انرژی هسته ای

اورانیوم (Uranium) یکی از چگالترین فلزات رادیو اکتیو است که در طبیعت یافت می شود. این فلز در بسیاری از قسمتهای دنیا در صخره ها، خاک و حتی اعماق دریا و اقیانوس ها وجود دارد. اگر بخواهید از میزان موجودیت آن ایده ای بدست آورید باید بگوییم که میزان وجود و پراکندگی آن از طلا، نقر یا جیوه بسیار بیشتر است.
اورانیوم در طبیعت بصورت اکسید و یا نمک های مخلوط در مواد معدنی (مانند اورانیت یا کارونیت) یافت می شود. این نوع مواد اغلب از فوران آتشفشانها بوجود می آیند و نسبت وجود آنها در زمین چیزی معادل دو در میلیون نسبت به سایر سنگها و مواد کانی است. این فلز به رنگ سفید نقره ای است و کمی نرم تر از استیل بوده و تقریبآ قابل انعطاف است.
اورانیوم در سال 1789 توسط مارتین کلاپورت (Martin Klaproth) شیمی دان آلمانی از نوعی اورانیت بنام Pitchblende کشف شد. وجه تسمیه این فلز به کشف سیاره اورانوس بازمی گردد که هشت سال قبل از آن، ستاره شناسان آنرا کشف کرده بودند.
اورانیوم یکی از اصلی ترین منابع گرمایشی در مرکز زمین است و بیش از 40 سال است که بشر برای تولید انرژی از آن استفاده می کند.
دانشمندان معتقد هستند که اورانیوم بیش از 6.6 بیلیون سال پیش در اثر انفجار یک ستاره بزرگ بوجود آمده و در منظومه شمسی پراکنده شده است.
برای درک بهتر از توانایی اورانیوم در تولید انرژی لازم است نگاهی به ساختمان اتمی این فلز داشته باشیم.
اورانیوم را بهتر بشناسیم
اورانیم را درواقع می توان سنگین ترین (به بیان دقیقتر چگالترین) عنصر در طبیعت نامید. شاید بد نباشد بدانید که در این میان هیدروژن سبکترین عناصر طبیعت است.
اورانیوم خالص حدود 18.7 بار از آب چگالتر است و همانند بسیاری از دیگر مواد رادیو اکتیو در طبیعت بصورت ایزوتوپ یافت می شود.
بطور ساده ایزوتوپ حالت خاصی از حضور یک عنصر در طبیعت است که در هسته آن به تعداد مساوی - با عنصر اصلی - پروتون وجود دارد اما تعداد نوترون های آن متفاوت است. بنابراین طبق این تعریف ساده می توان دریافت که ایزوتوپ های یک عنصر عدد اتمی مشابه خود عنصر را خواهند داشت اما وزن اتمی متفاوتی دارند.

نمایی از یک رآکتور هسته ای

اورانیوم شانزده ایزوتوپ دارد که هریک از آنها دارای وزن اتمی خاصی هستند. حدود 99.3 درصد از اورانیومی که در طبیعت یافت می شود ایزوتوپ 238 (U-238) است و حدود 0.7 درصد ایزوتوپ 235 (U-235)، سایر ایزوتوپ ها بسیار نادر هستند.

در این میان ایزوتوپ 235 برای بدست آوردن انرژی از نوع 238 آن بسیار مهمتر است چرا که U-235 (با فراوانی تنها 0.7 درصد) آمادگی آنرا دارد که تحت شرایط خاص شکافته شده و مقادیر زیادی انرژی آزاد کند. به این ایزوتوپ Fissil Uranium، به معنای اروانیوم شکافتنی هم گفته می شود و برای این عملیات از اصطلاح شکافت هسته ای یا Nuclear Fission استفاده می شود.
اورانیوم نیز همانند سایر مواد رادیواکتیو دچار پوسیدگی و زوال می شود. مواد رادیو اکتیو دارای این خاصیت هستند که از خود بطور دائم ذرات آلفا و بتا و یا اشعه گاما منتشر می کنند.
U-238 باسرعت بسیار کمی فسیل می شود و نیمه عمر آن چیزی در حدود 4,500 میلون سال (تقریبآ معادل عمر زمین) است.
این موضوع به این معنی است که با فسیل شدن اورانیوم با همین سرعت کم انرژی معادل 0.1 وات برای هر یک تن اورانیوم تولید می شود و این برای گرم نگاه داشتن هسته زمین کافی است.
نگاه ساده به شکاف هسته ای اورانیوم
گفتیم که U-235 قابلیت شکاف هسته ای دارد. این نوع از اتم اورانیوم دارای 92 پروتون و 143 نوترون است (بنابراین جمعآ 235 ذره در هسته خود دارد و به همین دلیل U-235 نامیده می شود)، کافی است یک نوترون دریافت کند تا بتواند به دو اتم دیگر تبدیل شود.
این عمل با بمباران نوترونی هسته انجام می گیرد، در این حالت یک اتم U-235 به دو اتم دیگر تقسیم می شود و دو ، سه و یا بیشتر نوترون آزاد می شود. نوترون های آزاد شده خود با اتم های دیگر U-235 ترکیب می شوند و آنها را تقسیم کرده و به همین منوال یک واکنش زنجیره ای از تقسیم اتم های U-235 تشکیل می شود.
اتم U-235 با دریافت یک نوترون به اورانیوم 236 تبدیل می شود که ثبات و پایداری نداشته و تمایل دارد به دو اتم با ثبات تقسیم شود. انجام عمل تقسیم باعث آزاد شدن انرژی می شود بگونه ای که جمع انرژی حاصل از تقسیم زنجیره اتمهای U-235 بسیار قابل توجه می شود.
نمونه ای از این واکنش ها به اینصورت است :

U-235 + n ==> Ba-141 + Kr-92 + 3n + 170 Million electron Volts
U-235 + n ==> Te-139 + Zr-94 + 3n + 197 Million electron Volts

که در آن :

1 electron Volt = 1.602 x 10 ^-19 joules

(یک ژول انرژی معادل توان یک وات برای مصرف در یک ثانیه است.)
مجموع این عملیات ممکن است در محلی بنام رآکتور هسته ای انجام گیرد. رآکتور هسته ای می تواند انرژی آزاد شده را برای گرم کردن آب استفاده نماید تا در نهایت از آن برای راه اندازی توربین های بخار و تولید برق استفاده شود.

