استفاده از انرژی هسته ای، یکی از اقتصادی ترین شیوه ها در دنیای صنعتی است و گستره عظیمی از کاربردهای مختلف، شامل تولید برق هسته ای، تشخیص و درمان بسیاری از بیماریها، کشاورزی و دامداری، کشف منابع آب و ... را در بر می گیرد.
انرژی هسته ای در مجموع، مانند یکی 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، که 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 2 که نشان دهنده انرژی زیاد حاصل از تبدیل مقدار کمی ماده به انرژی است.
انرژی هسته ای کاربردهای متعددی دارد که در یک تقسیم بندی کلی میتوان آن را به نظامی و غیرنظامی یا صلح جویانه تقسیم کرد. تولید برق، یکی از نیازهای روزمره و فوق العاده تأثیر گذار بر زندگی مردم است که اگر با صرفه اقتصادی بیشتر و آلودگی هرچه کمتر زیست محیطی همراه باشد به یقین خواهد توانست در اقتصاد کشور نقش بسزایی ایفا کند. انرژی هسته ای که از این دو شاخصه مهم برخوردار است، می تواند در این زمینه به کمک نیروگاه ها آمده و جهان را از بحران محدودیت منابع فسیلی رهایی بخشد. به همین دلیل، نیروگاه برق اتمی، اقتصادی ترین نیروگاهی است که امروزه در دنیا احداث می شود.
یکی از روشهای تشخیصی و درمانی ارزشمند در طب، پزشکی هسته ای است که در آن از ایزوتوپهای رادیو اکتیو (رادیو ایزوتوپ) برای پیشگیری، تشخیص و درمان بیماریها استفاده می شود. گفتنی است از رادیو ایزوتوپ ها 60 سال است که برای شناسایی و درمان بیماریها استفاده می شود. با کشف 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 کنترل آفات انباری، کاهش بار میکربی و قارچی بعضی از محصولات مانند زعفران و ادویه و تأخیر در رسیدن بعضی میوه ها به منظور افزایش زمان نگهداری آنها ..... در بخش کودها مطالعات مربوط به تغذیه گیاهی نیز از این روش استفاده می شود مانند نحوه جذب کودها و عناصر و ... .
با استفاده از تکنیک پرتوتابی هسته ای می توان تغییرات ژنتیکی مورد نظر را برای اصلاح محصول در توده های گیاهی به کار برد. برای نمونه کشور پاکستان که بیابان های وسیع و زمین های بایر فراوانی دارد، از راه کشاورزی هسته ای، ارقام پرمحصولی از گیاهان را در همین مناطق پرورش داده است.
نقش تکنیک های هسته ای در پیشگیری، کنترل و تشخیص بیماریهای دامی، نقش تکنیک های هسته ای در تولید مثل دام، نقش تکنیک های هسته ای در تغذیه دام، نقش تکنیک های هسته ای در اصلاح نژاد دام، نقش تکنیک های هسته ای در بهداشت و ایمنی محصولات دامی و خوراک دام.
کاربرد تکنیک های هسته ای در مدیریت منابع آب همان بهبود دسترسی به منابع آب جهان، یکی از زمینه های بسیار مهم توسعه شناخته شده است. بیش از یک ششم جمعیت جهان در مناطقی زندگی می کنند که دسترسی مناسب به آب آشامیدنی بهداشتی ندارند. تکنیک های هسته ای برای شناسایی حوزه های آبخیز زیرزمینی، هدایت آبهای سطحی و زیرزمینی، کشف و کنترل آلودگی و کنترل نشت و ایمنی سدها به کار می رود. از این تکنیک ها، برای شیرین کردن آب شور و آب دریا نیز استفاده می شود.
نمونه هایی برای طرح کاربرد انرژی هسته ای در بخش صنعت عبارتند از: تهیه و تولید چشمه های پرتوزایی کبالت برای مصارف صنعتی، تولید چشمه های ایریدیم برای کاربردهای صنعتی و بررسی جوشکاری در لوله های نفت و گاز، تولید چشمه های پرتوزا برای کاربردهای مختلف در علوم و صنعت از قبیل طراحی و ساخت انواع سیستم های هسته ای برای کاربردهای صنعتی مانند سیستم های سطح سنجی، ضخامت سنجی، چگالی سنجی و نظایر آن، اندازه گیری زغال سنگ، بررسی کوره های مذاب شیشه سازی برای تعیین اشکالات آنها، نشت یابی در لوله های انتقال نفت با استفاده از تکنیک هسته ای و ... .
انرژی هسته ای و کاربرد آن در کشاورزی
در تامین غذا برای چنین جمعیت در حال رشدی، کشت گیاهان زراعتی گندم(گیاه تک لپه) و لوبیا (گیاه دو لپه) به دلیل دارابودن ارزش غذایی بالا اهمیت ویژه أی پید کرده است.
