۱۰ کاربرد متنوع فناوری هسته‌ای در زندگی روزمره/ «هنر» هم با تکنولوژی درآمیخته شد

به گزارش خبرگزاری علم و فناوری آنا، استفاده متنوع فناوری انرژی هسته‌ای برای زندگی روزمره اساسی است. علاوه بر این، در آینده به لطف تحقیقاتی که امکان استفاده از آنها را افزایش می‌دهد و کاربرد آنها را توجیه می‌کند، این فناوری اهمیت بیشتری خواهد داشت.

در این گزارش به حوزه‌های مهمی که از فناوری هسته‌ای استفاده می‌کنند می‌پردازیم.

پزشکی

در کنار تولید برق، روش‌های پزشکی هسته‌ای شاید به طور گسترده شناخته شده باشند. در دنیای توسعه یافته غرب، روش‌های تشخیصی و درمانی آنقدر منظم، قابل اعتماد و دقیق شده‌اند که تقریبا از هر سه بیمار، یک نفر تحت برخی از روش‌های درمانی یا تشخیصی هسته‌ای قرار می‌گیرد.

متخصصان پزشکی از روش‌های تشخیصی هسته‌ای مانند رادیوداروها، اسکن‌ها یا ایزوتوپ‌های رادیویی استفاده می‌کنند و از پرتودرمانی که شامل پرتو‌های ایکس و نیز تشعشعات عناصر رادیواکتیو یا تجهیزات تولیدکننده تشعشع مانند شتاب‌دهنده‌ها است، بهره مند می‌شوند.

فراتر از تشخیص و درمان بیماری‌ها، از فناوری هسته‌ای برای استریل کردن تجهیزات پزشکی و همچنین شناخت فرآیند‌های بیولوژیکی با استفاده از ردیاب‌ها یا مطالعه خواص سلول‌های تومور استفاده می‌شود.

در جهان حدود ۳۰ میلیون نفر از پزشکی هسته‌ای بهره‌مند هستند. فناوری هسته‌ای در شاخه‌های پزشکی مانند انکولوژی، قلب و عروق، نورولوژی، پنومولوژی یا اطفال کاربرد دارد.

هیدرولوژی 

آب شناسی (هیدرولوژی) ایزوتوپی یک روش هسته‌ای است که از ایزوتوپ‌های پایدار و رادیواکتیو برای دنبال کردن حرکات آب در چرخه هیدرولوژیکی استفاده می‌کند. از این ایزوتوپ‌ها می‌توان برای تحقیق در مورد منابع آب شیرین زیرزمینی و تعیین منشأ آنها، نوع بارشان، وجود خطر نفوذ یا آلودگی توسط آب شور و امکان بهره برداری پایدار از آنها، استفاده کرد.

با ثبت سطوح ایزوتوپ رادیو اکتیو تریتیوم زمین در اعماق مختلف، می‌توان نرخ شارژ را اندازه گیری کرد که یک جنبه حیاتی در مدیریت منابع آب است. اقلیم شناسان می‌توانند با این روش داده‌های قابل اعتمادتری را در مورد تکامل آب و هوا جمع آوری و تاثیر رویداد‌های آینده را تعیین کنند.

از روش‌های هسته‌ای می‌توان در حل مشکلات مرتبط با آلودگی‌های مختلف از جمله مشکلات ناشی از دی اکسید گوگرد، تخلیه گاز در سطح زمین، نشت نفت، پسماند‌های کشاورزی، آلودگی آب و آلودگی تولید شده توسط شهر‌ها استفاده کرد.

کاربرد جالب دیگر میله‌های نوترونی است که برای اندازه گیری رطوبت استفاده می‌شود شیوه‌ای که برای استفاده حداکثری از منابع آبی محدود، ایده آل هستند. در برخی موارد این روش می‌تواند به صرفه جویی تا ۴۰ درصد در مصرف آب منجر شود.

کشاورزی 

در زمینه کشاورزی، از روش‌های ایزوتوپ رادیویی و پرتودهی برای بهبود کیفیت غذا از طریق القای جهش در گیاهان و دانه‌ها به منظور رسیدن به ارقام محصول مورد نظر بدون نیاز به انتظار برای فرآیند طولانی جهش طبیعی، استفاده می‌شود. فناوری هسته‌ای همچنین در کنترل آفات، افزایش تولید مواد غذایی و کاهش میزان کود‌های ضروری بسیار مفید است.