کاربردهایانرژی هسته ای

دید کلی:

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 27 ژوئن سال 1958 در شوروی سابق ساخته شد. که قدرت آن 5000 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 .

 

 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 90 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 90 می باشد .

برق هسته‌ای

مقدمه

از مهمترین منابع استفاده صلح آمیز از انرژی اتمی ، ساخت راکتورهای هسته‌ای جهت تولید برق می‌باشد. راکتور هسته‌ای وسیله‌ای است که در آن فرآیند شکافت هسته‌ای بصورت کنترل شده انجام می‌گیرد. در طی این فرآیند انرژی زیاد آزاد می‌گردد به نحوی که مثلا در اثر شکافت نیم کیلوگرم اورانیوم انرژی معادل بیش از 1500 تن زغال سنگ بدست می‌آید. هم اکنون در سراسر جهان ، راکتورهای متعددی در حال کار وجود دارند که بسیاری از آنها برای تولید قدرت و به منظور تبدیل آن به انرژی الکتریکی ، پاره‌ای برای راندن کشتیها و زیردریائیها ، برخی برای تولید رادیو ایزوتوپوپها و تحقیقات علمی و گونه‌هایی نیز برای مقاصد آزمایشی و آموزشی مورد استفاده قرار می‌گیرند. در راکتورهای هسته‌ای که برای نیروگاههای اتمی طراحی شده‌اند (راکتورهای قدرت) ، اتمهای اورانیوم و پلوتونیم توسط نوترونها شکافته می‌شوند و انرژی آزاد شده گرمای لازم را برای تولید بخار ایجاد کرده و بخار حاصله برای چرخاندن توربینهای مولد برق بکار گرفته می‌شوند.

انواع راکتور اتمی

راکتورهای اتمی را معمولا برحسب خنک کننده ، کند کننده ، نوع و درجه غنای سوخت در آن طبقه بندی می‌کنند. معروفترین راکتورهای اتمی ، راکتورهایی هستند که از آب سبک به عنوان خنک کننده و کند کننده و اورانیوم غنی شده (2 تا 4 درصد ²³⁵U) به عنوان سوخت استفاده می‌کنند. این راکتورها عموما تحت عنوان راکتورهای آب سبک (LWR) شناخته می‌شوند. راکتورهای PWR ، BWR و WWER از این دسته‌اند. نوع دیگر ، راکتورهایی هستند که از گاز به عنوان خنک کننده ، گرافیت به عنوان کند کننده و اورانیوم طبیعی یا کم غنی شده به عنوان سوخت استفاده می‌کنند. این راکتورها به گاز - گرافیت معروفند. راکتورهای GCR ، AGR و HTGR از این نوع می‌باشند.
راکتور PHWR راکتوری است که از آب سنگین به عنوان کند کننده و خنک کننده و از اورانیوم طبیعی به عنوان سوخت استفاده می‌کند. نوع کانادایی این راکتور به CANDU موسوم بوده و از کارایی خوبی برخوردار می‌باشد. مابقی راکتورها مثل FBR (راکتوری که از مخلوط اورانیوم و پلوتونیوم به عنوان سوخت و سدیم مایع به عنوان خنک کننده استفاده کرده و فاقد کند کننده می‌باشد) LWGR (راکتوری که از آب سبک به عنوان خنک کننده و از گرافیت به عنوان کند کننده استفاده می‌کند) از فراوانی کمتری برخوردار می‌باشند. در حال حاضر ، راکتورهای PWR و پس از آن به ترتیب PHWR ، WWER ، BWR فراوانترین راکتورهای قدرت در حال کار جهان می‌باشند.

تاریخچه

به لحاظ تاریخی اولین راکتور اتمی در آمریکا بوسیله شرکت "وستینگهاوس" و به منظور استفاده در زیر دریائیها ساخته شد. ساخت این راکتور پایه اصلی و استخوان بندی تکنولوژی فعلی نیروگاههای اتمی PWR را تشکیل داد. سپس شرکت جنرال الکتریک موفق به ساخت راکتورهایی از نوع BWR گردید. اما اولین راکتوری که اختصاصا جهت تولید برق طراحی شده ، توسط شوروی و در ژوئن 1954در "آبنینسک" نزدیک مسکو احداث گردید که بیشتر جنبه نمایشی داشت. تولید الکتریسیته از راکتورهای اتمی در مقیاس صنعتی در سال 1956 در انگلستان آغاز گردید.
تا سال 1965 روند ساخت نیروگاههای اتمی از رشد محدودی برخوردار بود، اما طی دو دهه 1966 تا 1985 جهش زیادی در ساخت نیروگاههای اتمی بوجود آمده است. این جهش طی سالهای 1972 تا 1976 که بطور متوسط هر سال 30 نیروگاه شروع به ساخت می‌کردند بسیار زیاد و قابل توجه است. یک دلیل آن شوک نفتی اوایل دهه 1970 می‌باشد که کشورهای مختلف را بر آن داشت تا جهت تأمین انرژی مورد نیاز خود بطور زاید الوصفی به انرژی هسته‌ای روی آورند. پس از دوره جهش فوق یعنی از سال 1986 تا کنون روند ساخت نیروگاهها به شدت کاهش یافته ، بطوریکه بطور متوسط سالیانه 4 راکتور اتمی شروع به ساخت می‌شوند.

