم رادیواکتیو استفاده می شود.

از ایزوتوپ ها می توان برای بررسی منابع آب زیرزمینی و تعیین منشا آن ها، بررسی خطر آلودگی آن ها توسط آب شور و این که آیا امکان استفاده از آن به یک شکل پایدار وجود دارد یا خیر استفاده می شود.

کاربرد فناوری هسته ای در معادن

امروزه از لاین های صدای هسته ای برای تعیین وضعیت فیزیکی و شیمیایی زمین مورد نظر استفاده می شود و با کمک آن می توانیم بفهمیم که آیا مکان مورد نظر از شرایط مطلوب و مورد انتظار برای جای دادن مواد معدنی یا سوخت ها برخوردار است یا خیر.

کاربردهای فناوری هسته ای در کشاورزی و تغذیه

۱. بهبود کیفیت مواد غذایی

از انرژی هسته ای از جمله دوز کنترل شده اشعه گاما برای جلوگیری از خراب شدن محصولات بعد از برداشت، افزایش مدت زمان نگهداری آن ها، از بین بردن حشرات و میکروب های بیماری زا و به تاخیر انداختن فرایند رسیدن محصولات استفاده می شود.

این تکنیک نسبت به روش های متداول دیگر انرژی کمتری مصرف کرده و به کاهش استفاده از افزودنی ها و مواد ضد عفونی کننده روی مواد غذایی کمک می کند.

مواد غذایی که به این روش تحت اشعه قرار می گیرند به عنوان مواد غذایی یونیزه شده شناخته شده اند و هیچ گونه مواد رادیو اکتیویته ای از خود ساطع نمی کنند.

۲. کنترل آفت

این تکنیک بر اساس عقیم سازی حشراتی که به عنوان آفت شناخته شده اند عمل می کند، به این صورت که حشرات مورد نظر در مناطق خاص بزرگ می شوند و قبل از تخم گذاری مورد تابش اشعه قرار می گیرند، سپس حشرات استریل شده در مناطق آلوده رها سازی شده و از آن جا که قادر به تولید مثل نیستند جمعیت آفات محصولات کاهش یافته و در نهایت از بین می رود.

۳. امواج صوتی نوترونیک

از این امواج برای سنجش رطوبت استفاده می شود که برای استفاده هر چه بیشتر از منابع آبی محدود بسیار عالی بوده و در برخی موارد تا ۴۰ درصد در مصرف آب صرفه جویی می شود.

کاربردهای فناوری هسته ای در پزشکی

تکنیک های پزشکی هسته ای از بهترین و شناخته شده ترین کاربردهای فناوری هسته ای هستند و روش های تشخیص و درمان بسیار قابل اعتماد و دقیقی ارائه می دهند، از جمله:

۱. رادیو دارویی (تزریق)

امروزه از تزریق ترکیبات شیمیایی رادیو اکتیو برای بررسی فرایند بیولوژیکی یا عملکرد یکی از اندام های بدن استفاده می شود.

در حال حاضر بیش از ۳۰۰ ماده رادیو دارویی برای تشخیص بیماری ها استفاده می شود که بسیاری از آن ها در یک مرکز یا آزمایشگاه هسته ای خاص تولید شده و برخی نیز به دلیل عمر پزشکی کوتاه باید در بیمارستان ساخته شوند.

۲. گاما گرافی (تشخیص)

به محض این که داروی رادیو اکتیو تزریق شود به محل مورد نظر رسیده و پرتوی گاما به آن ناحیه ساطع می شود، سپس با کمک دستگاه های خاص سیگنال دریافتی به کامپیوتر ارسال می شود و تصویری از اندام مورد نظر ایجاد می شود.

این روش، اطلاعات منحصر به فردی درباره عملکرد اندام های مختلف از جمله قلب، غده تیروئید، کلیه ها، کبد و مغز فراهم می کند و به تشخیص طیف گسترده ای از تومورها کمک می کند.

۳. پرتو درمانی (درمان)

نوعی تکنیک پزشکی که از پرتوهای یونیزه و ابزارهای درمانی خاص برای از بین بردن بافت های بدخیم و تومورها استفاده می کند.

این روش به تنهایی یا به همراه سایر روش های درمانی مانند عمل جراحی یا شیمی درمانی مورد استفاده قرار می گیرد، به عنوان مثال در کبالت درمانی از منبع کبالت ۶۰ استفاده می شود.

۴. تشخیص از طریق رادیو ایزوتوپ ها

از جمله رادیو ایزوتوپ هایی که برای تشخیص بیماری ها در اسکن پت استفاده می شود می توان به زیرکونیوم ۸۹، فلوراید ۱۸ و کربن ۱۱ اشاره کرد.

همچنین از کریپتون ۸۱ ام برای به دست آوردن تصاویر عملکرد ریه، از استرانسیوم ۸۹ برای سرطان استخوان و از ید ۱۳۱ برای تشخیص سرطان تیروئید و غیره استفاده می شود.

۵. استریل کردن تجهیزات پزشکی

استریل کردن وسایل و ابزار پزشکی با کمک اشعه فرایند بسیار کارامد و کم هزینه ای محسوب می شود.

