دانلود تحقیق- مقاله-پروژه-کارآموزی
مرجع کامل خرید و دانلود گزارش کار آموزی ، گزارشکار آزمایشگاه ، مقاله ، پروژه و پایان نامه های کلیه رشته های دانشگاهیدانلود تحقیق- مقاله-پروژه-کارآموزی
مرجع کامل خرید و دانلود گزارش کار آموزی ، گزارشکار آزمایشگاه ، مقاله ، پروژه و پایان نامه های کلیه رشته های دانشگاهیبررسی انرژی هسته ای و کاربرد صلح آمیز آن
| دسته بندی | فنی و مهندسی |
| بازدید ها | 0 |
| فرمت فایل | doc |
| حجم فایل | 601 کیلو بایت |
| تعداد صفحات فایل | 100 |
پژوهش بررسی انرژی هسته ای و کاربرد صلح آمیز آن در 100 صفحه ورد قابل ویرایش
فهـرست مطـالـب
عنوان صفحه
پیشگفتار................................................................................................................... الف
چکیده....................................................................................................................... ب
مقدمه ...................................................................................................................... ج_ه
فصل اول : کلیات تحقیق
مقدمه ........................................................................................................................ 2
بیان مسئله .................................................................................................................. 4
اهداف تحقیق ............................................................................................................. 5
اهمیت وضرورت تحقیق ............................................................................................. 6
فرضیات ................................................................................................................... 7
تعریف واژگان اساسی ................................................................................................ 8
فصل دوم : پیشینه تحقیق
مقدمه ....................................................................................................................... 11
پیشینه تحقیق ............................................................................................................ 12
الف : پیشینه عملی..................................................................................................... 12
ب :پیشینه نظری......................................................................................................... 13
فصل سوم : روشهای تحقیق
مقدمه ....................................................................................................................... 14
روشهای مورد استفاده در تحقیق ................................................................................. 15
بیان فنون گردآوری اطلاعات وتوضیح آن ها................................................................. 17
فصل چهارم : یافته های تحقیق
مقدمه ....................................................................................................................... 19
فرضیه1: کاربرد انرژی هسته ای درپزشکی .................................................................. 21
رادیوایزوتوپ ها چه موادی هستند و چه کاربردهای دارند ............................................ 22
روشهای تولید رادیوایزوتوپ ها ................................................................................. 23
کاربرد رادیوایزوتوپ ها ............................................................................................. 24
کاربرد رادیو ایزوتوپ ها در تشخیص.......................................................................... 25
رادیو ایزوتوپ ها درتعیین تومور.................................................................................. 26
رادیو ایزوتوپ های تولیدی از طریق راکتور هسته ای..................................................... 27
ترکیبات نشان دار از چه راهی تولید ودرچه مواردی استفاده میشود.................................. 31
رادیوداروها چیستند ................................................................................................... 32
تصویر برداری هسته ای چگونه انجام می گیرد.............................................................. 36
عمر سنجی باکربن 14 چگونه است............................................................................. 37
روش ها و فنون مورد استفاده در پزشکی هسته ای چیست........................................................... 37
مقدمه ...................................................................................................................... 39
فرضیه 2: کاربرد انرژی هسته ای در کشاورزی و رشته های وابسته................................. 40
تاریخچه ................................................................................................................... 41
کاربردهای ایزوتوپ هادر کشاورزی............................................................................ 44
بهبود خصوصیات ژنتیکی گیاه ................................................................................... 45
تنوع گیاهان پرورش یافته............................................................................................ 45
مطالعه با رادیو فسفر................................................................................................... 46
ریشه کنی حشرات وکنترل حشرات موزی.................................................................... 49
کاربرد های پرتو فراوری............................................................................................. 49
پرتوفرآوری مواد غذایی ............................................................................................. 50
پرتو دهی مواد غذایی................................................................................................. 51
کارببرد در زمین شناسی.............................................................................................. 52
مقدمه........................................................................................................................ 54
فرضیه 3: کاربرد انرژی هسته ای در صنعت.................................................................. 55
کاربرد انرژی هسته ای در صنعت................................................................................ 56
اندازه گیری ضخامت ورق ها و قطعات فلزی............................................................... 57
مطالعه فلزات در صنایع.............................................................................................. 59
جذب وپراکندگی تابش.............................................................................................. 60
اندازه گیری ضخامت ................................................................................................. 61
اندازه گیری سرعت.................................................................................................... 61
کنترل کیفی................................................................................................................ 62
استفاده به عنوان حساسه.............................................................................................. 62
تغییر در ویژگی های مواد........................................................................................... 62
چند مثال کاربردی در صنعت...................................................................................... 63
زنجیره واپاشی رادیو اکتیو .......................................................................................... 65
چرخه ی سوخت ...................................................................................................... 66
فصل پنجم : نتیجه گیری
مقدمه ....................................................................................................................... 68
نتیجه گیری ............................................................................................................... 69
مشکلات تحقیق ........................................................................................................ 70
پیشنهادات ................................................................................................................ 71
منابع و مآخذ ............................................................................................................ 72
پیشگفتار
سپاس خداوندی را که انسان را از گل خشکیده آفرید و او را بینا و شنوا قرار داد و به او قدرت تفکری داد تا طبیعت را به تسخیر درآورد و پرده از اسرار آفرینش بردارد. با استفاده از قدرت تفکر خدادادی به درون کوه رسوخ کند و از دل سنگی انرژی غیرقابل تصور بیرون آورد.