سهم برق هسته‌ای در تولید برق کشورها

کشورهای مختلف در تولید برق هسته‌ای روند گوناگونی داشته‌اند. به عنوان مثال کشور انگلستان که تا سال 1965 پیشرو در ساخت نیروگاه اتمی بود، پس از آن تاریخ ، ساخت نیروگاه اتمی در این کشور کاهش یافت، اما برعکس در آمریکا به اوج خود رسید. کشور آمریکا که تا اواخر دهه 1960 تنها 17 نیروگاه اتمی داشت، در طول دهه های 1970و 1980 بیش از 90 نیروگاه اتمی دیگر ساخت. این مسئله نشان دهنده افزایش شدید تقاضای انرژی در آمریکاست. هزینه تولید برق هسته‌ای در مقایسه با تولید برق از منابع دیگر انرژی در آمریکا کاملا قابل رقابت می‌باشد.

هم اکنون فرانسه با داشتن سهم 75 درصدی برق هسته‌ای از کل تولید برق خود در صدر کشورهای جهان قرار دارد. پس از آن به ترتیب لیتوانی (73 درصد) ، بلژیک (57 درصد) ، بلغارستان و اسلواکی (47 درصد) و سوئد (48.6 درصد) می‌باشند. آمریکا نیز حدود 20 درصد از تولید برق خود را به برق هسته‌ای اختصاص داده است. گرچه ساخت نیروگاههای هسته‌ای و تولید برق هسته‌ای در جهان از رشد انفجاری اواخر دهه 1960 تا اواسط 1980 برخوردار نیست، اما کشورهای مختلف همچنان درصدد تأمین انرژی مورد نیاز خود از طریق انرژی هسته‌ای می‌باشند.
طبق پیش بینیهای به عمل آمده روند استفاده از برق هسته‌ای تا دهه‌های آینده همچنان روند صعودی خواهد داشت. در این زمینه ، منطقه آسیا و اروپای شرقی به ترتیب مناطق اصلی جهان در ساخت نیروگاه هسته‌ای خواهند بود. در این راستا ، ژاپن با ساخت نیروگاههای اتمی با ظرفیت بیش از 25000 مگا وات در صدر کشورها قرار دارد. پس از آن چین ، کره جنوبی ، قزاقستان ، رومانی ، هند و روسیه جای دارند. استفاده از انرژی هسته‌ای در کشورهای کاندا ، آرژانتین ، فرانسه ، آلمان ، آفریقای جنوبی ، سوئیس و آمریکا تقریبا روند ثابتی را طی دو دهه آینده طی خواهد کرد.

دیدگاههای اقتصادی و زیست محیطی برق هسته‌ای

جمهوری اسلامی ایران در فرآیند توسعه پایدار خود به تکنولوژی هسته‌ای چه از لحاظ تأمین نیرو و ایجاد جایگزینی مناسب در عرصه انرژی و چه از نظر دیگر بهره برداریهای صلح آمیز آن در زمینه‌های صنعت ، کشاورزی ، پزشکی و خدمات نیاز مبرم دارد که تحقق این رسالت مهم به عهده سازمان انرژی اتمی ایران می‌باشد. بدیهی است در زمینه کاربرد انرژی هسته‌ای به منظور تأمین قسمتی از برق مورد نیاز کشور قیود و فاکتورهای بسیار مهمی از جمله مسایل اقتصادی و زیست محیطی مطرح می‌گردند.

 

دیدگاه اقتصادی استفاده از برق هسته‌ای

امروزه کشورهای بسیاری بویژه کشورهای اروپایی سهم قابل توجهی از برق مورد نیاز خود را از انرژی هسته‌ای تأمین می‌نمایند. بطوری که آمار نشان می‌دهد از مجموع نیروگاههای هسته‌ای نصب شده جهت تأمین برق در جهان به ترتیب 35 درصد به اروپای غربی ، 33 درصد به آمریکای شمالی ، 16.5 درصد به خاور دور ، 13درصد به اروپای شرقی و نهایتا فقط 0.74 درصد به آسیای میانه اختصاص دارد. بدون شک در توجیه ضرورت ایجاد تنوع در سیستم عرضه انرژی کشورهای مذکور ، انرژی هسته‌ای به عنوان یک گزینه مطمئن اقتصادی مطرح است.
بنابراین ابعاد اقتصادی جایگزینی نیروگاههای هسته‌ای با توجه به تحلیل هزینه تولید (قیمت تمام شده) برق در سیستمهای مختلف نیرو قابل تأمل و بررسی است. از اینرو در اغلب کشورها ، نیروگاههای هسته‌ای با عملکرد مناسب اقتصادی خود از هر لحاظ با نیروگاههای سوخت فسیلی قابل رقابت می‌باشند. بهرحال طی چند دهه گذشته کاهش قیمت سوختهای فسیلی در بازارهای جهانی ، سبب افزایش هزینه‌های ساخت نیروگاههای هسته‌ای به دلیل تشدید مقررات و ضوابط ایمنی ، طولانیتر شدن مدت ساخت و بالاخره باعث ایجاد مشکلات تأمین مالی لازم و بالا رفتن قیمت تمام شده هر واحد الکتریسیته در این نیروگاهها شده است.
از یک طرف مشاهده می‌شود که طی این مدت حدود 40 درصد از هزینه‌های چرخه سوخت هسته‌ای کاهش یافته است و از سویی دیگر با توجه به پیشرفتهای فنی و تکنولوژی حاصل از طرحهای استاندارد و برنامه ریزیهای دقیق به منظور تأمین سرمایه اولیه مورد نیاز مطمئن و به هنگام احداث چند واحد در یک سایت برای صرفه‌ جوییهای ناشی از مقیاس مربوط به تأسیسات و تسهیلات مشترک مورد نیاز در هر نیروگاه ، همچنان مزیت نیروگاههای اتمی از دیدگاه اقتصادی نسبت به نیروگاههای با سوخت فسیلی در اغلب کشورها حفظ شده است.

