سلام الله علیک یا صاحب الزمان

کاربردهای فناوری هسته‌ای چیست؟

فواید و کاربردهای فناوری هسته‌ای چیست

کاربردهای فناوری هسته‌ای چیست: فناوری هسته‌ای در حوزه‌های گوناگون از جمله در کشاورزی، صنعت، باستان‌شناسی، پزشکی، فناوری‌های فضایی و حتی در شیرین‌سازی آب‌های شور کاربرد دارد. پس، تولید برق و انرژی هسته‌ای تنها یکی از کاربردهای فناوری هسته‌ای است. برای مثال، با استفاده از فناوری هسته‌ای می‌توان آب شور دریا را شیرین کرد تا مردمی که در مناطق خشک و کم‌آب زندگی می‌کنند نیز از نعمت آب سالم و قابل‌شرب استفاده کنند‌. تولید داروهای پرتوزا یا اصطلاحا رادیوداروها برای درمان بعضی از بیماری‌های خاص، از دیگر کاربردهای فناوری هسته‌ای است. در ادامه مطلب، با جزییات بیشتری توضیح می‌دهیم که کاربردهای فناوری هسته‌ای چیست.

توجه: «فناوری هسته‌ای» مفهوم وسیعی است که «انرژی هسته‌ای» یکی از نتایج کاربردی آن بشمار می‌رود. ما در مقاله‌ی پیشِ رو «کاربردهای فناوری هسته‌ای» را بررسی خواهیم کرد. برای آشنایی با «کاربردهای انرژی هسته‌ای» می‌توانید مقاله «کاربردهای انرژی هسته‌ای چیست؟» را مطالعه کنید.


مطلب مرتبط: چرخه سوخت هسته‌ای چیست و دارای چه مراحلی است؟


فواید و کاربردهای فناوری هسته‌ای

فناوری هسته‌ای کاربردهای متعددی دارد که بعضی از آن‌ها در زندگی روزمره ما اهمیت راهبردی دارند. برای مثال، با استفاده از انرژی هسته‌ای می‌توان برق پایدار تولید کرد. هر قرص کوچک اورانیوم تقریبا باندازه هزار کیلوگرم زغال سنگ، انرژی گرمایی تولید می‌کند و در عین حال، برخلاف زغال سنگ تقریبا هیچ گاز آلاینده‌ای در هوا پخش نمی‌کند. اما تولید برق هسته‌ای تنها یکی از کاربردهای فناوری هسته‌ای است. فناوریِ پیشرفته‌ی هسته‌ای در حوزه‌های دیگری مثل کشاورزی، صنعت، پزشکی، صنایع فضایی، باستان‌شناسی و حتی کشف جرم نیز کاربرد دارد و بعید نیست که در آینده با تحقیقات بیشتر، کاربردهای بیشتری یابد. در ادامه، بعضی از فواید و کاربردهای فناوری هسته‌ای را برمی‌شمریم و سپس هر یک را خلاصه‌وار توضیح می‌دهیم.

برخی از فواید و کاربردهای فناوری هسته‌ای در حوزه‌های گوناگون چنین هستند:

  • تولید برق هسته‌ای
  • شیرین کردن آب دریا
  • کشاورزی و صنایع غذایی
  • آب‌شناسی
  • صنایع و اکتشافات فضایی
  • تولید هیدروژن
  • معدن
  • صنعت
  • پزشکی و داروسازی
  • اعتبارسنجی آثار هنری و باستانی

تولید برق هسته‌ای

تولید برق، ‌از آشناترین کاربردهای فناوری هسته‌ای است. در نیروگاه‌های فعلی با استفاده از شکافت هسته‌ای انرژی گرمایی عظیمی تولید می‌کنند. گرمای حاصل از شکافت هسته‌ای، آب موجود در راکتور را به بخار بسیار داغی تبدیل می‌کند که با فشار به پره‌های توربین برمی‌خورد و توربین را می‌چرخاند. نتیجتاً مولد یا ژنراتوری که به محور توربین متصل است نیز به چرخش درمی‌آید و انرژی مکانیکی را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند. برق حاصله به شبکه توزیع تزریق می‌شود تا خانه‌ها و ساختمان‌ها و صنایع از آن بهره ببرند.

با استفاده از انرژی هسته‌ای می‌توان برق پایدار تولید کرد. برای مثال، نیروگاه‌های خورشیدی فقط هنگام روز و وقتی که آسمان آفتابی یا نیمه‌آفتابی است انرژی تولید می‌کنند. اما نیروگاه‌های هسته‌ای تا وقتی که سوخت‌شان تامین شود، شب‌ و روز برق تولید می‌کنند و تنها هنگام تعویض سوخت یا بررسی‌ها یا تعمیرات دوره‌ای برای مدت کوتاهی از مدار خارج می‌شوند و سپس مجددا به مدار بازمی‌گردند. ضمنا نیروگاه‌های برق هسته‌ای برخلاف نیروگاه‌های سوخت فسیلی، گاز آلاینده در هوا منتشر نمی‌کنند و لذا منبع بسیار پاک‌تری به‌شمار می‌روند.

 

نمک‌زدایی و شیرین کردن آب‌ دریا

امروزه بسیاری از مناطق جهان با کمبود آب مواجه هستند. تامین آب آشامیدنی در مناطق خشک و کویری سخت‌تر است. اما به لطف خدا کشور ما از جنوب و شرق به دریا راه دارد. لذا می‌توانیم با جدا کردن نمک و ناخالصی از آب شور دریا، آن‌را شیرین کنیم و در دسترس مردم مناطق کم‌آب قرار دهیم. برای این‌کار به انرژی گرمایی نیاز داریم تا بتوانیم نمک را از آب شور جدا کنیم. تصفیه‌خانه‌ها و کارخانه‌های آب‌شرین‌کن دنیا، برای تولید گرمای موردنیازشان اغلب سوخت‌ فسیلی می‌سوزانند و این سوخت‌ها هوا را آلوده می‌کنند. اما با بهره‌گیری از انرژی و سوخت هسته‌ای (مثل اورانیوم) می‌توان بدون انتشار کربن در هوا، آب را شیرین کرد.

فواید و کاربردهای فناوری هسته‌ای: شیرین کردن آب دریا

کشاورزی و صنایع غذایی

کشاورزان برای مقابله با حشره‌های آفت‌زا که محصولات‌شان را نابود می‌کنند، می‌توانند به‌جای استفاده از سموم شیمیایی از ایزوتوپ‌های پرتوزا (رادیو ایزوتوپ) بهره ببرند. با کمک ایزوتوپ‌های پرتوزا حشره‌های نر قابلیت تولیدمثل‌شان را از دست می‌دهند و نتیجتاً جمعیت آفت‌ها بسیار کاهش می‌یابد و یا حتی از بین می‌رود.

انرژی هسته‌ای در حفظ و نگهداری محصولات غذایی هم کاربرد دارد. برای این منظور از روشی موسوم به تابش مستقیم (direct irridation) استفاده می‌کنند؛ یعنی به مواد غذایی پرتو می‌تابانند تا ارگانیسم‌های مضرشان نابود ‌شود. لذا ماده غذایی بی‌آنکه بپزد یا خواصش را از دست بدهد، در برابر فساد مقاوم می‌شود. حتی لازم نیست به خوراکی‌ها افزودنی‌های نگهدارنده‌ی شیمیایی اضافه یا آن‌ها را منجمد یا بخوردهی کرد؛ لذا روش مذکور در مقایسه با دیگر روش‌های حفظ و نگهداری مواد غذایی، انرژی کمتری مصرف می‌کند. همچنین، تلفات محصولات پس از برداشت را کاهش و در عین حال، دوام و زمان انقضای ماده خوراکی را افزایش می‌دهد و چون اصطلاحا نوعی فرآیند سرد است، مواد غذایی تازگی و کیفیت فیزیکی‌شان را حفظ می‌کنند.