آری بحث، بحث انرژی هسته ای است و ایران در این زمینه پیشرفت های چشمگیری داشته است. به خصوص این که چندی پیش، سازمان انرژی اتمی اعلام کرد تمام ابهامات در مورد انرژی هسته ای ایران برطرف شده و استفاده ایران از این انرژی کاملاً صلح آمیز است. بر این اساس تحقیقی گرد آوردیم تا اطلاعاتی درباره این بحث مهم کسب کنیم.
تحقیقی که هم اکنون پیش روی شماست حاصل تلاش نوجوانان امروز است و آیندگان فردا.
در این تحقیق سعی شده است تا استفاده های انرژی هسته ای به زبانی ساده بیان شود. امید است که مورد توجه قرار گیرد.
چکیده
هسته اتم اورانیم یک ماده رادیواکتیو است با شکافته شدن به رادیو ایزوتوپ تبدیل می شود.
سودمندترین مصارف رادیو ایزتوپ ها در تحقیقات پزشکی، در تشخیص بیماری و درمان آنها می باشد.
این امر به طور کلی با استفاده از رادیو داروها و با اعمال روش های خاص صورت می گیرد.
برای تولید محصول بهتر در کشاورزی از پرتوهای حاصل از مواد رادیواکتیو و رادیو ایزوتوپ ها بهره می گیرند دانه یا بذر مورد نظر را مورد تابش قرار می دهند یا با آبهای مخصوص آبیاری می کنند و سپس با اندازه گیری میزان تغییرات گیاه مقدار بهره گیری گیاهان را از رادیوایزوتوپها اندازه می گیرند و مهم ترین کاربرد انرژی هسته ای در صنعت
مقـدمه
انرژی در لغت به معنای توانایی انجام کار است اما به معنای واقعی میزان نیرویی است که در یک شیء یا جرم خاص ذخیره شده باشد و به انرژی های الکتریسیته، مکانیکی، پتانسیل گرانشی، جنبشی، گرمایی و ... دسته بندی می شود.
مواد آلی موادی انرژی زا هستند مانند: نفت، زغال سنگ، گازوئیل و ... . اما این مواد مضراتی هم دارند برای مثال ایجاد گازهای گلخانه ای، آلودگی هوا و در نتیجه گرم تر شدن زمین.
اما از تمام انرژی ها مفیدتر انرژی هسته ای است که البته در کنار مزایا، مضراتی هم دارد که مهمترین آنها به جا ماندن پسماندهای پرتوزا است. مزایای انرژی هسته ای بسیار است و در قرن 21 کشورهای مطرح دنیا بر سر این انرژی با یکدیگر رقابت دارند.
در این میان ایران از پیشرفت فوق العاده و قابل تحسینی برخوردار است. زیرا توانسته است به انرژی هسته ای دست پیدا کند، نکات مبهم را در مورد آن از بین ببرد و اعتماد اکثر کشورها را جلب کند.
هر چند انرژی هسته ای مضراتی دارد که از جمله آنها می توان گفت پرهزینه است و مواد اولیه آن پرتوهای خطرناک گسیل می کند اما فوایدی دارد که با توجه به آنها باید گفت ارزش این را دارد که با تمام دردسرهای این انرژی از آن به عنوان انرژی برتر یاد کنیم.
انرژی هسته ای کاربردهای زیادی در علوم پزشکی، صنعت، کشاورزی و... دارد. لازم به ذکر است انرژی هسته ای به تمامی انرژی های دیگر قابل تبدیل است اما هیچ انرژی ای به انرژی هسته ای تبدیل نمی شود.
در پزشکی تشعشعات هسته ای کاربرد زیادی دارد که اهمّ آنها عبارتند از:
ـ رادیوگرافی
ـ گامااسکن
ـ استریلیزه کردن هسته ای و میکروب زدایی وسایل پزشکی با پرتوهای هسته ای
ـ رادیوبیولوژی
ـ عکس رادیوگرافی
پرتوهای هسته ای کاربرد زیادی در کشاورزی دارد که مهم ترین آنها عبارتند 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 استفاده از اشعه گاما
ـ انبار کردن میوه ها
انرژی برتر در صنعت نیز کاربردهای متنوع و زیادی دارد که از جمله آنها می توان نام برد:
ـ نشت یابی با اشعه
ـ دبی سنجی پرتویی
ـ سنجش پرتویی میزان خورگی قطعات
ـ سنجش شدت تشعشعات (نور و فیزیک امواج)
ـ سنجش پرتویی میزان سائیدگی قطعات در حین کار
ـ چگالی سنجی مواد معدنی با اشعه
ـ کشف عناصر نایاب در معادن
که در فصول آینده به این موارد پرداخته خواهد شد.
بیان مسئله
انرژی هسته ای و کاربرد های صلح آمیز آن
اما باید دانست منظور از انرژی هسته ای چیست و چه کاربردهایی دارد که در فصل های آتی به این مسئله خواهیم پرداخت.
اهداف تحقیق :
هدف از این تحقیق دست یابی به آگاهی در زمینه ی انرژی هسته ای و بررسی روش های صلح آمیز استفاده از آن است. در زمانی که کشورهای قدرت طلب استفاده از انرژی هسته ای را حق خود می دانند لازم است که ما در این زمینه اطلاعات کسب کنیم و گامی در جهت این مهم برداریم تا کشور ما به عنوان یک کشور اسلامی در حال توسعه مطرح شود. با توجه به این که کشور ما به عنوان یک کشور اسلامی باید اطلاعاتی در زمینه ی تمام علوم داشته باشد پس لازم است جوانان و نوجوانان ما نیز از این انرژی و کاربرد آن در تمام زمینه ها از جمله: کشاورزی، صنعت و پزشکی اطلاعاتی داشته باشند. ما نیز بر خود دانستیم تا ذره ای از این علم که مانند دریایی است را گرد آوریم و در اختیار هم نوعانمان قرار دهیم.
