رادیو ایزوتوپ

ایزوتوپها با عدد جرمی آنها مشخص می‌شوند. حتی در حالت پایه بسیاری از ایزوتوپها ناپایدارند که ایزوتوپهای ناپایدار را رادیوایزوتوپ میگویند.

رادیو ایزوتوپ را ایزوتوپ‌های ناپایدار گویند. این هسته‌ها می‌توانند به طرق آلفا، بتا، گیراندازی الکترون و... تلاشی انجام داده و به حالتهای پایدارتری از انرژی برسند.

دیدکلی

رادیوایزوتوپها را به عنوان ایزوتوپهای ناپایدار شناختیم. حال این سوال پیش می‌آید که یک رادیوایزوتوپ چگونه می‌تواند به حالت پایدار برسد؟ چه چیزی باعث می‌شود که یک رادیوایزوتوپ پایدار یا رادیواکتیو شود؟ چگونه می‌توان رادیوایزوتوپها را تهیه کرد؟

تاریخچه

در سال 1968 هانری بکرل کشف کرد که اورانیوم ، رادیواکتیو است. اندکی بعد ، رادیوایزوتوپهای موجود در طبیعت از قبیل رادیوم ، پلونیوم کشف شدند. بسیاری از رادیوایزوتوپهای طبیعی دارای نیم عمر طولانی (بزرگتر از 1000 سال) هستند.

حالت پایداری رادیوایزوتوپ

رادیوایزوتوپها با گسیل تابش الکترومغناطیس یا ذرات باردار به سوی پایداری پیش می‌روند. سه فرآیندی که از طریق آنها یک رادیوایزوتوپ سعی می‌کند به پایداری برسد، واپاشی آلفا ، بتا و گاما نامیده می‌شوند.

علت وجود رادیوایزوتوپها

دو نوع نیروی قوی هسته‌ای و الکترومغناطیسی ، پایداری یک هسته را مشخص می‌کند. نیروهای قوی بین یک جفت نوکلئون (مثلا پروتون - پروتون یا نوترون - نوترون) عمل می‌کنند. آنها از نوع نیروی جاذبه هستند. نیروهای الکترومغناطیسی ، تنها بین پروتونها عمل کرده و رانشی هستند. عدم تعادل بین این دو نیرو منجر به ناپایداری و وجود رادیوایزوتوپ می‌شود. رادیوایزوتوپها می‌توانند مثل رادیوم ، پلوتونیوم ، اورانیوم بطور طبیعی وجود داشته باشند و یا به طریق مصنوعی ایجاد شوند. رادیوایزوتوپهای مصنوعی به یکی از 3 روش اساسی زیر تولید می‌شوند.

پرتودهی ایزوتوپهای پایدار در یک راکتور

راکتور هسته‌ای ، چشمه وسیعی از نوترونهای حرارتی است. این نوترونها به راحتی می‌توانند توسط ایزوتوپهای پایدار جذب شوند، که در این صورت ایزوتوپ حاصل دارای یک نوترون اضافی خواهد بود که عدد جرمی آن یک واحد افزایش می‌یابد. ایزوتوپ حاصل ممکن است که رادیواکتیو باشد، یعنی رادیوایزوتوپ داشته باشیم و ممکن است پایدار باشد. معادله می‌تواند به صورت زیر باشد.

AZX+10n→ A+1ZX+γ

که در رابطه فوق AZX ایزوتوپ اولیه با عدد جرمی A و عدد اتمی Z و A+1ZX رادیوایزوتوپ با عدد جرمی A+1 و عدد اتمی Z است که در این رادیوایزوتوپ γ گسیل می‌شود.

