نقش و كاربرد انرژي هسته اي در كشاورزي

این متن شامل 54 صفحه می باشد 

تزايد روزافزون جمعيت و كمبود مواد غذايي در دنيا موجب توجه دانشمندان به ازدياد محصولات كشاورزي و همچنين بهبود كيفيت آنها گرديده است. در اين راستا مواد راديواكتيو به كمك بررسي‎هاي كشاورزي شتافت و انقلاب عظيمي در كشاورزي به وجود آورد به طوري كه عناصر راديواكتيو يا نشاندار در اكثر رشته‎هاي كشاورزي از جمله مديريت آب و خاك و تغذيه گياهي، اصلاح نباتات و ژنتيك، دامپروري، كنترل آفات، صنايع غذايي و محيط زيست مورد استفاده قرار گرفته‎اند.

نيل به سوي كشاورزي پايدار بستگي به تعامل بين مواد غذايي خاك و منابع آبي موجود جهت توليد عملكرد مناسب دارد. در اين خصوص با استفاده از ايزوتوپ‎ها مي‎توان ميزان مطلوب كاربرد كودهاي شيميايي، بهترين زمان مصرف آنها،‌ مكان و مقدار آنها در خاك، بررسي فعاليت ميكروارگانيسم‎هاي خاكزي و همچنين نحوة‌ انتقال عناصر غذايي در خاك و گياه را بررسي نمود.

استفاده از روش ايجاد موتاسيون به منظور تنوع بخشيدن به محتويات ژنتيكي با هدف ارتقاء صفات كمي و كيفي در گياهان زراعي مورد توجه خاص قرار گرفته است. از طرف ديگر با توجه به اينكه مصرف مواد شيميايي به منظور حفظ و نگهداري مواد غذايي نه تنها براي مصرف‎كنندگان بلكه براي محيط زيست مضر مي‎باشد، استفاده از پرتودهي محصولات كشاورزي به عنوان يك روش بي‎خطر استريليزه كردن در اكثر كشورهاي جهان متداول شده است. در رابطه با كنترل آفات از طريق پرتودهي و عقيم نمودن حشرات نيز گام‎هاي بسيار مثبتي در نقاط مختلف دنيا برداشته شده است.

مباني فيزيك هسته‎اي

ايزوتوپ‎ها (ويژگي‎ها و كاربرد)

اتم‎هاي يك عنصر را كه عدد اتمي يكسان و عدد جرمي متفاوت دارند، ايزوتوپ‎هاي آن عنصر مي‎نامند (بارهاي مثبت كه همان تعداد پروتون‎ها مي‎باشند را عدد اتمي و مجموع تعداد پروتون‎ها و نوترون‎هاي هستة يك اتم را عدد جرمي آن مي‎گويند).

ايزوتوپ‎هاي يك عنصر، اتم‎هايي هستند كه تعداد بارهاي مثبت موجود در هسته و نيز تعداد الكترون‎هايشان يكسان ولي تعداد نوترون‎هاي موجود در هستة آنها با هم متفاوت است. اغلب عناصر چند ايزوتوپ دارند و چون ساختار الكتروني ايزوتوپ‎ها يكسان است، واكنش‎هاي شيميايي آنها نيز مشابه مي‎شود (شكل 4-1). براي تشخيص هويت يك ايزوتوپ، عدد اتمي آن به صورت شاخص در پايين و سمت چپ نماد شيميايي آن، و عدد جرمي يا تعداد كل نوكلئون‎هاي آن به صورت شاخص در بالاي نماد شيميايي آورده مي‎شود. براي مثال سه ايزوتوپ اكسين را مي‎توان به صورت ، و نشان داد. اما از آنجا كه عدد اتمي مترادف با نماد شيميايي است معمولاً شاخص پايين حذف مي‎گردد. بنابراين به عنوان مثال ايزوتوپ اكسيژن به صورت O¹⁶ نمايش داده مي‎شود. بايد توجه داشت كه فراواني همة ايزوتوپ‎ها با هم برابر نيست به عنوان مثال در مورد اكسيژن، 975/99 درصد اتم‎هاي طبيعي از نوع ‎O¹⁶ مي‎باشند. در حالي كه انواع ‎O¹⁷ و ‎O¹⁸ به ترتيب 037/0 درصد و 204/0 درصد از اكسيژن طبيعي را تشكيل مي‎دهند. در بين عناصر شيميايي، تعداد محدودي از آنها در مطالعات بيولوژيك مورد استفاده قرار مي‎گيرند و هر كدام از آنها حداقل داراي دو ايزوتوپ پايدار هستند.