اهمیت و ضرورت تحقیق
در جهانی که روز به روز پیشرفته تر و ماشینی تر می شود دانستن علم روز دنیا موضوعی بس حیاتی است چرا که اگر اندکی کوتاهی کنیم از قافله جا مانده ایم و هیچ وقت بدان
نمی رسیم پس باید وقت را غنیمت شمرد و همگام بود با گذشت زمان و پیشرفت های روز دنیا. بنابراین به عنوان نسل جوان کشوری در حال پیشرفت بر خودمان لازم دانستیم تا اطلاعاتی درباره جدیدترین علم دنیا در کشورمان یعنی فناوری هسته ای اطلاعاتی کسب کنیم و در این راه قدم نهیم و با توکل بر خدای متعال فعالیت در این زمینه را آغاز کنیم تا بتوانیم به عنوان آیندگان کشور باعث پیشرفت کشورمان ایران شویم.
فرضیات تحقیق
1- کاربرد انرژی هسته ای در پزشکی
2- کاربرد انرژی هسته ای درکشاورزی و رشته های وابسته
3- کاربرد انرژی هسته ای در صنعت
تعریف واژگان اساسی
الف: اتم atom
کوچکترین بخش یک عنصر که بتواند به عنوان یک ذره ی پایدار وجود داشته باشد.
ب: هسته ی اتم ncleus,atomic
هسته ی یک اتم توده ی کوچک، ولی سنگین داخلی اتم است که وزن و بار مثبت را متمرکز ساخته است. وزن و هر یک از خواص پرتوزایی اتم به هسته مربوط می شود، در حالی که خواص شیمیایی و طیف های تابش فرابنفش (U.V.) و مرئی به الکترون های مداری بستگی دارند. هسته از ذرات ریز اتمی تشکیل شده است.
پ: شکافت Fission
ت: فرآورده های شکافت Fission procucts
فرآورده های شکافت، هسته های سنگین هستند. شکافت به طور کلی فرآیندی بی تقارن است. بازده بیشتر به جرم 90 ~ و جرم 140 ~ مربوط می شود؛ توزیع فرآورده ها به انرژی ذره ی بمباران کننده بستگی دارد. فرآورده های شکافت، معمولاً به شدت پرتوزا هستند.
ج: کوری Curie
واحد استاندارد پرتوزایی برابر 1010× 6/3 = 1Ci فروپاشی در ثانیه است. شمار فروپاشی های انجام گرفته به وسیله ی یک گرم رادیم است.
والیم Valium
دیازپام diazepam، به عنوان داروی خواب آور مصرف می شود.
نیمه عمر half- life: half – value period
زمان لازم برای این که غلظت یک ماده به نصف مقدار اولیه اش برسد، برای عناصر پرتوزایی نیمه عمر × 69/0 است که ثابت تباهی decay constant است. این اصطلاح برای اجزای ناپایدار و گذرا یا واکنش های شیمیایی مرتبه ی اول به کار می رود.
ایزوتوپ isotope
عناصر یا اتم های با عدد اتمی برابر و، بنابراین، خواص شیمیایی یکسان، اما وزن های اتمی متفاوت هستند، نظیر O و O. افزون بر ایزوتوپ های پایدار، ایزوتوپ های رادیواکتیو عناصر شناخته شده اند. گرچه ایزوتوپ ها خواص شیمیایی یکسان دارند، تفاوت جزئی آن ها در جرم منجر به پدید آمدن تفاوت های جزئی در خواص فیزیکی می شود. با
راکتور، واکنشگاه reactor
فرآیندهای شیمیایی، در مقیاس بالا، در محیط های گوناگونی، معمولاً در مخزن ها، لوله ها، برج ها یا بسترهای سیال fluidized beds انجام می شوند. این محیط ها را معمولاً راکتورهای شیمیایی می نامند و قلب فرآیند شیمیایی را تشکیل می دهند.
مقدمه
در قسمت بیان مسئله گفته شد باید بدانیم انرژی هسته ای چیست اما برای دانستن این موضوع ابتدا باید تاریخچه و زمان کشف این انرژی عظیم و مهم را بدانیم.
در این فصل به بیان مختصری از تاریخچه و تلاشهای دانشمندان پیشین پرداخته ایم تا با دیدی بازتر با انرژی هسته ای آشنا شوید.
پیشینیـه ی تحقیق :
الف :یشینه ی عملی
در سال 1897هنری بکرل قطعه ای از سنگ یکی از ترکیبات طبیعی اورانیوم را به طور اتفاقی در کشوی میز خود قرار داد بی اطلاع یک فیلم حساس عکاسی نیز در کشوی میز وی قرار داشت پس از مدتی بکرل متوجه شد که فیلم عکاسی نسبت به سنگ طبیعی اورانیوم حساسیت نشان داده به طوری که بر اثر اشعه های این سنگ فیلم عکاسی که به نور حساس است خراب شده و غیرقابل استفاده است.