پرتودهی ایزوتوپهای پایدار در یک شتابدهنده یا سیکلوترون

شتابدهنده یا سیکلوترون چشمه تعداد زیادی از ذرات باردار پر انرژی در محدوده Meu (مگا الکترون ولت) است که داخل این دستگاه ذره باردار (مثل پروتون ، دوترون هلیوم) به ذره هدف (ایزوتوپ) می‌تابانند و رادیوایزوتوپ تشکیل می‌شود. به فرض برای یک پروتون و هسته sup>AZX> اینگونه می‌توان نوشت.

sup>AZX+11P→> Az+1Y+n

که در آن AZX هسته با عدد جرمی A و عدد اتمی Z و 11P پروتون و AZ+1Y رادیوایزوتوپ حاصله با عدد جرمی A و عدد اتمی Z+1 و n نیز نوترون می‌باشد.

شکافت ایزوتوپهای سنگینتر

از شکافت ایزوتوپهای سنگین تر می‌توان رادیوایزوتوپهای سبکتر تولید کرد. بلا فاصله پس از کشف رادیواکتیویته ، معلوم شد که رادیواکتیو طبیعی از قبیل 22688Ru (رادیوم 226) و 23296Th (توریوم 232) و 21084Po (پلونیوم 210) چشمه‌های با ارزش از ذرات α هستند. واکنشهای این ذرات α ، نوترون تولید می‌کردند. برای بسیاری از هسته‌های سنگین تر (A=200) جذب نوترون به تولید چندین ایزوتوپ با اعداد جرمی ، از مرتبه تقریبا نصف عدد جرمی ایزوتوپ هدف می‌انجامد.

واپاش رادیوایزوتوپ

رادیوایزوتوپ را می‌توان از واپاشی رادیوایزوتوپ سنگین نیز تولید کرد که رادیوایزوتوپ حاصله را رادیوایزوتوپ دختر می‌گویند. در یک سری رادیواکتیو ، رادیوایزوتوپ دختر بطور پیوسته از واپاشی رادیوایزوتوپ مادر تولید و با آهنگ واپاشی خود از بین می‌رود. مثل سری اورانیوم یا سری توریوم که تولید رادیوایزوتوپهای دختر می‌کنند. برای مثال واپاشی روبیدیوم به صورت زیر است.

(پایدار) 81Rb→81Kr→81Kr

مسمومیت رادیوایزوتوپ

در سال 2006 در بریتانیا ، یک شهروند جدید که قبلا عضو سازمان اطلاعات  روسیه بود ، توسط پلونیوم مسموم شده و کشته شده بود. که مرگی طولانی مدت و دردآور است.

پلونیوم دارای 26 ایزوتوپ است ، که همگی رادیو اکتیو هستند. که 250 میلیارد برابر سمی تر از اسید هیدروسیانیک است و در یک اسید رقیق قابل حل است. (این اولین عنصری است که توسط ماری کوری در سال 1898 کشف شد و به نام کشورش یعنی Poland (لهستان) نامگذاری کرد. ایرن ،دختر او، توسط همین پلونیوم در یک حادثه آزمایشگاهی مسموم شد و در سن 59 سالگی با بیماری سرطان خون درگذشت)

پلونیوم-210 محصول یکی مانده به آخر واپاشی U-238 است ، قبل از آنکه با واپاشی آلفا به سرب تبدیل شود(به حالت پایدار برسد). این ناشی از واپاشی بتای Pb-210 (در سری واپاشی U-238 ) به Bi-210 که به سرعت با واپاشی بتا به Po-210 تبدیل می شود. این در هرجای طبیعت که اورانیوم موجود باشد رخ می دهد. به هر حال به خاطر نیمه عمر کوتاهش(138 روز) مقدار کمی Po-210 در اورانیوم وجود دارد (در حدود 0.1mg/tonne ). مقدار Po-210 در خاک حتی کمتر از این مقدار است اما در تنباکو مقدارش بیشتر است و اثرات آن را می توان در ادرار برخی افراد سیگاری مشاهده کرد.