سازمان غذا و دارو، سازمان بهداشت جهانی و آژانس بین‌المللی انرژی اتمی، روش پرتوتابی مستقیم به مواد غذایی ‌را پذیرفته‌اند. با این‌حال، شاید لازم باشد که تحقیقات و بررسی‌های بیشتر و مستمری صورت گیرد تا از بی‌خطر بودن این روش برای سلامت انسان و سایر موجودات مطمئن شویم.

 

کاربرد فناوری هسته‌ای در  آب‌شناسی

آب‌شناسی ایزوتوپی (isotope hydrology) از دیگر کاربردهای فناوری هسته‌ای و روشی برای دنبال کردن آب در چرخه هیدرولوژیک است. با استفاده از ایزوتوپ‌های پایدار و ایزوتوپ‌های پرتوزا (رادیوایزوتوپ‌ها) می‌توان منابع آب زیرزمینی را شناسایی و منشأ آن‌ها را پیدا کرد، نوع بار الکتریکی آن‌ها را تشخیص داد و متوجه شد که آیا منابع پایداری هستند یا نه. همچنین با استفاده از ایزوتوپ‌های مذکور می‌توان دریافت که آیا آب‌های آب‌های شور به منابع زیرزمینی آب شیرین نفوذ کرده و آن‌ها را آلوده کرده‌اند یا خیر.

دانشمندان میزان پرتوزاییِ تریتیوم (یکی از ایزوتوپ‌های هیدروژنِ) را در عمق‌های مختلف زمین اندازه می‌گیرند تا میزان تغییرات آن‌را دریابند و بتوانند منابع آب زیرزمینی را بهتر مدیریت کنند. بدین‌ترتیب، اقلیم‌شناسان درباره روند تحول و تکامل آب و هوا داده‌های دقیق‌تر و قابل‌اعتمادتری گردآوری و تاثیر رویدادهای آتی را تعیین می‌کنند.

ضمنا به‌کارگیری این‌نوع روش‌های هسته‌ای در حل مسائل مختلف مرتبط با آلودگی از جمله مشکلات ناشی از دی‌اکسید گوگرد، تخلیه گاز در سطح زمین هنگام نشت نفت، پسماندهای کشاورزی، آلودگی آب و آلودگی‌ ناشی از فعالیت‌های شهری نتایج موفقیت‌آمیزی داشته است.

کاربرد جالب دیگر، کاوشگرهای نوترونیک است که برای اندازه‌گیری رطوبت به‌کار می‌روند. آن‌ها برای استفاده حداکثری از منابع آبی بسیار مفیدند. در برخی موارد ممکن است تا ۴۰ درصد در مصرف آب صرفه‌جویی به بار آورند.

 

اکتشافات فضایی

کاوشگرهای فضایی هرچه سوخت یا انرژی بیشتری داشته باشند، بُردشان هم بیشتر می‌شود؛ یعنی می‌توانند به نقاط دورتری از فضا سفر کنند و یا مدت بیشتری در فضا بمانند و داده‌های بیشتری به زمین بفرستند. امروزه ابزارهای مورداستفاده در ماهواره‌ها و کاوشگرهای فضایی ژنراتورهای قوی‌تری دارند تا بتوانند به سیاره‌های منظومه شمسی برسند و داده‌های‌شان را به زمین مخابره کنند. اما برای سفرهای بدون‌سرنشین به سیاره‌های فراخورشیدی، برق فراوانی لازم دارید زیرا سیاره‌های فراخورشیدی بسیار از ما دور هستند. برای چنین ماموریت‌هایی می‌توان از باتری هسته‌ای۱ که به‌آن سامانه‌‌ی نیروی رادیوایزوتوپی۲ هم می‌گویند.

