از نمک‌زدایی تا اسکن چمدان

سمیرا مصطفی‌نژاد

شنیدن نام فناوری هسته‌ای در ذهن بسیاری از افراد تصویر انفجار قارچی‌شکل بزرگی را بازیابی می‌کند که آگوست سال1945 در شهرهای هیروشیما و ناکازاکی رخ‌داد؛حمله‌ آمریکا به ژاپن در آخرین مراحل جنگ جهانی دوم که در حدود 226هزار نفر را نابود کرد. اگرچه فناوری اتمی در بدترین شکل خود با تحول قابلیت‌های جنگ‌افزاری کشورها و در بهترین شکل خود با تولید انرژی پاک ارتباط داده می‌شود، آنچه همواره نادیده گرفته می‌شود، تأثیر قابل توجهی است که این فناوری به واسطه بهره‌گیری از قدرت رادیوایزوتوپ‌ها بر حوزه‌های مختلفی مانند صنعت کشاورزی یا پزشکی گذاشت.

اولین نیروگاه هسته‌ای جهان که از گرمای حاصل از شکافت هسته اورانیوم برق تولید کرد، فعالیت خود را در دهه1950 آغاز کرد. امروزه بیشتر مردم از اهمیت نقش انرژی هسته‌ای در تولید بخشی قابل توجه از انرژی پاک آگاهی دارند. کارایی فناوری هسته‌ای در خارج از محدوده تولید انرژی کمتر شناخته شده‌است. رادیوایزوتوپ‌ها یا ایزوتوپ‌های پرتودار، فرایند گرمازای هسته‌ای و رآکتورهای غیرثابت در بخش‌های متفاوتی کارایی دارند، ازجمله در بخش تولید محصولات مصرفی، غذا و کشاورزی، صنعت، پزشکی، پژوهش‌های علمی، حمل‌ونقل و منابع آب و محیط‌زیست.

اصلی‌ترین تولید‌کنندگان رادیوایزوتوپ در جهان کشورهای ایرلند، کانادا، اروپا، آفریقای جنوبی، روسیه و استرالیا هستند. همچنین براساس گزارش انجمن جهانی انرژی هسته‌ای، اصلی‌ترین منابع تولید ایزوتوپ‌هایی که در پزشکی کاربرد دارند، کشورهای هلند، بلژیک، مجارستان، فرانسه، آلمان، جمهوری چک، چین، آفریقای جنوبی، استرالیا، مصر، روسیه و کانادا هستند. کاربردی‌ترین رادیوایزوتوپ شکافتی MO-99 نام دارد که ارزش بازار آن در جهان سالانه 550 میلیون دلار است.

کشاورزی

در سال1964، سازمان غذا و کشاورزی سازمان ملل متحد، فائو، و آژانس بین‌المللی انرژی هسته‌ای بخشی مشترک به نام انرژی هسته‌ای در کشاورزی و غذا را راه‌اندازی کردند که هدف آن هماهنگ‌سازی‌ پروژه‌های تحقیقاتی در راستای استفاده از ایزوتوپ‌ها و پرتوهای اتمی در زمینه پرورش گیاهان، باروری خاک، آبیاری و افزایش محصولات کشاورزی بود. رادیوایزوتوپ‌ها به واسطه تخمین میزان فسفر و نیتروژن خاک می‌توانند به تعیین کود مورد نیاز خاک کمک کنند و از هزینه مورد نیاز برای تأمین کود و همچنین آسیب‌های احتمالی به محیط‌زیست در اثر استفاده مازاد از کودها می‌کاهند. درواقع محققان با استفاده از برچسب‌های رادیوایزوتوپی می‌توانند مواد مغذی و آب مورد نیاز محصولات کشاورزی را محاسبه کنند.

از دیگر کارایی‌های فناوری هسته‌ای در کشاورزی، استفاده از پرتوهای هسته‌ای در القای جهش‌های ژنتیک است تا تنوع محصولات کشاورزی و تولید آنها بهبود یابد. همچنین استفاده از پرتوهای هسته‌ای می‌تواند در جلوگیری از انتشار بیماری‌زاها و آفات گیاهی و همچنین نگهداری از مواد غذایی برای طولانی‌مدت مؤثر واقع‌شود؛ از این‌رو بیش از 60 کشور جهان تعیین کرده‌اند تا بتوانند از این تکنیک برای نگهداری از انواع ادویه‌، میوه‌، دانه، سبزی و گوشت استفاده کنند. کشورهایی مانند الجزایر، تونس، مغرب، لیبی، مصر، قطر، عمان، سودان، ترکیه، اتریش، سوئد، اسپانیا، آلمان، اسکاتلند، بریتانیا، سوئیس و ایتالیا از مصارف متفاوت فناوری هسته‌ای در زمینه صنعت کشاورزی خود بهره می‌برند.