دیدگاه زیست محیطی استفاده از برق هسته‌ای

افزایش روند روزافزون مصرف سوختهای فسیلی طی دو دهه اخیر و ایجاد انواع آلاینده‌های خطرناک و سمی و انتشار آن در محیط زیست انسان ، نگرانیهای جدی و مهمی برای بشر در حال و آینده به دنبال دارد. بدیهی است که این روند به دلیل اثرات مخرب و مرگبار آن در آینده تداوم چندانی نخواهد داشت. از اینرو به جهت افزایش خطرات و نگرانیها تدریجی در مورد اثرات مخرب انتشار گازهای گلخانه‌ای ناشی از کاربرد فرآیند انرژیهای فسیلی ، واضح است که از کاربرد انرژی هسته‌ای بعنوان یکی از رهیافتهای زیست محیطی برای مقابله با افزایش دمای کره زمین و کاهش آلودگی محیط زیست یاد می‌شود. همچنانکه آمار نشان می‌دهد، در حال حاضر نیروگاههای هسته‌ای جهان با ظرفیت نصب شده فعلی توانسته‌اند سالانه از انتشار 8 درصد از گازهای دی اکسید کربن در فضا جلوگیری کنند که در این راستا تقریبا مشابه نقش نیروگاههای آبی عمل کرده‌اند.
چنانچه ظرفیتهای در دست بهره برداری فعلی تولید برق نیروگاههای هسته‌ای ، از طریق نیروگاههای با خوراک ذغال سنگ تأمین می‌شد، سالانه بالغ بر 1800 میلیون تن دی اکسید کربن ، چندین میلیون تن گازهای خطرناک دی اکسید گوگرد و نیتروژن ، حدود 70 میلیون تن خاکستر و معادل 90 هزار تن فلزات سنگین در فضا و محیط زیست انسان منتشر می‌شد که مضرات آن غیرقابل انکار است. لذا در صورت رفع موانع و مسایل سیاسی مربوط به گسترش انرژی هسته‌ای در جهان بویژه در کشورهای در حال توسعه و جهان سوم ، این انرژی در دهه‌های آینده نقش مهمی در کاهش آلودگی و انتشار گازهای گلخانه‌ای ایفا خواهد نمود.
در حالیکه آلودگیهای ناشی از نیروگاههای فسیلی سبب وقوع حوادث و مشکلات بسیار زیاد بر محیط زیست و انسانها می‌شود، سوخت هسته‌ای گازهای سمی و مضر تولید نمی‌کند و مشکل زباله‌های اتمی نیز تا حد قابل قبولی رفع شده است، چرا که در مورد مسایل پسمانداری با توجه به کم بودن حجم زباله‌های هسته‌ای و پیشرفتهای علوم هسته‌ای بدست آمده در این زمینه در دفن نهایی این زباله‌ها در صخره‌های عمیق زیرزمینی با توجه به حفاظت و استتار ایمنی کامل ، مشکلات موجود تا حدود زیادی از نظر فنی حل شده است و طبیعتا در مورد کشور ما نیز تا زمان لازم برای دفع نهایی پسماندهای هسته‌ای ، مسائل اجتماعی باقیمانده از نظر تکنولوژیکی کاملا مرتفع خواهد شد.
از سوی دیگر بنظر می‌رسد که بیشترین اعتراضات و مخالفتها در زمینه استفاده از انرژی اتمی بخاطر وقوع حوادث و انفجارات در برخی از نیروگاههای هسته‌ای نظیر حادثه اخیر در نیروگاه چرنوبیل می‌باشد، این در حالی است که براساس مطالعات بعمل آمده احتمال وقوع حوادثی که منجر به مرگ عده‌ای زیاد بشود نظیر تصادف هوایی ، شکسته شدن سدها ، انفجارات زلزله ، طوفان ، سقوط سنگهای آسمانی و غیره ، بسیار بیشتر از وقایعی است که نیروگاههای اتمی می‌توانند باعث گردند.
به هر حال در مورد مزایای نیروگاههای هسته‌ای در مقایسه با نیروگاههای فسیلی صرفنظر از مسایل اقتصادی علاوه بر اندک بودن زباله‌های آن می‌توان به تمیزتر بودن نیروگاههای هسته‌ای و عدم آلایندگی محیط زیست به آلاینده‌های خطرناکی نظیر SO₂ ، NO₂ ، CO ، CO₂ پیشرفت تکنولوژی و استفاده هرچه بیشتر از این علم جدید ، افزایش کارایی و کاربرد تکنولوژی هسته‌ای در سایر زمینه‌های صلح آمیز در کنار نیروگاههای هسته‌ای اشاره نمود.