در باتری‌های هسته‌ای از رادیوایزوتوپ‌ِ پلوتونیوم-۲۳۸ استفاده می‌کنند که نیمه‌ی عمرش ۸۷,۷۴۰ سال است و لذا می‌تواند قرن‌ها فعال بماند و انرژی موردنیازِ ماموریت‌های فضایی بلندمدت را تامین کند.

باتری‌ هسته‌ای وسیله پیشرفته‌ای است. با کمک باتر‌های هسته‌ای می‌توانیم کاوشگرهای فضایی را به سفرهای بین‌سیاره‌ای بفرستیم و یا آن‌ها را سال‌ها بر فراز اجرام دوردستِ منظومه شمسی مثل «مریخ» و «زحل» و «مشتری» و «پلوتون» به کار بگماریم تا برای‌مان داده‌های علمی بفرستند.

 

تولید هیدروژن پاک

هیدروژن را می‌توان یکی از سوخت‌های مهم آینده دانست. بسیاری از کارخانه‌های تولید هیدروژن، انرژی و گرمای موردنیازشان را از سوخت‌های فسیلی مثل گاز طبیعی تامین می‌کنند که نتیجتاً هوا را آلوده می‌کنند. اما با استفاده از نیروگاه‌های برق هسته‌ای می‌توان هیدروژن پاک تولید کرد و حتی برای تولید آمونیاک و نیتروژن در کودها نیز از آن بهره برد. هیدروژن در پالایش فولاد و همچنین در تولید سوخت‌های ترکیبی مخصوص کِشتی‌های باری نیز کاربرد دارد و بدین‌ترتیب می‌تواند میزان انتشار کربن در هوا را بطور چشمگیری کاهش ‌دهد.

کاربرد فناوری هسته‌ای: تولید هیدروژن

کاربردهای فناوری هسته‌ای در صنعت

صنایع متعدد از کشاورزی تا تولید برای ارزیابی کیفیت مواد، محصولات و فرآیندها از نوکلئیدهای پرتوزا بهره می‌برند. همانطور که پزشک با استفاده از پرتو ایکس می‌تواند از میزان شکستگی استخوان بیمار تصویر دقیقی بگیرد، در صنعت نیز برای بررسی ترک‌خوردگی‌های احتمالی در ریخته‌گری فلزها می‌توان از پرتو ایکس و پرتو گاما بهره برد.

پرتوتابی شمش سیلیسیم در راکتور ویژگی‌های نیمه‌رسانایی آن‌را بطور دقیق تغییر می‌دهد. بمباران سیلیسیم با نوترون‌ها برای مدت‌زمانی بسیار خاص و دقیق برخی از اتم‌های سیلیسیم را به اتم فسفر تبدیل می‌کند. صنایع رایانه و الکترونیک به‌ این‌نوع سیلیکونِ اصطلاحا داپ شده بسیار نیاز دارند زیرا خواصش بهبود یافته و برای استفاده در اجزای الکترونیکی باکیفیت مثل ماهواره‌ها بسیار باارزش است.

کاربرد فناوری هسته‌ای در اکتشافات معدن

منابع رادیواکتیو بطور گسترده در صنعت معدن کاربرد دارند. برای مثال، آزمایش غیرمخربِ گرفتگی و جوش‌خوردگی لوله‌ها، اندازه‌گیری چگالی مواد جهت حفاری در آن‌ها، آزمایش ویژگی‌های دینامیک کوره‌های بلند، اندازه‌گیری مواد فرّارِ آتش‌زا در زغال‌سنگ، و تجزیه‌وتحلیل سهل و سریعِ طیف گسترده‌ای از مواد و سوخت‌ها از آن جمله است.