تابش گاما ‎)

پرتوهاي گاما عبارتند از تابش‎هاي الكترومغناطيسي تك انرژي كه از هسته‎هاي برانگيخته حاصل از تبديل پرتوزا گسيل مي‎شوند. به عبارت ديگر هرگاه هسته‎اي به هر علت در حالت تهييج قرار گيرد، انرژي تهييج خود را به صورت فوتون گاما ساطع مي‎كند. در اغلب واپاشي‎هاي و ، هستة دختر به حالت تحريك شده قرار مي‎گيرد كه اين انرژي تحريكي هسته به صورت فوتون‎هاي گاما از هسته تابش مي‎شود تا هسته به تراز انرژي پايين‎تر يا پايدار برگردد. نمايش عمومي توليد گاما را مي‎توان به صورت ‎ نشان داد. مانند:

اكتيويتة ويژه

يكي از مشخصه‎هاي مهم راديو ايزوتوپها، اكتيويتة ويژة آنها يعني ميزان اكتيويته در هر گرم از عنصر يا ماده است كه برحسب واحدهاي مختلفي از جمله بكرل بر گرم ‎(Bq/g)، ميكروكوري بر گرم ‎، واپاشي بر ميلي‎گرم در ثانيه ‎(dps/mg) و يا واپاشي بر ميلي‎گرم در دقيقه ‎(dpm/mg) بيان مي‎شود.

نيمه عمر

مدت زمان لازم براي كاهش هر ايزوتوپ پرتوزا به نصف مقدار اوليه‎اش، معياري از سرعت تبديل آن ايزوتوپ پرتوزا به ايزوتوپي ديگر است. اين دورة زماني را نيمه عمر مي‎نامند و براي هر ايزوتوپ خاصيتي تغييرناپذير مي‎باشد. نيمه عمر ايزوتوپ‎هاي پرتوزاي مختلف از چند ثانيه تا چند ميليارد سال متغير است.

بنابراين با توجه به مفهوم نيمه عمر مشخص مي‎شود كه پس از گذشت ‎n نيمه عمر از يك ايزوتوپ پرتوزا، كسر باقي مانده آن عبارت است از: كه در اين فرمول ‎₀A اكتيويتة اوليه و ‎A اكتيويتة برجاي مانده پس از ‎n نيمه عمر است.

كاربرد راديو ايزوتوپ‎ها

براي سهولت بيشتر مي‎توان كاربرد راديو ايزوتوپ‎ها را به چند بخش اصلي تقسيم كرد كه عبارتند از:

الف) تحت تابش قرار دادن يك مادة هدف به منظور ايجاد تغييراتي در خواص فيزيكي، شيميايي يا بيولوژيكي آن كه اين تغييرات ممكن است خاصيت يا سودمندي مادة هدف را تقويت كنند و يا آن را از بين ببرند.

ب) تزريق مقدار اندك راديوايزوتوپ به مواد به منظور رديابي آنها در يك فرايند خاص كه به عنوان مثال مي‎توان به مطالعات مربوط به فرسايش و رديابي جريان آب به منظور پيدا كردن منابع آب اشاره نمود.

ج) چشمه‎هاي ثابت پرتو را به عنوان سنجش‎گر يا وسيلة‌ اندازه‎گيري براي بعضي كميت‎ها مورد استفاده قرار مي‎دهند. مثلاً در اندازه‎گيري ضخامت، چگالي و بازرسي پرتونگاري مي‎توان از راديوايزوتوپ‎ها استفاده كرد.

د) چشمه‎هاي ثابت پرتو را براي توليد قدرت، گرما يا روشنايي نيز مورد استفاده قرار مي‎دهند.

عمرسنجي با ‎C14

بمباران زمين به وسيلة پرتوهاي كيهاني يك منبع ثابت نوتروني در جو توليد مي‎كند. اين نوترون‎ها با نيتروژن موجود در جو واكنش انجام داده و توليد ‎C¹⁴، ‎H³ و احتمالاً مقدار كمي ‎He⁴ با ‎Be¹¹ مي‎نمايند. ‎C¹⁴ و ‎H³ پرتوزا هستند و نيمه عمر ‎C¹⁴ برابر با 5720 سال است. فرض مي‎شود كه كربن پرتوزا براي تشكيل ₂CO با اكسيژن ايجاد واكنش مي‎كند و اين ₂CO¹⁴ با دي‎اكسيد كربن جو مخلوط مي‎شود. بنابراين مي‎توان گفت كه جذب نوترون‎هاي حاصل از پرتوهاي...