مقایسه هزینه‌های اجتماعی تولید برق در نیروگاههای فسیلی و اتمی

در مجموع ارزیابیهای اقتصادی و مطالعات بعمل آمده در مورد مقایسه هزینه تولید (قیمت تمام شده) برق در نیروگاههای رایج فسیلی کشور و نیروگاه اتمی نشان می‌دهد که قیمت این دو نوع منبع انرژی صرفنظر از هزینه‌های اجتماعی ، تقریبا نزدیک به هم و قابل رقابت با یکدیگر هستند. چنانچه قیمت مصرف انرژیهای فسیلی برای نیروگاههای کشور برمبنای قیمتهای متعارف بین المللی منظور شوند و همچنین در شرایطی که نرخ تسعیر هر دلار در کشور 8000 ریال تعیین گردد، هزینه تولید (قیمت تمام شده) هر کیلووات ساعت برق در نیروگاههای فسیلی و اتمی بشرح زیر می باشد.
در تازه‌ترین مطالعه‌ای که برای تعیین هزینه‌های اجتماعی نیروگاههای هسته‌ای در 5 کشور اروپایی بلژیک ، آلمان ، فرانسه ، هلند و انگلستان صورت گرفته است، میزان هزینه‌های اجتماعی ناشی از نیروگاههای هسته‌ای در مقایسه با نیروگاههای فسیلی بسیار پائین است. در این مطالعه هزینه‌های خارجی هر کیلووات ساعت برق تولیدی در نیروگاههای هسته‌ای در حدود 0.39 سنت( معادل 31.2 ریال) برآورده شده است. بنابراین در صورتیکه هزینه‌های اجتماعی تولید برق را در ارزیابیهای اقتصادی نیروگاههای فسیلی و هسته‌ای منظور نمائیم قطعا قیمت تمام شده هر کیلووات ساعت برق در نیروگاه هسته‌ای نسبت به فسیلی بطور قابل ملاحظه‌ای کاهش خواهد یافت.
به هر حال نیروگاههای فسیلی و هسته‌ای هر کدام دارای مزایا و معایب خاص خود می‌باشند و ایجاد هر یک متناسب با مقتضیات زمانی و مکانی هر کشور خواهد بود و انتخاب نهایی و تصمیم گیری در این زمینه می‌بایست با توجه به فاکتورهایی از قبیل عوامل تکنولوژیکی ، ارزشی ، سیاسی ، اقتصادی و زیست محیطی توأما اتخاذ گردد. قدر مسلم ایجاد تنوع در سیستم عرضه و تأمین انرژی از استراتژیهای بسیار مهم در زمینه توسعه سیستم پایدار انرژی در هر کشور محسوب می شود. در این راستا با توجه به بررسیهای صورت گرفته ، شورای انرژی اتمی کشور مصمم به ایجاد نیروگاههای اتمی به ظرفیت کل 6000 مگاوات در سیستم عرضه انرژی کشور تا سال 1400 هجری شمسی می‌باشد.

چشم انداز

سایر دیدگاههای اقتصادی در مورد آینده انرژی هسته‌ای حاکی از آن است که براساس تحلیل سطح تقاضا و منابع عرضه انرژی در جهان ، توجه به توسعه تکنولوژیهای موجود و حقایقی نظیر روند تهی شدن منابع فسیلی در دهه های آینده، مزیتهای زیست محیطی انرژی اتمی و همچنین استناد به آمار و عملکرد اقتصادی و ضریب بالای ایمنی نیروگاههای هسته ای، مضرات کمتر چرخه سوخت هسته ای نسبت به سایر گزینه های سوخت و پیشرفتهای حاصله در زمینه نیروگاههای زاینده و مهار انرژی گداخت هسته ای در طول نیم قرن آینده، بدون تردید انرژی هسته ای یکی از حاملهای قابل دسترس و مطمئن انرژی جهان در هزاره سوم میلادی به شمار می‌رود.
در این راستا شورای جهانی انرژی تا سال 2020 میلادی میزان افزایش عرضه انرژی هسته‌ای را نسبت به سطح فعلی حدود 2 برابر پیش بینی می‌نماید. با توجه به شرایط موجود چنانچه از لحاظ اقتصادی هزینه‌های فرصتی فروش نفت و گاز را با قیمتهای متعارف بین المللی در محاسبات هزینه تولید (قیمت تمام شده) برای هر کیلووات برق تولیدی منظور نمائیم و همچنین تورم و افزایش احتمالی قیمتهای این حاملها (بویژه طی مدت اخیر) را براساس روند تدریجی به اتمام رسیدن منابع ذخایر نفت و گاز جهانی مد نظر قرار دهیم، یقینا در بین گزینه‌های انرژی موجود در جمهوری اسلامی ایران ، استفاده از حامل انرژی هسته‌ای نزدیکترین فاصله ممکن را با قیمت تمام شده برق در نیروگاههای فسیلی خواهد داشت.

 

 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

پزشکی هسته‌ای

پزشکی هسته‌ای شاخه‌ای از پزشکی است که در آن تشعشع خواص هسته‌ای نوکلیدهای رادیواکتیو و نوکلیدهای پایدار ، هم برای تشخیص و هم برای درمان امراض بکار می‌روند. این امر می‌تواند یا با پرتودهی مستقیم مریض با یک چشمه تشتعشع خارجی یا با تزریق داروهای نشاندار با رادیواکتیویته به مریض تحقق یابد . 

*رادیو دارو

داروهای نشاندار رادیواکتیو که به مریض تزریق یا خورانده می‌شوند، به نام رادیو داروها معروف هستند. دارویی هسته‌ای یا رادیو فارماکولوژی روش دارویی خاصی است که با ترکیبات ، آزمایش یا تزریق مناسب رادیو دارو به مریض ارتباط دارد.