شرکت‌های معدنی برای مکان‌یابی و سنجش مقدار ذخایر مواد معدنی و نیز جهت نقشه‌برداری خطوط زمین‌شناسی با استفاده از چاه‌های آزمایشی و حفره‌های معدنی و نیز برای تعیین وجود هیدروکربن‌ها از رادیونوکلئیدها بهره می‌برند. در عملیات آسیاب و شناورسازی (flotation)، ابزارهایی که از منابع رادیواکتیو استفاده می‌کنند، گسترده هستند. با کمک چنین ابزارهایی می‌توان بدون تماس مستقیم اندازه‌گیرهای دقیق و قابل‌اعتماد انجام داد.

 

کاربردهای فناوری هسته‌ای در پزشکی و داروسازی

پزشکی هسته‌ای و تولید رادیوداروها از مهم‌ترین و رایج‌ترین کاربردهای فناوری هسته‌ای است. در بعضی از کشورهای دنیا، تشخیص و درمان بیماری با طب هسته‌ای روشی بسیار رایج، مطمئن و دقیق است. امروزه فناوری هسته‌ای در شاخه‌های مختلف پزشکی از جمله در تومورشناسی، قلب و عروق، عصب‌شناسی، درمان بیماری‌های ریوی، و پزشکی اطفال به‌کار می‌رود.

در تصویربرداری پزشکی هسته‌ای با دوربین‌های مخصوص و با کمک ایزوتوپ‌های پرتوزا از اعضای بیمار تصویر می‌گیرند تا پزشک بتواند محل و اندازه تومورها و سایر موارد لازم را مشخص کند. به‌علاوه، پزشکان با استفاده از ایزوتوپ‌های پرتوزا بافت‌های معیوب را می‌کُشند و اندازه تومور را کاهش و درد را تسکین می‌دهند.

 

هنر و باستان‌شناسی

با استفاده از فناوری هسته‌ای می‌توان سن و اعتبار آثار باستانی یا هنری را مشخص کرد. برای این منظور از پرتونگاری ایکس و نیز از ایزوتوپ کربن-۱۴ استفاده می‌کنند که شامل تعیین مقدار این ایزوتوپ در یک جسم آلی (ارگانیک) برای یافتن سن نمونه است. فناوری مذکور به اثر هنری یا باستانی آسیب نمی‌زند و با استفاده از آن می‌توان عمق آثار هنری را بررسی کرد تا دریافت که هنرمند از چه شیوه‌هایی استفاده کرده است، ترکیب‌بندی را چگونه تغییر داده است، ترمیم‌های قبلی‌اش چگونه بوده است یا اعتبار اثر هنری یا باستانی چه حد است.

 

کاربرد فناوری هسته‌ای در کشف جرم

محققان و کارشناسان کشف جرم، مکررا برای به دست آوردن شواهد فیزیکی درباره مظنونان از ایزوتوپ‌های پرتوزا بهره می‌برند، زیرا ایزوتوپ‌های پرتوزا آثار شیمیایی به‌جای مانده روی موادی مثل شیشه، باروت، سرب، و سموم را مشخص می‌کنند.


جمع‌بندی: فواید و کاربردهای انرژی هسته‌ای چیست؟

توضیح دادیم که کاربردهای انرژی هسته‌ای چیست. گفتیم که تولید برق پایدار تنها یکی از کاربردهای فناوری‌ هسته‌ای است. فناوری هسته‌ای در حوزه‌های متعدد از جمله در کشاورزی و جهت کنترل آفت‌ها، افزایش تولید غذا و کاهش مصرف کودهای ضروری بسیار مفید است. از فناوری هسته‌ای برای شیرین کردن آب شور دریا، ارزیابی منابع آب زیرزمینی، تعیین قدمت و اصالت اشیا و اسناد باستانی یا هنری، تامین گرمای موردنیاز صنایع مختلف، اکتشاف معادن و تشخیص و درمان بعضی از بیماری‌ها نیز استفاده می‌شود.


پی‌نوشت:

  • Nuclear battery
  • RPS (مخفف Radioisotope power systems)