● اثر مقادیر مختلف پرتو گاما بر روی رشد و نمو گیاه تک لپه گندم و دو لپه لوبیا
افزایش روز افزون جمعیت بشری یکی از معضلات دنیای متمدن امروزی است که خود مشکلات جدیدی از جمله کمبود مواد غذایی در اکثر نقاط جهان و بخصوص کشورهای در حال توسعه به همراه داشته است.
در تامین غذا برای چنین جمعیت در حال رشدی، کشت گیاهان زراعتی گندم(گیاه تک لپه) و لوبیا (گیاه دو لپه) به دلیل دارابودن ارزش غذایی بالا اهمیت ویژه أی پید کرده است. در این تحقیق با استفاده از تیمار بذرهای گندم(رقم مهدوی) و لوبیا (رقم لوبیا سفید دانشکده) و مقادیر مختلف پرتو گاما (صفر، ۵۰، ۱۰۰، ۱۵۰، ۲۰۰، ۲۵۰، ۳۰۰، ۳۵۰، ۴۰۰ گری) تغییرات مورفولوژیکی و برخی از پارمترهای رشد (ارتفاع گیاه، سطح برگ، تعداد برگ، وزن تر و خشک اندام هوایی، وزن خاکستر اندام هوایی، مقدار خاکستر اندام هوایی، خاکستر 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 مذکور سه تکرار در نظر گرفته شد و در هر تکرار(هرگلدان) پانزده بذر کاشته شد. قبل از اعمال هر تیمار بذرها به دو گروه خشک 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 کاشت و آبیاری در هر یک از ارقام مورد آزمایش یکسان در نظر گرفته شد.
پس از رشد گیاهان نسل والد و تولید خوشه (در گندم) و لگوم(در لوبیا) بذرهای حاصل از آنها بدون اینکه عملیات پرتوتابی راپشت سر بگذارند، در شرایطی همانند والدین کاشته شدند. در گیاهان نسل M۱ نیز تغییرات مورفولوژیکی و برخی از پارامترهای رشد بررسی گردید.
در تمام صفات مورد مطالعه با افزایش مقدار پر تو، پارامترهای رشد کاهش می یابد. به نظر می رسد که در مقادیر بالا پرتو شدت نقص های کروموزومی و فیزیولوژیکی بیشتر شده باشد. از جمله تغییرات مورفولوژیکی در گندم باریک شدن برگها و کوتاه شدن میانگره ها رامی توان ذکر کرد که 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 شکل برگی، رشد نامتعادل پهنک و کلروز برگی در مقادیر ۲۵۰ تا ۳۰۰ گری در گیاهان حاصل از بذرهای خشک در مقادیر ۵۰ گری پرتو گاما نمایان است.
مطالعه پارامترهای رشد در گیاهان نسل M گندم و لوبیا نشان می دهد که مقادیر ۱۰۰ و ۱۵۰ گری پرتو گاما موجب افزایش عملکرد گیاه می گردد. مطالعه پارامترهای رشد در گیاهان M۱ و مقایسه آن با نسل M نشان داد که از نظر درصد رشد، سطح برگ، تعداد برگ تفاوتی بین نسلها وجود ندارد. در حالیکه 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 کاهش 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 خشک اندام هوایی در گیاهان نسل M۱ در مقایسه با نسل M کاهش داشت ولی در مقدار ۳۰۰ گری پرتو گاما استثنائاً افزایش چشمگیری رانشان داد . به نظر می رسد که 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 که در دو نسل درصد رشد، سطح برگ، ارتفاع گیاه و وزن خشک از یک روند مشابهی تبعیت می کند. در گیاهان نسل M وزن تر اندام هوایی در مقادیر بالاتر از ۱۵۰ گری کاهش معنی داری در مقایسه با شاهد دارد در حالیکه در مقادیر ۵۰ تا ۱۵۰ گری تعداد برگ نسبت به شاهد افزایش معنی داری رادارد.
در حالیکه در نسل M۱ وزن تر اندام هوایی در مقادیر بالاتر از ۱۰۰ گری کاهش معنی داری نسبت به شاهد داشته در حالیکه تعداد برگ در مقدار مذکور 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:
رادیو گرافی
گامااسکن
استرلیزه کردن هسته ای و میکروب زدایی وسایل پزشکی با پرتو های
هسته ای
رادیو بیولوژی
عکس رادیو گرافی
▪ کاربردهای کشاورزی:
تشعشعات هسته ای کاربرد های زیادی در کشاورزی دارد که مهم ترین آنها عبارتست از:
موتاسیون(جهش) 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 C۱۴ در باستان شناسی خیلی مشهور است.