پس از او خانم ماری کوری و همسرش پیرکوری در فرانسه تحقیقات گسترده ای به روی سنگهای دارای اورانیوم انجام دادند و موفق به کشف عناصر رادیوم و پلونیوم شدند که به مراتب خاصیت تشعشعی آن بیشتر از اورانیوم بود.
از طرفی چند دانشمند هسته ای فرانسوی به دلیل اشغال کشورشان توسط کشور آلمان به انگلستان رفتند و همراه خود اسناد و مدارک مهم آزمایشگاه های هسته ای فرانسه و اروپا را به آنجا انتقال دادند در سال 1941 در انگلستان 5 دانشمند فرانسوی با سرعت بخشیدن به تحقیقات خود روز به روز به ساخت بمب هسته ای نزدیکتر شدند بالاخره این گروه از دانشمندان با ترغیب دولت آمریکا به سرعت به آنجا رفتند و در اوایل سال 1943 این دانشمندان به گروهی دیگر از دانشمندان هسته ای آمریکا و غیرآمریکایی که مشغول به تحقیق بر روی ساخت سلاح هسته ای بودند ملحق شدند.
ب:پیشینه نظری
به علت محدود بودن کتاب درباره این موضوعواز طرفی نا مفهوم بودن مطالب آن، تشخیص نقص مشکل بود دلایل زیر حاکی از وجود همین اشکالات است
1- اطلاعات ما به حد کافی نبود
2- تعداد کتاب هایی که مطالعه کردیم خیلی محدود بود که در این کتاب ها به موضوع خاص ونا مشابه (متضاد با نظریه ها ) وجود نداشته است
3- به علت محدود بودن زمان نتوانستیم به موضوعات مختلف و بحث وتحقیق راجعبه نظریه های گذشته بپردازیم و مشکلات آنها را پیدا کنیم
4- چون کتاب هایی که ما مطالعه می کردیم همه در محدوده زمانی خاصی چاپ شده بودندکه مانتوانستیم به نکات جدید و نظریه های مخالف با نظریه های گذشته پی ببریم
5- موضوع گسترده ، تخصصی و پیچیده است و خیلی کم میتوان اشکالات آن را یافت
بنا براین در این زمینه به نقصی نرسیدیم
مقـدمه
آثار فیزیکی و شیمیایی انواع گوناگون تابش ها بر مواد زیست شناختی از این لحاظ مورد استفاده و مطالعه قرار می گیرد که معلوم شود، مثلاً تابش چگونه تغییرات ژنتیکی تولید
می کند چون کشف شده است که بسیاری از فرآیندهای شیمیایی کلیه ی سلول ها با
رشته هایی از مولکول ها سازمان می یابد. بدیهی است که تنها تابش یک ذره می تواند با شکستن پیوند شیمیایی در چنین رشته ای، تغییرات دائمی و احتمالاً فاجعه آمیز در سلول ایجاد کند.
سودمندترین مصارف رادیوایزوتوپ ها در تحقیقات پزشکی، تشخیص بیماری و درمان آن ها می باشد. مثلاً به کمک ردیاب ها می توان سرعت جریان خون در قلب و اندام ها را معین و بدین ترتیب حالات غیرعادی آن ها را مشخص نمود.
مقادیر زیاد تابش می تواند آسیب های جدی به تمام سلول های زنده وارد آورد. لیکن
سلول های بیمار غالباً آسان تر از سلول های عادی آسیب می بینند. بنابراین تابش می تواند برای درمان بعضی از بیماری ها، از جمله سرطان مفید واقع می شود.
افزایش کاربرد رادیوایزوتوپ ها ارتباط نزدیکی با پیشرفت در شیمی مواد دارویی رادیواکتیو دارد. این پیشرفت ها همراه با پیشرفت در الکترونیک و دستگاه های هسته ای، در طی سال های 1960 و 1970 منجر به ظهور رشته ی تخصصی مهمی در پزشکی شد که آن را پزشکی هسته ای می نامند.
روش های تولید رادیوایزوتوپ ها
برای تولید رادیوایزوتوپ ها دو روش وجود دارد که در زیر، به اختصار بیان گردیده است:
1. شکافت: هسته ی اورانیوم 235، یک نوترون جلب کرده و ناپایدار می شود و به دو اتم کوچکتر تبدیل می شود. در طی این واکنش، دو یا سه نوترون به همراه مقداری انرژی آزاد می شود. نوترون های آزاد شده، هسته ی اورانیوم دیگری را می شکافند. این شکافت ها منجر به واکنش های زنجیره ای خود نگه دار می شود.
در اثر شکافت اورانیوم، نوکلییدهای مفید ید 131، مولیبدن 99، زنون 133 و سزیم 137تولید می شود. (همان. از ص 153 تا 154).
برای این شکافت مقدار کمی اورانیوم 235 را در راکتور قرار می دهند و پس از مراحلی عملیات جداسازی ایزوتوپ ها را انجام می دهند. این عملیات با تکنیک های جداسازی شیمیایی مثل: رسوب سازی، استخراج حلالی، تبادل یونی، الکترولیز، تقطیر، کروماتوگرافی و ... است. (همان از ص 157 تا ص 160)
2. بمباران نوترونی: در این واکنش هسته های پایدار مورد هدف، یک نوترون جلب
می کنند که حاصل این برهم کنش تولید یک رادیوایزوتوپ غنی شده از نوترون می باشد. رایج ترین این واکنش های طی فرآیند y و x انجام می شود.