در حوزه مواد غذایی، تابش مستقیم پرتو‌های هسته‌ای به مواد غذایی باعث کاهش خسارات پس از برداشت و بهبود کیفیت غذا با افزایش دوره نگهداری آن می‌شود.

این شیوه نسبت به روش‌های معمول انرژی کمتری مصرف می‌کند و می‌تواند جایگزین مواد افزودنی و بخور‌ها شود و یا میزان استفاده از این مواد را کاهش دهد. از آنجایی که این یک فرآیند سرد است، چنین مواد غذایی تازگی و شرایط فیزیکی خود را حفظ می‌کنند.

پرتودهی مستقیم موادغذایی روشی است که توسط سازمان خواربار و کشاورزی ملل متحد (FAO)، سازمان بهداشت جهانی (WHO) و آژانس بین المللی انرژی اتمی (IAEA) پذیرفته و توصیه شده است.

صنعت 

استفاده از ایزوتوپ‌ها و پرتو‌های هسته‌ای در صنعت مدرن برای توسعه و بهبود فرآیندها، اندازه گیری، اتوماسیون و کنترل کیفیت بسیار مهم است. در حال حاضر تقریبا تمام شاخه‌های علم به روش‌های مختلف از آنها استفاده می‌کنند.

به عنوان مثال، ردیاب‌ها در تجهیزات صنعتی گران قیمت برای کسب اطلاعاتی استفاده می‌شوند که عمر عملیاتی دستگاه را افزایش می‌دهند. کاربرد دیگر تصویر برداری با اشعه ایکس از ساختار داخلی قطعات خاص به منظور بررسی کیفیت آنها بدون آسیب یا تغییر ترکیب مواد است.

هنر 

یک کاربرد بسیار رایج فناوری هسته‌ای، رادیوگرافی اشعه ایکس است؛ ابزاری که امکان نگاه عمیق به یک اثر هنری برای تعیین روش نویسنده، تغییر ترکیب‌بندی معرفی شده توسط هنرمند، ترمیم‌های قبلی یا تعیین اصالت آن و بسیاری از جنبه‌های دیگر را فراهم می‌کند.

اشعه ایکس یک شیوه غیرمخرب است که برای نخستین بار در سال ۱۸۹۵ در دانشگاه مونیخ برای مطالعه یک نقاشی استفاده شد؛ روشی که پس از سال ۱۹۱۴ بر اساس پژوهش‌های فابر، به طور نظام‌مند به کار گرفته شد.

برای تعیین سن آثار هنری نیز از فناوری هسته‌ای استفاده می‌شود. در این شیوه از کربن ۱۴ استفاده می‌شود که شامل تعیین مقدار این ایزوتوپ موجود در یک جسم آلی برای یافتن سن نمونه است.

اکتشافات فضایی

یکی از کاربرد‌های اصلی باتری‌های هسته‌ای در ناوبری فضایی است. این باتری ها، انرژی تجهیزات ماهواره‌های زمینی و کاوشگر‌های سیاره‌ای با ژنراتور‌های قوی را تامین می‌کنند تا بتوانند به سیارات نزدیک برسند و اطلاعات را به زمین ارسال کنند.

سفر‌های بدون سرنشین به سیارات فراتر از منظومه شمسی زمین در ماموریت‌هایی با تجهیزات رباتیک صورت گرفت که از برق تولید شده توسط ایزوتوپ رادیویی پلوتونیوم - ۲۳۸ تغذیه می‌شد. نیمه عمر این ایزوتوپ ۸۷.۷۴ سال است که می‌تواند برای چندین قرن به اندازه کافی فعال بماند تا ماموریت‌های فضایی را تامین کند.

تولید محصولات سازگار با محیط زیست

اکثر پاک کننده‌های رنگ یا باقی مانده‌های چسب در بخش‌های ساخت و ساز، عمدتا از حلال‌های آلی فرار تشکیل شده اند که با آزاد کردن اجزایی خطرناک، برای محیط زیست و سلامت مضر هستند. به لطف منبع تحقیقاتی نوترون در دانشگاه فنی مونیخ، جایگزینی پیدا و آزمایش شد که اجازه می‌دهد این اجزای مضر به طور قابل توجهی کاهش یابند.