 

 

کاربرد رادیوداروها

  *روشهای تشخیص زنده

روشهای تشخیص زنده آن روشهایی هستند که در آنها یک رادیو دارو در سیستم یک مریض زنده ، بطریق خوراندن ، تزریق ، یا با استنشاق وارد می‌گرددم اشعه گامای نشر شده بوسیله رادیو داروها برای تامین اطلاعات مورد نیاز بر روی صفحه کامپیوتر قابل مشاهده هستند.

روشهای تشخیص غیر زنده

روشهای غیر زنده آنهایی هستند که روی نمونه‌های برداشته شده از یک مریض انجام می‌گیرد. تعدادی از این روشها مستلزم بکارگیری رادیو داروها است. ولی مهمترین آنها روش رادیو ایمونواسی (RIA) می‌باشد.

رادیو ایمونواسی و تاثیر آن در پزشکی

رادیو ایمونواسی نوعی تجزیه بطریق رقیق کردن ایزوتوپی (IDA) ، جزو استو کیومتری است که در آن عنصر مورد تجریه نشاندار و غیر نشاندار برای پیوند با مقادیر محدود مولکولی که بطور خاص با عنصر مورد تجزیه پیوند می‌دهد، رقابت می‌کند. RIA بطور گسترده در آزمایشگاههای پزشکی برای تعیین هورمونها ، داروها ، ویروسها ، و دیگر گونه‌های آلی در سطح جهان بکار می‌رود. شروع RIA به سالهای 1950 ، با بررسی S.Berson و R.Yalow برروی متابولیسم انسولین B1I در مریض‌های دیابتی بر می‌گردد.

Berson و Yalow دریافتند که مریض‌های دیابتی موادی در سرم خون دارند که با انسولین پیوند می‌دهند. آنها مشاهده کردند که انسولین نشاندار و غیرنشاندار با این ماده پیوند دهنده رقابت کرده، و این مقدار انسولین غیرنشاندار موجود ، مقادیر انسولین نشاندار را که پیوند داده متاثر می‌کند. آنها در این مطالعه توانایی روش ، جهت ارزیابی انسولین را دریافتند. RIA از آن زمان تا کنون پیشرفتهای گسترده‌ای را در روشهای پزشکی با کاربردهای وسیع برای اندازه گیری مقادیر بسیار کم بسیاری از بیو مولکولهای مهم نموده است.

 کاربردهای درمانی تشعشع

کاربردهای درمانی تشعشع و رادیو داروها نسبت به کاربردهای تشخیص محدودتر هستند. زمانی که تشعشع برای درمان بکار می‌رود، مقصود نابود نمودن یک قسمت خاص از نسوج مریض با تشعشع است. چشمه تشعشع می‌تواند داخلی و خارجی باشد.

 چشمه‌های مورد استفاده در درمان

چشمه‌های خارجی تشعشع در حال حاضر اساسا در شکل باریکه‌های الکترونی یا اشعه ایکس است. بسیاری از دستگاهها می‌توانند برای تولید این تشعشعات بکار روند. ولی شتابدهندهای خطی کوچک بیشترین کاربرد را دارند. الکترونهای با انرژیهای 4 تا 15 میلیون الکترون ولت برای درمان سرطانهایی که نزدیک سطح بدن هستند، مانند سرطانهای پوست ، سینه ، سر و گردن بکار می‌روند.

زمانی که نفوذ بیشتری از تشعشع لازم باشد، اشعه گاما از یک چشمه بسته رادیو نوکلید مورد استفاده قرار می‌گیرد. 60Co بطور گسترده‌ای برای این منظور بکار رفته است، ولی در حال حاضر 137Cs ترجیح داده می‌شود. علاوه بر تشعشع خارجی یک عضو ممکن است، یک سوزن یا دانه رادیواکتیو را در داخل بدن مریض کاشت و لذا تنها مقاطع خاصی را که باید نابود شوند، پرتودهی نمود. در این رابطه کاشتهای 198Au و 125I متداول است.

 

پزشکی هسته‌ای و رادیو داروها | Bio Nuclearپرتو پزشکی

دید کلی

پزشکی هسته‌ای ، شاخه‌ای از پزشکی است که در آن تشعشع و خواص هسته‌ای نوکلیدهای رادیواکتیو و نوکلیدهای پایدار هم برای تشخیص و هم برای درمان امراض بکار می‌روند. این امر می‌تواند یا با پرتودهی مستقیم مریض با یک چشمه تشعشع خارجی یا با تزریق داروهای نشاندار با رادیواکتیویته به مریض تحقق یابد. زمینه پرشکی هسته ای و رادیو دارو در 20 سال گذشته رشد فوق العاده‌ای داشته است. پیشرفتهایی در توانایی پیش بینیها ، تکنولوژی آشکارسازی و توسعه رادیو داروهای متناسب همه در این توسعه سهیم بوده‌اند.

رادیو دارو

داروهای نشاندار رادیواکتیو که به مریض تزریق یا خورانده می‌شوند، به نام رادیو داروها هستند.

دارویی هسته‌ای

دارویی هسته‌ای یا رادیو فارماکولوژی روش دارویی خاصی است که با ترکیبات ، آزمایش یا تزریق مناسب رادیو داروها ارتباط دارد. زمینه دارویی هسته‌ای مخصوصا بوسیله انجمن داروسازان آمریکا شناخته شده است.