۶. آگاهی از فرایندهای بیولوژیکی از طریق ردیاب

اطلاعات ارائه شده توسط مولکول های مشخص شده در مراحل مختلف چرخه سلولی و استفاده از تکنیک های جداسازی تحلیلی، امکان تعیین غلظت بسیار ناچیز آنزیم ها، هورمون ها، داروها، سموم و غیره از طریق تکنیک رادیو ایمونواسی یا RIA را که از ویژگی واکنش های آنتی بادی آنتی ژن استفاده می کند فراهم می سازد.

کاربردهای فناوری هسته ای در هنر

برخی موارد کاربرد فناوری هسته ای در زمینه هنر عبارت است از:

۱. حفاظت از میراث فرهنگی

حفاظت از آثار هنری از دو جهت کار دشواری است: از یک سو این آثار با قرار گرفتن در معرض محیط به تدریج از بین می روند و از سوی دیگر آلوده شدن آن ها به حشراتی همچون زایلوفاژی که از چوب تغذیه می کنند، قارچ ها و غیره به این آثار آسیب می رساند.

برای جلوگیری از این مسئله با یک مونومر (مولکول کوچک) به اثر هنری نفوذ و روی آن اشعه گاما اعمال می کنند که با پلیمریزاسیون (گروه بندی شیمیایی ترکیبات) مقاومت اثر را افزایش داده و همزمان با عقیم سازی، حشرات آلوده کننده را از بین می برند.

۲. تشخیص عمر اثر

برای تعیین عمر آثار هنری همانند روشی که در زمین شناسی و باستان شناسی انجام می شود از تکنیک کربن ۱۴ استفاده می شود. این روش تنها برای سن یابی آثار و اشیای ارگانیک که منشا آن ها موجودات زنده می باشد کاربرد دارد.

در زمان مرگ موجودات زنده ایزوتوپ های کربن شروع به تغییر می کنند، نیمه عمر کربن ۱۴، ۵۷۳۰ سال با ضریب خطای ۴۰ سال است. به عبارت دیگر بعد از مرگ یک موجود زنده ۵۷۳۰ سال زمان می برد تا نیمی از کربن ۱۴ بدنش تغییر حالت داده و به مواد دیگری تبدیل شود.

برای تشخیص عمر یک اثر کافی است مقدار کربن ۱۴ اولیه و مقدار فعلی آن در موجود مورد نظر مشخص شده و با توجه به عدد ثابت ۵۷۳۰ سال سن آن محاسبه شود.

۳. اصالت آثار هنری

از طریق تجزیه و تحلیل های غیر مخرب می توان اطلاعات مربوط به عناصر ریز تشکیل دهنده ماده اصلی را که با توجه به نویسنده و زمان آن متفاوت هستند به دست آورد.

کاربردهای فناوری هسته ای در محیط زیست

از فناوری هسته ای برای تشخیص، تجزیه و تحلیل عوامل آلوده کننده مختلف استفاده می شود، یکی از بهترین تکنیک های شناخته شده در این زمینه آنالیز فعال سازی نوترونی نام دارد.

تکنیک های هسته ای در رفع چند مشکل مربوط به آلودگی محیط زیست از جمله موارد ایجاد شده با دی اکسید گوگرد، زباله های کشاورزی، آلودگی آب و آلودگی های ناشی از زندگی شهر نشینی موفق عمل کرده اند.

کاربردهای فناوری هسته ای در اکتشافات فضایی

یکی از کاربردهای اصلی فناوری هسته ای در پیمایش های فضایی استفاده از باتری های هسته ای است.

پروازهای بدون سرنشین به سیارات خارج از منظومه شمسی در ماموریت های خود از ربات هایی بهره می برند که از الکتریسته تولید شده توسط رادیو ایزوتوپ پلوتونیوم ۲۳۸ با نیمه عمر ۸۷.۷۴ سال استفاده می کنند.

این ایزوتوپ مانند سایر ایزوتوپ های پلوتونیوم شکافت پذیر نیست به همین دلیل تنها از سوخت تابشی اورانیوم به دست می آید.

کاربردهای فناوری هسته ای در کیهان شناسی

کیهان شناسی مدرن دوره زمانی طولانی از ابتدای شکل گیری سنگ ها تا زمان حاضر را شامل می شود.

برای تعیین سن ستارگان از تکنیک های اندازه گیری مبتنی بر جرم، ترکیبات شیمیایی، دما و مقایسه نحوه تغییر آن ها در طول زمان بر اساس نوع ستاره استفاده می شود.

برای تعیین سن سنگ های سن و سال دار از روش رایج سن سنجی اورانیوم – سرب استفاده می شود، زیرکن ها سیلیکات هایی هستند که در سنگ های آذرین یافت می شوند و گاهی اندکی اورانیوم در ساختار بلوری آن ها وارد می کنند. این اورانیوم حاوی اورانیوم ۲۳۸ – با نیمه عمر ۴۵ میلیارد سال – و اورانیوم ۲۳۵ – با نیمه عمر ۷۴۰ میلیون سال – می باشد که در نهایت به یک فرم پایدار سرب تبدیل می شود.

برای سنگ ها و اشیا کم سن تر با منشا انسانی از رادیو ایزوتوپ های دیگر استفاده می شود، یکی از آن ها بر اساس تجزیه پتاسیم – آرگون عمل می کند.

در مورد پیشینه تاریخی بشر نیز که مهم ترین بخش آن یک دوره ۶۰ هزار ساله است از ایزوتوپ های کربن ۱۲ و ۱۴ – با نیمه عمر ۵۷۳۰ سال – استفاده می شود.

منبع: foronuclear