کاربرد رادیوایزوتوپ ها
روش های تشخیصی پزشکی هسته ای مبنی بر استفاده از ردیاب های رادیواکتیو است که در بدن از خود پرتوی گاما ساطع می کنند. این ردیاب ها، ایزوتوپ هایی با نیمه عمر کوتاه و به صورت مواد شیمیایی هستند که فرآیندهای فیزیولوژیکی خاصی را انجام می دهند. ( « شیمی عمومی با نگرش کاربردی»، از ص 371 تا 373.)
برای یافتن علایم و شرایط غیرمعمول، تصاویر از طریق دوربین پزشک گرفته شده و روی مانیتورها ثبت می شود. از نظر شیمی هر عضو تفاوت عمل دارد. بنابراین هر عضو مواد خاصی را جذب می کند. مثلاً تیروئید، ید جذب می کند و مغز، گلوکز را. بنابراین داروسازان هسته ای با پیوند رادیوایزوتوپی به مواد بیولوژیکی، به اصطلاح رادیو داروهای ویژه ای را تولیت می کنند. زمانی که یکی از این ها وارد بدن می شوند بلافاصله با مواد مشابه طبیعی آمیخته شده و وارد فرآیند بیولوژی می شوند. (همان از ص 373 تا ص 375).
انتخاب رادیوایزوتوپ های پزشکی بر حسب نوع و انرژی تابش گسیل شده، نیمه ی عمر، سرعت و کامل بودن دفع آن ها صورت می گیرد. (« فیزیک در خدمت علوم بهداشت».از ص 451 تا ص 453).
رادیم و فرآوره های واپاشی رادیواکتیو، در پزشکی هسته ای بسیار مفید هستند. رادیم از سال 1901 به صورت طبیعی و از سال 1946 به صورت مصنوعی مورد استفاده قرار می گرفته است. رادیم، آلفا گسیل می کند. نیمه ی عمر آن 1622 سال است و برد آن کم تر از 1mm است که با یک ورق کاغذ متوقف می شود. (همان از ص 453 تا ص 455).
واپاشی آلفا گازهایی در درون رادیواکتیو تولید می کند. پس از اولی واپاشی، واپاشی های بعدی ایزوتوپ های دیگری با نیمه ی عمر کوتاه تولید می کنند. (همان از ص 455 تا ص 457).
رادیم یک مرحله از رشته طولانی فرآیندهای رادیواکتیو است که با ایزوتوپ اورانیوم 238 شروع به ایزوتوپ سرب پایدار 206 ختم می شود. رادیم را به واسطه ی نیمه ی عمر بلندش می توان از سنگ اورانیوم جدا کرد و به عنوان منبعی برای فرآوره هایش با طول عمر کوتاه تر که از نظر پزشکی تابش مفیدی گسیل می کنند، به کار برد. (همان از ص 457 تا ص 458).
کاربرد رادیوایزوتوپ ها در تشخیص
از رادیوایزوتوپ ها در علم پزشکی هسته ای استفاده های متعددی می کنند. مثل:
1. کاربرد رادیوایزوتوپ ها در مطالعه عوارض خون، مانند آزمایش های تصفیه ی آهن پلاسما، برگشت آهن پلاسما و تعیین طول عمر گلبول های خون.
2. کاربرد رادیوایزوتوپ ها در مطالعه ی جریان خون، مانند اندازه گیری حجم کلی خون، اندازه گیری حجم پلاسما، اندازه گیری حجم گلبول های قرمز در تعیین سرعت جریان خون.
3. کاربرد رادیوایزوتوپ ها در مطالعات گوارشی. مانند اندازه گیری میزان جذب چربی ها و پروتئین ها.
4. کاربرد رادیوایزوتوپ ها در مطالعه و تشخیص بیماری های تیروئید. مانند آزمایش برداشت ید رادیواکتیو up-take.
5. کاربرد رادیوایزوتوپ ها در تشخیص شکل ارگان ها و غدد سرطانی.
اکنون در این جا، برای مثال به شرح مورد چهارم یعنی «کاربرد رادیوایزوتوپ ها در مطالعه و تشخیص بیماری های تیروئید» پرداخته می شود.
در این آزمایشات، مقدار تراسوری را که وارد بدن می شود، باید بسیار کم باش تا حالت تعادل فیزیولوژیکی عضو را بر هم نزند. این مطالعات پزشکی زمانی ارزشمند است که قبل از مطالعه، ید اضافی از هیچ راهی (مثل: خوراکی، تزریقی، استعمال خارجی و...) به بدن وارد نشده باشد. ضمناً فرد بیمار دارویی را که فعالیت تیروئید را کم یا زیاد کند یا به طور کلی تأثیر دهد، مصرف نکرده باشد. پس از این بررسی ها برای تشخیص بیماری های تیروئید، مقداری ید رادیواکتیو I131 را به بیمار تجویز می کنند، که در حوضچه ی غیرآلی مخلوط و قسمتی از آن همانند ید پایدار به وسیله ی تیروئید جذب می شود. («مقدمه ای بر فیزیک پزشکی». از ص 72 تا ص 97).
ید را به بیمار، به صورت خوراکی می دهند. پس از 2 و 24 ساعت، مقدار درصد جذب شده توسط تیروئید را اندازه گیری می کنند. (بر حسب CPm) و شمارش زمینه ی خون (Back Ground) را از آن کم می کنند. میزان ید تجویزشده را قبل از ورود به بدن بیمار به
وسیله ی دستگاه شمارنده اندازه گیری می کنند. (همان از ص 451 تا ص 454).