کاربرد رادیو داروها

همانند دیگر روشهای ردیابی ، طرز عمل هسته‌ای غالبا قادر به تامین اطلاعات مهمی است که نمی‌توانند به طریق دیگری حاصل شوند. این قضاوتی است برای پرتوگیری مریض در مقابل تشعشع. حدود خاصی در بکار بردن تشعشع برای پزشکی وجود ندارد. در این حالت ، در پرسش ، خطر - نفع بوسیله متخصص و مریض تصمیم گیری می‌شود.

طریق عمل پزشکی هسته‌ای یا برای تشخیص است و یا برای درمان و ممکن است تشعشع از چشمه‌های داخلی یا خارجی حاصل گردد. چشمه‌های خارجی تشعشع شامل چشمه‌های الکترونهای با انرژی یا گاما است. تشعشع داخلی از تزریق رادیو داروها حاصل می‌شود.

تزریق رادیو دارو

رادیو دارویی که به مریض تزریق می‌شود، باید برای مدت طولانی کافی در عنصر هدف بماند، ولی نه طولانی‌تر از حد ، تا جذب در تشعشع در حداقل باشد. مدت زمانی که در آن دارو مفید است، بستگی به نیم عمر رادیولوژیکی و نیم عمر بیولوژیکی دارد، یعنی مدت زمانی که دارو در بدن می‌ماند، قبل از آنکه بوسیله فرآیندهای متابولیکی از فعالیت افتاده یا از سیستم بدن خارج شود.

نیم عمرهای رادیولوژیکی نوکلیدها که معمولا در پزشکی هسته‌ای بکار می‌روند، به خوبی شناخته شده‌اند، ولی رفتار بیولوژیکی و زمان ماندن مولکول که در آن ردیاب وجود دارد، به خوبی مشخص نشده است. این امر یکی از کارهایی است که لازم است داروساز مقادیر این پارمترها را در هنگام آزمایشهای اولیه دارو تشخیص دهد.

نوع تشعشع

نوع تشعشع نشر شده بوسیله رادیونوکلید نیز یک فاکتور مهم است که لازم است بررسی گردد. قرار گرفتن نوکلید در محل خاص ، نوع تشعشع مناسب را تعیین می‌کند. در تشخیص بیشترین استفاده از رادیو داروها در عکسبرداری ساختار بیولوژیکی است. برای عکسها ، جهت تشکیل آنها ، لازم است تشعشع به اندازه کافی برای عبور از میان ماده و رسیدن به آشکارساز با نفوذ باشد. بهتر است تشعشع هنگام عبور حداقل برهمکنش را با ماده بدهد، لذا در تشعشع در حداقل خواهد بود.

بنابراین بهترین رادیونوکلیدها برای روشهای تشخیصی ، آنهایی هستند که تنها اشعه گاما یا اشعه ایکس بدون همراه با تشعشع دیگری منتشر کنند. اینها در ابتدا شامل نوکلیدهایی هستند که از طریق جذب الکترون یا گذارهای ایزومری ، فروپاشی می‌نمایند.

رفتار رادیونوکلیدی که آن را برای عکسبرداری ، مفید می‌کند، متفاوت از رادیونوکلیدی است که برای درمان بکار می‌رود. در درمانهای تشعشعی ، نکته این است که نسوج مریض نابود شوند.

نابودی نسوج از طریق یونیزاسیون و تولید رادیکال آزاد ایجاد شده بوسیله تشعشع انجام می‌پذیرد. بنابراین ، تشعشعاتی که دارای یونیزاسیون مخصوص بالا بوده و نیز بردهای کوتاه دارند، برای این عمل مفید هستند، چرا که این رفتار منجر به مقدار زیاد نابودی نسوج در یک منطقه کوچک و محدود می‌گردد. بهترین نوکلیدها برای مقاصد درمانی ، آنهایی هستند که آلفا ، بتاهای با انرژی پایین یا الکترونهای اوژه (Auger) منتشر می‌کنند.

 

 

پزشکی هسته ای | Nuclear Medicine

پزشكى هسته اى شاخه اى از علم پزشكى است كه در آن از مواد راديواكتيو براى تشخيص و درمان بيمارى استفاده مى شود. مواد راديواكتيو مورد استفاده يا راديو ايزوتوپ هستند و يا داروهايى كه با مواد راديو ايزوتوپ نشاندار شده اند. داروى راديواكتيو، در روش هاى تشخيصى مواد راديواكتيو به بيمار تزريق مى شود و ميزان اشعه تاييد شده، از بيمار اندازه گيرى مى شود. اكثر روش   هاى تشخيصى به كمك يك دوربين اشعه گاما، توانايى تشكيل تصوير را دارند. در موارد استفاده درمانى، مواد راديواكتيو براى درمان مورد استفاده قرار مى گيرند مثل استفاده از يد (۱۳۱) كه در درمان سمى شدن تيروئيد و سرطان تيروئيد مورد استفاده قرار مى گيرد.
روش هاى مختلف استفاده از داروهاى راديواكتيو:
•تزريق درون رگى كه در اسكن هاى مختلفى مورد استفاده قرار مى گيرد.
•تزريق زير جلدى كه معمولاً براى مطالعه سيستم لنفاوى كاربرد دارد.
•تنفسى كه معمولاً براى مطالعه شش ها مورد استفاده قرار مى گيرد. در اين روش از گاز كريپتون (۸۱) و يا ذرات هواى حاوى تكنتيوم (۹۹) استفاده مى شود.
•خوراكى كه معمولاً براى شفاف كردن و متمايز كردن سيستم گوارشى به كار برده مى شود.
• كاربردهاى تشخيصى پزشكى هسته اى