برای اولین بار یک حلال رنگ ایجاد شد که بقایای سنگین محلول رنگ و لاک و همچنین دوده، قطران و چسب‌ها را با مقدار کمی سورفکتانت و بدون افزودن حلال‌های آلی حذف می‌کند.

معدن 

از طریق استفاده از خطوط صوتی هسته‌ای می‌توان وضعیت فیزیکی و شیمیایی زمین را تعیین کرد و دریافت آیا یک لایه دارای شرایط مطلوب برای نگهداری مواد معدنی یا سوخت هست یا خیر. برخی از کاربرد‌های این شیوه نمودار مانیتورینگ چاه‌ها و تاریخ گذاری ایزوتوپی است.

فناوری راکتور‌های کوچک مدولار (SMR) به طور بالقوه می‌تواند منبع انرژی پاک و قابل اعتمادی برای سایت‌های معدن خارج از شبکه فراهم کند. اگرچه این فناوری به تازگی مورد توجه گسترده قرار گرفته، اما برخی از مشاوران و گروه‌های تحقیقاتی مدتهاست انرژی هسته‌ای را به عنوان منبع بالقوه انرژی درازمدت و کم هزینه در اکتشاف معدن بررسی کرده اند.

کیهان شناسی 

کیهان شناسی مدرن، از آغاز تشکیل سنگ تا زمان کنونی، طیف وسیعی از اعصار را در بر می‌گیرد. روش‌های اندازه گیری کنونی برای سن ستارگان بر اساس جرم ستاره ها، ترکیبات شیمیایی، دما و مقایسه آنها از نحوه تغییرشان با زمان بر اساس نوع خاص ستاره صورت می‌گیرد.

در مورد سنگ‌ها، بیشترین روش تاریخ گذاری، روشی مبتنی بر مقایسه اورانیوم - سرب است. زیرکون‌ها، سیلیکات‌هایی هستند که در سنگ‌های آذرین یافت می‌شوند و گاهی اوقات مقادیر کمی اورانیوم را در ساختار کریستالی خود می‌گنجانند. این اورانیوم حاوی اورانیوم ۲۳۸ (با دوره ۴۵ میلیارد سال) و اورانیوم ۲۳۵ (با دوره ۷۴۰ میلیون سال) است. هر دو کاهش می‌یابند تا زمانی که به یک فرم سرب پایدار برسند.

برای سنگ‌ها و اجسام جوان‌تر با منشا انسانی، از رادیو ایزوتوپ‌های دیگر استفاده می‌شود. یکی از آنها بر اساس تجزیه از پتاسیم به آرگون است. مهمترین بخش تاریخ بشر، که حدود ۶۰ هزار سال را در بر می‌گیرد، بر روی ایزوتوپ‌های کربن، کربن -۱۲ پایدار و کربن -۱۴ (با دوره ۵۷۳۰ ساله) نوشته شده است.

تولید برق 

می‌توان با استفاده از انرژی هسته‌ای برق تولید کرد. در نیروگاه اتمی با واکنش هسته‌ای انرژی الکتریکی تولید می‌شود. در اینجا، عناصر رادیواکتیو سنگین مانند اورانیوم (U۲۳۵) یا توریم (Th۲۳۲) در دستگاه خاصی به نام راکتور در معرض شکافت هسته‌ای قرار می‌گیرند. 

اصل اساسی یک نیروگاه هسته‌ای مانند یک نیروگاه حرارتی معمولی است. تنها تفاوت این است که، به جای استفاده از گرمای تولید شده در اثر احتراق زغال سنگ، در اینجا در نیروگاه هسته ای، از گرمای تولید شده در اثر شکافت هسته‌ای برای تولید بخار از آب در دیگ استفاده می‌شود. این بخار برای راندن یک توربین بخار استفاده می‌شود. این توربین، محرک اصلی دینام است که برق تولید می‌کند.

اگرچه در دسترس بودن سوخت هسته‌ای زیاد نیست، اما مقدار بسیار کمتری از سوخت هسته‌ای می‌تواند مقدار زیادی انرژی الکتریکی تولید کند.

امروزه یکی از مهمترین شیوه برای کاهش گرمای زمین و گاز‌های گلخانه‌ای ناشی از سوخت‌های فسیلی، گذار به سوی برق هسته‌ای عنوان شده است.