رادیوایزوتوپ ها در تعیین تومورها
به وسیله ی رادیوایزوتوپ ها دو مسئله را در تشخیص تومورها می توان حل کرد:
یکی این که تومور، تشخص داده شده و محل آن معین است؛ در این صورت می توان فهمید که خوش خیم یا بدخیم است.
دیگر این که تومور مشکوک است؛ در این حال می توان به وجودش پی برد و محل و موقعیت آن را تعیین نمود.
1. آزمایش تشخیص بدخیمی تومور
آزمایش بدین قرار است که به بیمار مقداری فسفات نشاندار با فسفر 32 که دهنده ی اشعه ی بتا است تزریق می نمایند. ساعات بعد از تزریق، مرتباً رادیواکتیویته ی ناحیه ی تومور و نواحی مجاور را به وسیله ی کنتور گایکر اندازه گیری می کنند. هرگاه رادیواکتیویته ناحیه ی تومور لااقل دو برابر سایر نواحی باشد می توان تومور را بدخیم دانست. این آزمایش که به سهولت و با وسایل ساده انجام می گیرد در تشخیص تومورهای پوست، پستان، بیضه، چشم و متاستازهای نمود لنفاوی به کار می رود. ( « اشعه ایکس و رادیواکتیویته». از ص 47 تا ص 50 )
تاریخچه :
بررسی هایی که دانشمندان انجام می دهند و از رادیوایزوتوپها استفاده می نمایند محققینی که علاقمند به حل مطالب معضل فیزیولوژی می باشند چه مسائلی که امروزه مورد بررسی قرار می گیرند مشابه مسائلی است که ساک و ناپ یک قرن پیش با آن مواجه بودند برای این محققین که آرزومند حل چنین مطالبی می باشند. رادیوایزوتوپها راه تازه ای را گشوده است. استفاده از مواد رادیواکتیو ردیاب در این رشته با کارهای George Hevesy دانشمند مجارستانی آغاز می شود. از آنجا که نخستین استفاده و بررسی با رادیوایزوتوپها از نقطه نظر تاریخ اهمیت دارد، به ذکر پیشقدمان استفاده از این تکنیک می پردازیم.
برای اولین بار در سال 1943 م هوزی به اخذ جایه نوبل برای کشف تکنیک استفاده از رادیوایزوتوپهای ردیاب یا اتم های نشان دار تامل آمد و بعدها به رادرفورد (Rutherford) در منچستر (Manchester) پیوست و با وی همکاری نمود. را در فورد در این شهر استاد فیزیک بود و آنچه که هوزی در کنفرانس ژنو عرضه کرده بود، بسیار مورد توجه را در فورد قرار گرفت. وی علاقمند بود که خواص پرتوافکنی عناصر رادیواکتیو بخصوص رادیوم دی (Radium-D) را به نحوی بررسی نماید. او توانست این عضو رادیواکتیو را به فرم متمرکزی بدست آورد. چنانکه معلوم شده است از طریق خالص نمودن سنگ معدن اورانیوم (uranium ores) سرب نماید می گردد و سرب بدست آمده دارای مقادیر زیادی رادیوم D می باشد. را در فورد در حدود صدها کیلوگرام کلرورسرب از دولت اتریش که به صورت سنگ معدن اورانیوم رادیوم از معدن داشتند. در حدود چهل عنصر لازم برای رشد گیاهی تعیین نمایند. (اتم و کشاورزی 204-215)
اطلاعات کلی از چگونگی اثر مواد مختلف شیمیایی را با اضافه نمودن کودهای مختلف می توان بدست آورد ولی به علت پیچیدگی ترکیب شیمیای خاک این روش مطالعه قدری ابتدائی به نظر می رسد.
فیزیولوژیست هایی نظیر ساکس (sachs) و فلپ (knop) به این نتیجه رسیدند که گیاهان می توانند با مواد غذایی از قبیل ازت، گوگرد، پتاسیم، فسفر، منیزیم و آهن به رشد خود ادامه دهند و بعدها در آزمایشات خود گیاهان را در محلول های غذایی شامل عناصر اصلی که در بالا ذکر شد کشت دادند. در صورتی که این عناصر مواد ضروری و اصلی گیاهی بود می بایستی گیاه به خوبی بتواند در چنین محلولی نمو نماید و عملا این عقیده با استعمال محلول ناپ به حقیقت نزدیکتر شد.
همراه با بروز جنگ جهانی دوم موسساتی توسط کشاورزان ایجاد شد. کار این موسسات به کار بودن ترکیباتی بود که در آن ها نسبت NPK برعایت شده باشد. ناگفته نماند که در بعضی از موارد، تغییرات این نسبتها ممکن است منجر به فوائدی گردد. به طوری که مورد گیاه گوجه فرنگی برای تولید میوه زیادتر می توان کودی که دارای فسفر بیشتری باشد به کار برد. روستائیان انگلستان با به کاربردن کودهایی که نسبت NPK در آن رعایت شده است نتایج نیکوئی بدست آورند.
اولین بررسی پیرامون موارد استعمال بیولوژیکی مواد رادیواکتیو ردیاب نیز به هوزی تعلق دارد. زیرا وی برای اولین بار این خاصیت را در چگونگی جذب سرب توسط گیاهان و خروج آنها توسط حیوانات مورد بررسی قرار داد. ماده ردیاب وی در این بررسی رادیو ایزوتوپ توریوم بی (thorium-B) بود که امروزه ما آن را ایزوتوپ سرب 212 (pb) می نماییم.
گرچه تجربه هوزی از نقطه نظر تغذیه گیاه چیزی به دانش فیزیولوژیست ها نیافزود ولی وی اصول تکنیک ظریف مواد ردیاب را عرضه کرد. به طوری که میزان سربی که وی در برگها و ساقه ها یافت به قدری جزئی بود که به روش دیگری قابل اندازه گیری نبود. (اتم در خدمت کشاورزی و منابع ایران 204-214)
در سال 1934 مواد ردیاب فراوانی بدست آمد و بررسیهای بیولوژیکی فراوانی انجام گردید این تغییر و تحول با کشف فردریک جولیئت (Frederic joliot) و خانم وی که امکان تهیه رادیوایزوتوپهای مصنوعی را در آزمایشگاه به ثبوت رسانید آغاز گردید. آنها به آکادمی علوم فرانسه (ژاپن 1934) گزارش دادند که آلومینیوم در اث بمباران با ذرات آنها رادیواکتیویته مصنوعی پیدا کرده و این ترانسموتاسیون منجر به تشکیل فسفر رادیواکتیو گردیده است. به پاس موفقیت جولیت (joliot) و خانم وی که توانسته بودند عناصر تازه رادیواکتیوی تهیه نمایند جایزه نوبل در سال 1935 در رشته شیمی به آنها تعلق گرفت.
اندازه گیری ضخامت
از آنجایی عبور پرتوهای رادیواکتیو از مواد بتدریج باعث کاهش انرژی آنها می شود، با ساخت دستگاه های اندازه گیری دقیق انرژی می توان ضخامت اجسانی را که این پرتوها به آن تابیده می شود را اندازه گیری کرد. از همین خاصیت می توان برای مشخص کردن کیفیت برخی از مواد یا اجناس تولیدی که آیا ترک و شکستگی دارند یا خیر نیز استفاده کرد.
اندازه گیری سرعت
استفاده از مقادیر بسیار کم و ضعیف از مواد رادیواکتیو در کنترل پروسس های تولید محصولات تقریبا کاری عادی در تمامی کشورهای صنعتی جهان است. برای مثال افزودن مقدار کمی از این مواد به مایعی که از درون شبکه لوله ای به هم پیچیده عبور می کند، اجازه می دهد تا بسادگی بتوان با اندازه گیری تشعشعات از بیرون لوله، پی به سرعت مایع درون لوله و از آنجا دبی مایع پی برد.
کنترل کیفی
کاربرد بسیار جالب دیگر هنگامی است که می خواهیم محلولهای کاملا همگن تهیه کنیم. فرض کنید می خواهید دو مایع که از لحاظ فیزیکی کاملا مشابه هم هستند را با یکدیگر بصورت کاملا یکنواخت با هر نسبتی مخلوط کنید. برای حصول اطمینان از اینکه این دو ماده خوب با یکدیگر مخلوط شده اند کافی است به یکی از آنها مقدار کمی ماده رادیواکتیو اضافه کنید و در انتهای مسی تولید نمونه گیری کنید. بدیهی است اگر میزان مواد رادیواکتیو در نمونه ها یکی باشد این دو ماده بصورت یکنواخت با یکدیگر مخلوط شده اند.
سالهای سال است که کشورهای صنعتی از دانش هسته ای برای اندازه گیری کمیت های مختلف صنعتی استفاده می کنند.
استفاده بعنوان حساسه (Sensor)
در بسیاری از موارد که امکان تماس مستقیم سنسور (حساسه) با موادی که قرار است اندازه گیری شوند وجود ندارد و یا سنسور لازم بسیار گرانقیمت است مانند فلزات مذاب، شیشه مذاب و ... ساده ترین روش، برای اندازه گیری استفاده از مواد رادیواکتیو است. کافی است همانند مثالهای قبل از مقدار بسیار کمی از مواد رادیواکتیو را با فلز مخلوط کنید و میزان یا در واقع سطح مایع آنرا بدون تماس مستقیم اندازه گیری کنید.
تغییر در ویژگیهای مواد
تاباندن اشعه رادیواکتیو به ماده می تواند باعث بالارفتن کیفیت یا میزان برخی ویژگیهای مواد شود. بعنوان مثال خصوصیاتی چون سختیف مقاومت و چگالی از جمله شاخص هایی هستند که اشعه رادیواکتیو می تواند روی آن تاثیر بگذارد.
چند مثال کاربردی در صنعت
در صنعت اتومبیل سازی از مواد رادیواکتیو برای کنترل کیفیت ورق استیل استفاده می شود.
در صنعت ساخت و نگهداری هواپیما برای کنترل وجود شکاف یا نشتی در موتورهای جت از مواد رادیو اکتیو استفاده می کنند.
برای برآورد میزان سنگهای معدنی در معادن یا مواد نفتی در چاه های نفت یا حفاری ها از این مواد استفاده می کنند.
برای مشخص کردن کیفیت جوشکاری در لوله های که در زیرزمینی کارگذاری شده اند نیز مواد رادیواکتیو راه حل مناسبی است.
بسیاری از دستگاه های فتوکپی برای جلوگیری از به هم چسبیدن کاغذها بر اثر الکتریسیته ساکن و در نهایت جمع شدن در دستگاه از مقادیر بسیار کمی مواد رادیو اکتیو استفاده می کنند.
استفاده از مواد رادیواکتیو برای تمیز کردن و زدودن آلودگی در بسیاری از لوازم مانند لنزهای چشم یا برخی مواد آرایشی.
و ...
هسته اتم ها شامل نوکلوئون ها (Nucleons) یعنی پروتون ها و نوترون هاست. آنها از کوارک ها (Quarks) ساخته شده و به واسطه نیروی قوی که از تبادل گلوئون ها (Gluon exchange) میان کوارک ها برقرار می شود و به هم پیوند می خورند، پروتون 2 کوارک بالا (u ) و یک کوارک پایین (d) دارد. نوترون d 2 و یک u را دارا است. رمز رهایی انرژی در شکافت، گداخت هسته ها، پیدایش استعدادات زمینه های برهم کنش هسته ای و گسیل پرتوها در انرژی پیوندی (بستگی) هسته ای هر اتم نهفته است. انرژی پیوندی در حین تشکیل هسته جدید از تجمع پروتون و نوترون آزاد می شود. جرم پروتون ها و نوترون ها کمتر از جرم واقعی اتم به وجود آمده است. فرمول نسبیت برابر با انرژی پیوندی است که اجزاء را در هسته نگه داشته است. این انرژی در هنگام تشکیل هسته (فوتون) خارج می شود و همین مقدار انرژی لازم است تا هسته به حالت اولش بازگردد.
منحنی انرژی پیوندی نشانگر این است که اتم ها از هیدروژن تا آهن به فیدان افزایش نوکلوئون هایشان پایدار می شوند. از آهن به بعد با افزایش میزان نوکلوئون ها از پایداری اتم ها کاسته می شود به طوری که اورانیوم 235 با اندکی انرژی القاپذیر و آماده شکافت می شود. هسته های سبک به وسیله گداخت و هسته های سنگین به وسیله شکافت به هسته میانی با پایداری بیشتر تبدیل می شوند (پیدایش و کاربردهای علوم و فناوری هسته ای : احمد قریب : 1384 : 9-2)
در اتم های یک عنصر چنانچه پروتونها و نوترون ها به صورت ناپایداری چیده شده باشد تابش زا یا رادیواکتیو خواهد بود. یک رادیواکتیو در اثر عدم تعادل مناسب میان تعداد پروتون ها و نوترون های خود در پی یافتن آرامش پایدار دچار واپاشی رادیواکتیو می شود. این واپاشی به صورت کاتوره ای نسبت به زمان رخ می دهد. ولی تعداد زیادی از مواد رادیواکتیو طول عمر قابل پیش بینی دارند.
زنجیره واپاشی رادیواکتیو
هسته دختر در دومین مکان به طور قطری و به سمت پایین و چپ قرار دارد. این مربع نمایانگر ایزوتوپ توریم 234 است. این نوکلوئید بر مبنای نشانه های تاریخی به صورت Vranium XI نمایش داده می شد که این نامی بود که قبل از توریم بدان اطلاق می شد.
ذرات هنگام واپاشی از خود پرتوهایی گسیل می کنند. به این عمل تابش زایی می گویند. در تابش زایی سه نوع پرتو گسیل می شود.
1) آلفا (یون مثبت هلیم)
2) بتا (الکترون منفی)
3) گاما (امواج پر انرژی الکترومغناطیس)
در میدان مغناطیسی پرتوهای آلفا در یک جهت و پرتوهای بتا در جهت مخالف آلفا حرکت می کنند و پرتوهای گاما انحراف ندارد.
توریم هنگام واپاشی یک الکترون منفی گسیل می کند. بنابراین کمبود جرم قابل ملاحظه نیست . اما در این صورت در میدان یک بار منفی کم است که به معنای افزایش یک واحد در عدد اتمی (z) خواهد بود که در اثر آن یک نوترون به یک پرتون تبدیل می شود. یک حرکت به بالا و یکی به سمت چپ باعث رسیدن به پروتکتینیم 243 می شود که آن هم دارای ایزومریک است و همراه با یک بتای منفی. بنابراین یک حرکت قطری به سمت بالا و چپ باعث رسیدن به اورانیوم می شود. اورانیم با گسیل یک ذره آلفا به توریم 230 تبدیل می شود. یک واپاشی آلفای دیگر موجب رسیدن به رادون 222 و سپس به پلوتونیم 218 و سرب 214 می شود. اما ایزوتوپ سرب بسیار ناپایدار است که با گسیل یک الکترون منفی به بیسموت 214 می رسد (پیدایش و کابردهای علوم و فناوری هسته ای : احمد قریب : 69-25).
چرخه ی سوخت
اکتشاف و استخراج سنگ معدن اورانیوم و تهیه 8O3U تغلیظ شده اگر هدف به کارگیری اورانیوم طبیعی در راکتورهای خنک کننده ی آب سنگین باشد ، 8O3Uمستقیماً به اکسید اورانیوم 2O U تبدیل می شود اما اگر هدف استفاده از سوخت در راکتورهای آبی باشد به 6UF یا هگزا فلوئور اورانیوم (HEX) تبدیل می شود. 6 UF سپس با یکی از روش های جداسازی ایزوتوپی غنی سازی می شود.
در مرحله ی بعدی به صورت پودر 2UO در می آید . این پودر به وسیله ی فرآیندهای پرس کردن، سینترینگ و سایش، تبدیل به قرص های سوخت شده و برای جایگزینی در میله های سوخت آماده می گردد. ساخت میله سوخت، با قرار دادن این قرص ها در غلاف و مسدود کردن دو انتهای آن انجام می گیرد. میله های ساخته شده پس از انجام کنترل های لازم به صورت مجتمع های سوخت درآمده و جهت قرار داد ن در راکتور آماده می شوند.