 Po-210 را همچنین بوسیلۀ در معرض تابش نوترون قرار دادن Bi-209 می توان بدست آورد. روسیه از Po-210 بعنوان منبع حرارتی در فضاپیما های با عمر کوتاه و قمرهای مصنوعی استفاده کرده است. همچنین می تواند  راکتورهای با سیستم خنک کنندگی سرب-بیسموت را به کار بیندازد. که در اثر بمباران نوترونی، با Po-210 آلوده شده باشد.

به خاطر نیمه عمر کوتاهش، یک گرم Po-210 حدود 5000 بار رادیواکتیو تر از رادیوم است. اما 138 روز زمان به اندازه کافی طولانیی برای تولید و انتقال و توزیع آن می باشد، پیش از آنکه توانش کم شود. همچنین به حاملش  خطرات چندانی را انتقال نمی دهد، چون اشعه آلفا در داخل بدن خطرناک است و در بیرون از بدن، پوست نیز می تواند از ورود آن جلوگیری کند.

بهر حال، دوز های معمولی در صورتی که از طریق روده جذب بدن نشود و یکی دو روز بیشتر طول نکشد ، اثری بر بدن حامل آن نخواهد داشت. در برخی روش ها مثل TAT که از میزان پایین آلفا استفاده می شود،  باید در یکی از ترکیبات بیولوژیکی بدن حل شده و توسط این ترکیبات به بافت های سرطانی برسد.

در مورد آقای لیتویننکو (جاسوس روسی) شدت ذرات آلفا بسیار بالا بود و مدت سه هفته برای از پا در آوردن او کافی بود. این مقدار صد برابر دوزی است که در TAT است ، همچنین نیمه عمر Po-210 خیلی طولانی تر از موادی است که در TAT استفاده می شود.

آینده برای انرژی اتمی و انرژی اتمی برای ایرانی سبز

پایداری نسل آینده  مستلزم ا ستفاده از انرژی اتمی و فرآورده های جانبی آن می باشد.

سالانه سی وسه میلیون تن از محصولات مختلف کشاورزی توسط دیاستازها،میکروبها  وحشرات ویا درنتیجه بعمل آوردن ناقص ازبین میرود وبا توجه به اینکه منابع تولید غذا در جهان محدود بوده وجمعیت بشر رو به فزونی می باشد استفاده بهینه از ذخایر موجود و حذف عوامل محدود کننده در طی پروسه های تولید مواد غذایی ضروری است و به امید اینکه تا سال 1400 هجری شمسی مقدارمواد غذایی برای تغذیه 200 میلیون نفر را آماده سازیم .

با این حال از هنگامی که شناخت پژوهشگران نسبت به ساختمان عناصر رادیو اکتیوو چگونگی تابش از اینگونه عناصر تکمیل گردید ،فکر استفاده از مواد رادیو اکتیو در راستای حل معضلات وپاسخگویی به شبهات موجود در سایر علوم ،ذهن محققان را به خود مشغول ساخت ودر سال 1964 قرارداد همکاری بین آژانس بین المللی اتمی (IAEA) وسازمان خواروبار وکشاورزی جهانیFAO  به امضا رسید تا از راهبردهای جدید فناوری هسته ای در کنار سایر روش های معمول، جهت ارتقاء دانش کشاورزی  استفاده  گردد و در سال 1368 متعاقب احداث مرکز تحقیقات کشاورزی وپزشکی هسته ای فعالیتهای بخش کشاورزی هسته ای رسما"آغاز گردید  که متاسفانه هنوز فناوری هسته ای درایران جایگاه واقعی خود را در علوم کشاورزی و دیگر علوم نیافته و کاربرد های مفید آن از دید ونظر غالب مردم و کارشناسان مختلف مخفی مانده است که همین پنهان کاری مشکلات عمده ای را درجهت استفاده از این فناوری که حق ذاتی ماایرانیان است بوجود آورده این در حالی است که ما می توانستیم از همان ابتدا بصورت صلح آمیز وبا توافق کشورهای مختلف از این انرژی بی کران و اتمطلا بهره وری لازم را انجام دهیم و بجای اروپائی ها ما سوار بر اسب وآنها پیاده .