Technetium(99)
ت(131)يا Iodinت(123)
Thallium (201)
Gallium(67)
• مواد راديواكتيو به فرم گازى:
Xenon (133)
Krypton (81)
• تجهيزات لازم براى عكسبردارى
معمولاً پرتوهاى ساطع شده از ماده راديواكتيو داخل بدن، توسط دوربين هاى گاما تشخيص داده مى شوند. به طور معمول، دوربين هاى گاما از آشكارساز گاما مثل يك كريستال فعال يديد سديم كه با يك سيستم تصويرى همراه است، تشكيل شده  اند. دوربين هاى گاما از نحوه پراكنش تابش راديواكتيو بر روى آشكارساز گاما تصوير را به وجود مى آورند.وضوح دوربين هاى گاما بين ۴ تا ۶ ميلى متر است كه مى تواند هزاران اشعه گاما را در ثانيه آشكار كند. دوربين گاما هر پرتو گاماى ساطع شده را در دو جهت محور x و y آشكار مى كند و به اين ترتيب تصوير را به وجود مى آورد.در پزشكى هسته اى معمولاً وضوح (dpi) هر تصوير به تعداد پرتوهاى گاماى آشكار شده در آن پيكسل، در واحد زمان گفته مى شود.اساس كار دستگاه هاى مختلف كه از فيزيك هسته اى براى تصويربردارى استفاده مى كنند، ايجاد يك سرى تصوير از برش هاى مختلف بدن و از زاويه هاى متفاوت است كه اين تصاوير با يكديگر ادغام شده و يك تصوير سه بعدى از محل مورد نظر ايجاد مى كنند.                                                      

در كليه روش هاى تشخيصى، نحوه عملكرد صحيح اندام هاى بدن در مقايسه با يك فرد سالم مقايسه مى شود. اتصال راديو ايزوتوپ ها به ماده يا عضو مورد نظر به تشخيص و شناسايى پرتوهاى تابش شده و اندازه گيرى آنها كمك مى كند. در پزشكى هسته اى براى تشخيص معمولاً از يك سرى از مواد راديواكتيو استفاده مى شود كه يا به صورت گاز هستند و يا مايع كه به بدن تزريق مى شوند.

 

کاربرد راديو داروها | Bio Nuclearپرتو پزشکی

دید کلی

همانند روشهای دیگر ردیابی ، طرز عمل پزشکی هسته‌ای ، غالبا قادر به تامین اطلاعات مهمی است که نمی‌توانند بطریق دیگری حاصل شوند. این قضاوتی است برای پرتوگیری مریض در مقابل تشعشع. حدود خالصی برای بکار بردن تشعشع برای پزشکی وجود ندارد. طرق عمل پزشکی هسته‌ای یا برای تشخیص است یا برای درمان و ممکن است تشعشع از چشمه‌های داخلی یا خارجی حاصل گردد.

چشمه های خارجی تشعشع ، شامل چشمه‌های الکترونهای با انرژی بالا یا گاما است. تشعشع داخلی از تزریق رادیوداروها حاصل می‌شود.

چگونگی استفاده از رادیو داروها

رادیودارویی که به مریض تزریق می‌شود، باید برای مدت طولانی کافی در عناصر هدف بماند، ولی نه طولانی‌تر از حد ، تا جذب در تشعشع در حداقل باشد. مدت زمانی که در آن ، دارو مفید است، بستگی به نیم عمر رادیولوژیکی و نیم عمر بیولوژیکی دارد، یعنی مدت زمانی که دارو در بدن می‌ماند قبل از آنکه بوسیله فرآیندهای متابولیکی از فعالیت افتاده یا از سیستم بدن خارج شود.

ردیاب های رادیو دارویی

جدول زیر بعضی از انواع شیمیایی و کاربردهای آنها را در پزشکی هسته‌ای و به عنوان رادیودارو نشان می‌دهد.

 

 

 

تکنسیم

99mTl ، رادیونوکلیدی است که در روشهای تشخیص پزشکی هسته‌ای بیشتر از همه رادیونوکلیدها مورد استفاده قرار گرفته‌است. تکنسیم ، دارای خواصی است که کاربرد آن را در تشخیص امراض مناسب می‌سازد. نیمه‌عمر آن 6.01h است که برای گرفتن اطلاعات پزشکی مدت ‌زمان کافی است، ولی آن اندازه طولانی نیست که مریض دچار پرتوگیری تشعشعی غیرضروری گردد. اشعه گاما با انرژی 142.7KeV نشر شده بوسیله تکنسیم دارای انرژی کافی برای نفوذ به نسوج و آشکارسازی ضعیف است. هزینه تولید 99mTl در حد معقولی است.

ید

سه ایزوتوپ از ید وجود دارد که برای عکسبرداری جهت تشخیص بکار می‌روند. این ایزوتوپها عبارتند از 131I ، 125I ، 123I. کشش خاص I برای تیروئید ، آن را مفیدترین ایزوتوپ برای عکسبرداری و درمان این غده ساخته است. این رادیوایزوتوپ‌ها معمولا بطرق شیمیایی به محلولی از یدید سدیم تبدیل می‌شوند. ید نیز دارای خواص غنی و گوناگون شیمیایی همانند تکنسیم است، لذا می‌تواند با بسیاری از مولکولهای مختلف همراه باشد.

تالیم

201Tl از فروپاشی 201Pbحاصل می‌شود. سرب ابتدا بوسیله بمباران پروتونی فلز تالیم حاصل می‌گردد و سپس 201Tl بوسیله EC به 201Hg پایدار با نیمه‌عمر 79.9 ساعت فروپاشی می‌کند. با توجه به این‌که یون ، +Tl
موضوعات مرتبط: فیزیک و زلزله، ،
برچسب‌ها: