کاربرد‌های غیرنظامی فناوری هسته‌ای؛ از درمان بیماران تا سفر‌های فضایی

از دل کوچک‌ترین اجزای هستی، نیرویی برمی‌خیزد که تاریکی را روشن و رنج را درمان می‌کند. ذراتی که از هسته اتم آزاد می‌شوند، نه‌تنها موتور محرک نیروگاه‌ها و روشنایی خانه‌ها هستند، بلکه در اتاق‌های بیمارستان جان بیماران را نجات می‌دهند، در زمین‌های کشاورزی به حاصلخیزی خاک یاری می‌رسانند و در مسیرهای ناشناخته فضا، امید به آینده‌ای تازه را زنده نگاه می‌دارند. این نیروی پنهان، بی‌صدا اما ژرف، در تار و پود زندگی ما تنیده شده است.

آنچه در زیر می‌خوانید برخی از مهمترین قابلیت‌های وسیع فناوری هسته‌ای است که تأثیرات شگرفی در بهبود زندگی انسان و صنایع مختلف دارد.

هسته اتم‌ها برق تولید می‌کنند

یکی از موارد استفاده نیروگاه‌های هسته‌ای هستند که برق تولید می‌کنند. در این نیروگاه‌ها، معمولاً از شکافت هسته‌ای استفاده می‌شود به عبارت دیگر هسته‌های اتم‌های سنگین مانند اورانیوم یا پلوتونیوم به دو بخش شکسته می‌شوند و در این فرآیند مقدار زیادی انرژی آزاد می‌شود. این انرژی به صورت گرما تولید می‌شود که برای جوشاندن آب به کار می‌رود و بخار تولید می‌کند. بخار حاصل با فشار بالا توربین‌ها را به حرکت درمی‌آورد و توربین‌ها با چرخش خود ژنراتورهای برق را فعال می‌کنند تا برق تولید شود.

نیروگاه‌های هسته‌ای برخلاف نیروگاه‌های سوخت فسیلی، گازهای آلاینده و دی‌اکسید کربن تولید نمی‌کنند، بنابراین به کاهش آلودگی هوا و تغییرات اقلیمی نیز کمک می‌کنند. از سوی دیگر مقدار بسیار کمی از سوخت هسته‌ای انرژی زیادی تولید می‌کند. به عبارتی، یک مقدار کم اورانیوم می‌تواند برق زیادی تولید کند که این موضوع باعث صرفه‌جویی در منابع سوخت می‌شود.

همچنین این نیروگاه‌ها می‌توانند به طور مداوم و بدون وقفه برق تولید کنند و به همین دلیل منبعی پایدار و قابل اطمینان برای تأمین انرژی هستند. حال آنکه برخی منابع تجدیدپذیر تولید برق به شرایط آب و هوایی وابسته‌اند. البته باید توجه داشت که نیروگاه‌های هسته‌ای نسبت به نیروگاه‌های خورشیدی یا بادی، فضای کمتری برای تولید میزان مشابه برق نیاز دارند. در کنار این موارد باید اشاره کرد با استفاده از انرژی هسته‌ای وابستگی کشورها به نفت و گاز کاهش می‌یابد و تنوع منابع انرژی افزایش پیدا کند.

انرژی هسته‌ای؛ از تشخیص تا درمان بیماری‌ها

یکی دیگر از کاربردهای انرژی هسته‌ای در علم پزشکی است. بسیاری از فرایندهای تشخیصی و درمانی نیازمند انرژی هستند. یک مثال روشن از این روند استفاده از رادیوایزوتوپ‌ها برای تشخیص و تصویربرداری است.

رادیوایزوتوپ‌ها، ایزوتوپ‌های پرتوزا هستند که به بدن تزریق یا وارد می‌شوند. یکی از پرکاربردترین آن‌ها تکنسیوم -۹۹m است که برای اسکن و تصویربرداری اعضایی مانند قلب، استخوان، تیروئید و سایر اندام‌ها کاربرد دارد. این روش به پزشکان کمک می‌کند عملکرد و ساختار داخلی بدن را به صورت دقیق‌تری بررسی کنند و بیماری‌ها را زودتر تشخیص دهند.

علاوه بر آن رادیوایزوتوپ‌ها می‌توانند فعالیت‌های درون بدن را به صورت زنده و سه‌بعدی نشان دهند. این امر به پزشک کمک می‌کند بیماری‌هایی مثل مشکلات قلبی، تومورها یا اختلالات تیروئید را در مراحل اولیه تشخیص دهد.

دیگرمزیت استفاده از این روش‌ها آن است که برخلاف برخی روش‌های جراحی یا نمونه‌برداری، معمولاً کم‌تهاجمی است و برای بیمار دردناک نیست.

همچنین انرژی هسته‌ای قابلیت هدف‌گیری دقیق را نیز فراهم می‌کند رادیوداروها می‌توانند به طور خاص به نواحی خاص بدن مانند تومورها یا استخوان‌ها بروند و به این ترتیب درمان دقیق‌تری صورت گیرد. این روش‌ها اطلاعات کاملی از عملکرد و ساختار اندام‌ها می‌دهند که به کاهش تعداد آزمایش‌های دیگر کمک می‌کند.

تأثیر ذرات هسته‌ای بر درمان سرطان

علاوه بر آنچه درباره کاربرد انرژی هسته‌ای در عکسبرداری پزشکی گفته شد، در پرتودرمانی نیز برای درمان سرطان از پرتوهای پرانرژی برای از بین بردن سلول‌های سرطانی استفاده می‌شود. یکی از منابع پرتودهی در این روش، کبالت -۶۰ است که پرتوی گاما منتشر می‌کند.

همچنین از شتاب‌دهنده‌های خطی که پرتوهای الکترونی یا فوتون‌های با انرژی بالا تولید می‌کنند و می‌توانند به طور دقیق به تومورها تابانده شوند نیز استفاده می‌شود. پرتودرمانی به سلول‌های سرطانی آسیب می‌زند و باعث توقف رشد یا نابودی آنها می‌شود و در عین حال سعی می‌شود کمترین آسیب به بافت‌های سالم اطراف وارد شود.

درمان سرطان با پرتو درمانی را می‌توان در برخی موارد جایگزین جراحی کرد که قبل یا بعد از جراحی برای کاهش اندازه تومور و پیشگیری از بازگشت آن استفاده شود. این روش می‌تواند به کاهش درد ناشی از سرطان کمک کند و کیفیت زندگی بیماران را بهبود ببخشد. علاوه بر آن پرتودرمانی را می‌توان همراه با شیمی‌درمانی یا داروهای هدفمند برای افزایش اثربخشی درمان به کار برد.

پرتوهای گاما چاره جلوگیری از عفونت تجهیزات پزشکی

برای جلوگیری از عفونت، تجهیزات پزشکی و داروها باید کاملاً استریل شوند. در این حوزه نیز از پرتوهای گاما یا پرتوهای الکترونی تولیدی از منابع رادیواکتیو یا شتاب‌دهنده‌ها برای استریلیزاسیون استفاده می‌شود. این پرتوها می‌توانند میکروارگانیسم‌هایی مانند باکتری‌ها و ویروس‌ها را از بین ببرند بدون اینکه به خود تجهیزات آسیب برسانند. این روش به ویژه برای ابزارهای جراحی، سرنگ‌ها، باندها و داروهای حساس کاربرد دارد و جایگزین مناسبی برای روش‌های حرارتی یا شیمیایی است. فرآیند استریلیزاسیون با پرتوها سریع‌تر انجام می‌شود و می‌تواند در حجم بالا تجهیزات را به طور همزمان استریل کند.

شفادهندگی ایزوتوپ‌های پرتوزا در قالب دارو

رادیوداروها در حقیقت داروهایی حاوی ایزوتوپ‌های پرتوزا مثل ید -۱۳۱، لوتسیوم -۱۷۷ یا رادیوم -۲۲۳ هستند. این داروها به دو منظور عمده تشخیص و درمان بیماری استفاده می‌شوند. به طور دقیق‌تر در زمینه تشخیص با تزریق رادیودارو به بدن، می‌توان عملکرد اندام‌ها و بافت‌ها را با تصویربرداری هسته‌ای مشاهده کرد.