ویژگی کاربرد عملی فناوری هسته ای

با توجه به جمعیت رو به رشد کره زمین دستیابی به روش های جدید به منظور افزایش تولید در واحد سطح و کاهش میزا ن ضایعات پس ازتولید ضروری و لازم به نظر می رسد در این راستا ،بکارگیری ایزوتوپها(پایدار و رادیو اکتیو ) در تحقیقات کشاورزی ،افق های تازه ای را برای پژوهشگران نمایان ساخته تا در قالب شاخه های علوم کشاورزی پاسخگوی بسیاری ازمشکلات و مجهولات باشند و فناوری هسته ای ابزار ی دقیق و سریع ودر پاره ای از موارد به عنوان تنها روش در حل معضلات کشاورزی به شمار می رود . که بطور کلی شامل دو فناوری اصلی پرتو دهی و ردیابی می باشد :

-ردیاب

           ۱

اولین استفاده عمده از ایزوتوبهای ردیاب در دهه1954 ودر سیکل های تغذیه گیاهی در سری آزمایشات گلخانه ای و مزرعه ای وبااستفاده از رادیو ایزوتوپ فسفر _32 کارآیی مصرف کودهای فسفری را درمحصولات مختلف  مورد بررسی قرار دادند  پس ازآن با گسترش فناوری هسته ای کاربرد ردیاب های ایزوتوپی از جایگاه ویژه ای در علوم کشاورزی برخوردار گردید  باید توجه نمود که خواص فیزیکی هسته عناصر رادیو اکتیو تعیین کننده ارزش آنها به عنوان ردیاب می باشد . سه خصوصیت عمده ( نیمه عمر ،نوع پرتو وانرژی واپاشی ) انتخاب نوع ردیاب را ممکن می سازد اما مخاطرات جانی و محدودیت زمانی نیمه عمر این مواد ،دو محدودیت کاربرد این دردیاب ها به شمار می روند .که در ردیابی شمارنده های سنیتیلاسیون،گایگر مولر ،چرنگو ،بتا ،گاما 1 وروش اتو رادیو گرافی 2 از جمله روش های اندازه گیری نسبت ایزوتوپی در ایزوتوپهای رادیو اکتیو می باشد .

2-پرتودهی

از هنگامی که هاندی بکرل بطور تصادفی متوجه تاثیر سنگ معدن اورانیوم بر صحفه حساس عکاسی شد وآنرا به اشعه نامرئی نسبت داد تاکنون حقایق بسیاری توسط دانشمندان مشخص گردیده است . نتایج این تحقیقات نشان داد عناصری که دارای هسته های ناپایدارمی باشند برای رسیدن به حالت پایداری ،تجذیه شده وانرژی اضافی رادر قالب امواج الکترومغناطیسی  ( نظیر گاما ،ایکس ،ویا ذراتی مانند آلفا وبتا )ساطع می کنند . امروزه تولید این پرتو ها می تواند بوسیله شتاب دهنده ها،دستگاههای مولد اشعه ایکس ،راکتورها ویا ایزوتوپ های رادیو اکتیوصورت پذیرد .کاربرد عملی این فناوری در علوم کشاورزی نیز همگام با سایرعلوم رو به توسعه نهاده ودر زمینه های مختلف به عنوان ابزاری مناسب و کارآمد ،جایگاه ویژه ای به خود اختصاص داده است .

بعضی از کاربرد های انرژی هسته ای در علوم کشاورزی

1- کاربرد ردیابها در مطالعات روابط خاک،آب و تغذیه گیاه واندازه گیری نوع خاک در سطح وسیع بوسیله کبالت رادیو اکتیو .