در حوزه درمان نیز برخی رادیوداروها مستقیماً به سلول‌های سرطانی یا بخش‌های بیمار متصل می‌شوند و با تابش پرتوی خود آن‌ها را تخریب می‌کنند مانند درمان سرطان‌های تیروئید با ید -۱۳۱. استفاده از رادیوداروها مزایای زیادی دارد. درمان هدفمند و دقیق که آسیب کمتری به بافت‌های سالم می‌زند.

از سوی دیگر نیاز به جراحی‌های تهاجمی یا شیمی‌درمانی گسترده کاهش می‌یابد. همچنین امکان تصویربرداری و درمان همزمان تومورهای کوچک یا بیماری‌های پیچیده نیز ممکن می‌شود. البته باید اشاره کرد برای تولید برخی ایزوتوپ‌های پزشکی از رآکتورهای تحقیقاتی استفاده می‌شود که سوخت‌شان باید غنی‌شده باشد. این رآکتورها به طور خاص طراحی شده‌اند تا ایزوتوپ‌های پرتوزا با کیفیت بالا و خلوص مناسب برای کاربردهای پزشکی تولید کنند.

کشاورزی مدرن در سایه فناوری هسته‌ای

انرژی هسته‌ای در حوزه کشاورزی و صنایع غذایی نیز کاربردهای زیادی دارد و با استفاده از آن می‌توان تنوع ژنتیکی ایجاد یا گیاهان و محصولات را نسبت به بیماری‌ها و آفات مقاوم کرد.

در همین راستا یکی از موارد استفاده انرژی هسته‌ای در بخش کشاورزی جهش‌زایی کنترل‌شده و به عبارت دقیق‌تر پرتودهی به بذرها است. در این روش، به بذرها پرتوهای یونیزان مانند گاما یا اشعه ایکس تابانده می‌شود تا تنوع ژنتیکی به وجود بیاید. این تنوع می‌تواند به تولید گیاهان جدید با ویژگی‌های بهتر مثل مقاومت به بیماری‌ها، خشکی یا آفات کمک کند.

در این روش هدف کنترل شده است، یعنی پرتوها به اندازه‌ای هستند که تغییرات مفید ایجاد کنند بدون اینکه بذر آسیب جدی ببیند.

مزایای این روش افزایش بهره‌وری و کیفیت محصولات کشاورزی، کاهش نیاز به کودها و سموم شیمیایی به دلیل مقاومت بیشتر گیاهان، ایجاد نژادهای جدید و متنوع متناسب با شرایط اقلیمی مختلف است. در بسیاری از کشورها مثل هند، ژاپن و ایران با استفاده از پرتودهی به بذرهای گندم، برنج و جو، نژادهای مقاوم به بیماری‌ها و خشکی تولید شده‌اند که عملکرد بهتری دارند.

دیگر کاربرد انرژی هسته‌ی ای کنترل آفات با روش حشرات نازا است که طی آن حشرات نر آفت‌ها با پرتوهای یونیزان عقیم می‌شوند. این حشرات نازا پس از رهاسازی در طبیعت، با حشرات ماده جفت‌گیری می‌کنند ولی جفت‌گیری باعث تولید مثل نمی‌شود. با گذشت زمان، جمعیت آفات کاهش می‌یابد و خسارات به محصولات کشاورزی کم می‌شود. در آمریکا و کشورهای اروپایی، این روش برای کنترل مگس میوه، کرم قوزه و سوسک‌ها به طور گسترده استفاده می‌شود.

به این ترتیب آفات با روشی زیست‌محیطی و بدون آلودگی شیمیایی از بین می‌روند و مصرف آفت کش‌های سمی و خطرناک نیز کاهش می‌یابد. در کنار این موارد تعادل اکوسیستم حفظ و از مقاومت آفات نسبت به سموم جلوگیری می‌شود.

همچنین این نوع انرژی در صنعت غذایی نیز کاربرد دارد. به عنوان مثال می‌توان ماندگاری موادغذایی را با پرتودهی افزایش داد.

در همین راستا به مواد غذایی مثل سیب‌زمینی، پیاز، غلات و میوه‌ها پرتوهای گاما یا الکترونی تابیده می‌شود که این پرتوها باعث کاهش میکروب‌ها و قارچ‌ها، جلوگیری از جوانه‌زنی و حفظ تازگی محصولات می‌شوند. پرتودهی باعث افزایش طول عمر نگهداری مواد غذایی بدون استفاده از مواد شیمیایی می‌شود.

استفاده از انرژی هسته‌ای در صنعت غذایی به کاهش هدر رفت و فساد مواد غذایی، حفظ ارزش غذایی و طعم بهتر نسبت به روش‌های نگهداری دیگر منجر می‌شود همچنین ارتقای ایمنی مواد غذایی و کاهش خطر بیماری‌های منتقل شونده از غذا را نیز به دنبال دارد.

انرژی هسته‌ای عیب یاب صنعت می‌شود

درکنار آنچه گفته شد انرژی هسته‌ای در صنایع مختلف دیگر نیز کاربردهایی دارد. به عنوان مثال از پرتوی گاما و نوترون (رادیوگرافی صنعتی) می‌توان در عیب‌یابی و کنترل کیفیت استفاده کرد. پرتوی گاما و نوترون برای رادیوگرافی صنعتی مانند شناسایی ترک و نقص در لوله‌ها، سازه‌ها کارآمد هستند. به طور دقیق‌تر پرتوهای گاما و نوترون برای تصویربرداری از داخل سازه‌ها، لوله‌ها و قطعات صنعتی استفاده می‌شوند. این روش به صورت غیرمخرب، ترک‌ها، حفره‌ها و نقص‌های داخلی را شناسایی می‌کند. به این ترتیب از خرابی‌های ناگهانی و هزینه‌برجلوگیری می‌شود، ایمنی سازه‌ها و تجهیزات صنعتی افزایش می‌یابد و امکان بازرسی دقیق بدون نیاز به باز کردن یا تخریب قطعات وجود دارد.

همچنین با کمک این انرژی بازرسی دقیق بدون نیاز به باز کردن یا تخریب قطعات ممکن می‌شود. در حفاری چاه‌های نفت و گاز، از ایزوتوپ‌های رادیواکتیو برای سنجش ویژگی‌های زمین‌شناسی مثل چگالی، رطوبت و ترکیب سنگ‌ها استفاده می‌شود. این اطلاعات به مهندسان کمک می‌کند بهترین محل حفاری و استخراج را انتخاب کنند. با چنین روشی دقت در تعیین مکان‌های غنی از نفت و گاز افزایش می‌یابد و در هزینه‌ها و زمان حفاری نیز صرفه جویی می‌شود. علاوه بر آن فرایند استخراج نیز بهینه سازی خواهد شد.

تولید هیدروژن با رآکتورهای پیشرفته هسته‌ای

رآکتورهای نسل آینده می‌توانند با استفاده از حرارت بالا، فرآیندهای تولید هیدروژن را انجام دهند. این روش می‌تواند منبعی پاک و پایدار برای تولید هیدروژن به عنوان سوخت آینده باشد و به تولید هیدروژن بدون انتشار گازهای گلخانه‌ای، تأمین انرژی پاک برای حمل و نقل و صنایع، کمک به کاهش وابستگی به سوخت‌های فسیلی منجر می‌شود.

کاربرد پرتوها در دفع زباله‌های شیمیایی و میکروبی

پرتوهای یونیزان می‌توانند مواد آلوده به میکروب‌ها یا مواد شیمیایی خطرناک را ضدعفونی و نابود کنند. این روش در تصفیه زباله‌های بیمارستانی، صنعتی و کشاورزی کاربرد دارد و عوامل بیماری‌زا و آلاینده‌ها را به صورت موثراز بین می‌برد، خطرات زیست‌محیطی و بهداشتی را کاهش می‌دهد و جایگزین مطمئن و سریع برای روش‌های سنتی دفع زباله است.

انرژی هسته‌ای امید انسان برای سفرهای طولانی فضایی

در کنار همه این موارد باتری‌های رادیوایزوتوپی انرژی پایدار و طولانی‌مدتی برای فضاپیماها و مریخ‌نوردها فراهم می‌کنند، مخصوصاً در محیط‌هایی که نور خورشید کافی نیست (مثل فضاهای عمیق یا سطح مریخ). چنین باتری‌هایی به تأمین انرژی بدون نیاز به نور خورشید یا سوخت اضافی منجر می‌شوند.

علاوه برآن به طولانی‌تر شدن عمر باتری‌ها منجر می‌شوند که امکان انجام ماموریت‌های بلند مدت فضایی را نیز فراهم می‌کند.

منبع: مهر