2- تولید باران مصنوعی درهر زمان وهر منطقه و کویر ها و صحراها را سر سبز نموده و قابل بهره برداری می شوند .

3- تولید برق فراوان و کاهش هزینه های تولید برق بوسیله آب .

4- ژنتیک پرتوی و کاربرد پرتو تابی درژنتیک و اصلاح نباتات که در نهایت دراثر برخورد پرتو های رادیو اکتیو با سلولهای  گیاهی شکست کروموزومی وموجب جهش زایی می شود .و گیاهان مقاوم به امراض گیاهی ،مقاوم به ورس و پرمحصولی ،زود رسی در گیاهان ،مقاومت به سرما وگرما و غیره را می توان اصلاح وتکثیر کرد.

5- کاربرد ردیاب در تعیین سیکل زندگی علفهای هرز وآفات و تعیین مناسب ترین زمان و طرق مبارزه  با آنها .

6- کاربرد پرتوتابی در نگهداری مواد غذایی بدین صورت که باکتریهای موجود درماده غذایی را توسط پرتو های هسته ای گاما از میان برده و سپس ماده غذا یی را در یک کیسه پلاستیکی پیچیده و میتوان سالها نگهداری کرد .

7- استفاده از پرتو های هسته ای باعث افزایش  فتوسنتز و کارایی آن می شود .

8- ایجاد بهترین شرایط برای جذب بهترین کود ها برای گیاه از طریق رادیو ایزوتوپها و مسیر اتمها را بوسیله کنتورگایگر وغیره ...در گیاه پیدا می نمایند .

9- اصلاح انواع گیاهان زراعی وباغی با عملکرد بالا  در واحد سطح و مقاوم به عوامل نامساعد  محیطی .

10- مقدار پرواز حشرات را می توان بوسیله فسفو رادیو اکتیو خورانده شده به آنها  مشخص کرد .

11- عقیم کردن حشرات نر و بر اندازی نسل آنها با کاربرد پرتو تابی در مبارزه  با آنها .

12- تشخیص مراحل مختلف که یک ماده غذایی در بدن دام می پیماید تا تبدیل به شیر شود .

13- کاربرد پرتوتابی در تشخیص ، پیشگیری و کنترل بیماریهای دام وطیور .

14- بررسی عناصر  مفید در رشد گیاهی با استفاده از رادیو ایزوتوپها .

15- می توان بوسیله پرتو های هسته ای آب اقیانوس ها را گرم کرد که تاثیر فراوانی در سطح خشکی های وسیع  ومقدار بارش  در آن مناطق دارد .

16- کاربرد پرتوتابی  در مدیریت آبیاری و افزایش سطح زیر کشت و آبیاری در آن مناطق بوسیله به کار انداختن تلمبه های آبیاری .

17- پاشش محلولهای خاص در  کویرها و صحراها و چسبانیدن دانه های خاک و شن بیکدیگر و جلوگیری از فرسایش.

18- جلو گیری از جوانه زنی محصولات نگهداری شده مخصوصا"سیب زمینی بوسیله کبالت رادیو اکتیو..

19- استریلیزه کردن کنسرو ها و غیره... ؟

« در پایان می توان گفت انرژی هسته ای با اینکه یکی از منابع وسیع تولید انرژی می باشد و مراکز و تجهیزات توسعه آن در مکان های مشخص و ثابت و دور از مناطق مسکونی قرار دارد وآلودگی و پراکنده گی عمومی ندارد ولی در باطن  کار ،در طول زمان یکی از بخش های آلوده کننده کره زمین از اتمسفر گرفته تا هیدروسفر و ژئوسفر می باشد یعنی از طریق آلودگی آبهای  آشامیدنی با مواد زائد رادیو اکتیو و دیگر اینکه خطرات باران تشعشعی و استرو نسیوم و نفوذ در چرخه غذایی محیط زیست و چرخه های جانبی آن را تحت الشعاع قرار می دهد »