صنعت

رادیوایزوتوپ‌ها علاوه بر کشاورزی، در بخش صنعت نیز کارایی‌های فراوانی دارند. تولید‌کنندگان از این محصول به‌عنوان ابزاری برای کنترل جریان سیالات، پالایش مایعات، ردیابی نشتی‌ها، بررسی روند خوردگی تجهیزات و فرسودگی موتورها استفاده می‌کنند. با افزودن مقادیری ناچیز از مواد رادیواکتیو می‌توان میزان ترکیب و سیالیت مواد مختلف، از مایعات گرفته تا پودرها و گازها را محاسبه کرد و به مکان‌یابی نشت‌های احتمالی پرداخت. همچنین از رادیوایزوتوپ‌ها می‌توان در بررسی دلایل ناکارآمدی در صنایعی خاص استفاده کرد و مهم‌تر از همه، این مواد در تعیین وسعت میادین گاز و نفت کاربردی هستند.

رادیوگرافی گامای صنعتی، یکی از کاربردی‌ترین تولیدات فناوری هسته‌ای است که در نفوذ به مواد مختلف کارایی دارد؛ برای مثال در کنترل بار فرودگاه‌ها، تراکم‌سنجی بتن یا جوشکاری خطوط لوله انتقال گاز و نفت، تراکم‌سنجی ساختمان‌های حیاتی مانند بیمارستان‌ها و مدارس که از فجایع طبیعی جان به در برده‌اند، مورد استفاده قرار می‌گیرد. ژاپن و مالزی، 2 کشوری که همواره با فجایع طبیعی این‌چنینی درگیرند، استفاده‌ای گسترده از این فناوری دارند. تاریخ‌نگاری کربنی که در زمین‌شناسی و باستان‌شناسی نیز مصارفی گسترده دارد، از دیگر کاربری‌های رادیوایزوتوپ‌ها به شمار می‌رود. از میان کشورهای صاحب فناوری اتمی، کشورهای بریتانیا، آلمان، فرانسه، هندوستان، چین، برزیل، عربستان، آفریقای جنوبی، آمریکا و کانادا، از این قابلیت فناوری هسته‌ای در بخش صنعت بیشترین استفاده را دارند.

نمک‌زدایی و پالایش

آب شرب یکی از اصلی‌ترین اولویت‌های توسعه پایدار به شمار می‌رود و در جایی که نتوان این مایع حیاتی را از منابع طبیعی به‌دست آورد، نمک‌زدایی آب دریا، آب‌های زیرزمینی معدنی و فاضلاب‌های شهری گزینه‌های مطرح بعدی خواهند بود. امروزه در بیشتر کشورها فرایند نمک‌زدایی با استفاده از سوخت‌های فسیلی انجام می‌شود؛ روندی که به افزایش گازهای گلخانه‌ای دامن می‌زند. این درحالی است که کارایی مراکز آب‌شیرین کن هسته‌ای سال‌هاست که به اثبات رسیده. کشورهای قزاقستان، هندوستان، قطر و ژاپن بیشترین استفاده را از این فناوری دارند.

پزشکی

پرتودرمانی و استفاده از رادیوایزوتوپ‌ها در تشخیص و درمان بیماری‌های مختلف امروزه در جهان کاملا شناخته شده ‌است. در کشورهای توسعه‌یافته، سالانه از هر 50نفر، یک نفر از تکنیک‌های تشخیصی و یک نفر از هر 10نفر از درمان‌های هسته‌ای استفاده می‌کند. علاوه بر آمریکا و کشورهای اروپایی، کشورهای هندوستان، ایران، شیلی، کویت، کنیا، تونس، بولیوی، کوبا، پاراگوئه در زمینه استفاده از فناوری هسته‌ای در پزشکی فعالیت دارند. استفاده پزشکی از فناوری هسته‌ای شامل بخش‌های تشخیص، درمان، استریل‌سازی و کنترل حشرات است. در بخش تشخیص، از رادیوایزوتوپ‌ها برای تصویربرداری پزشکی، بررسی جریان خون در اندام‌های مختلف بدن و تراکم سنجی استخوان‌‌ها استفاده می‌شود. مشهورترین نوع کاربرد این فناوری در درمان، استفاده از رادیواکتیو ایودین در درمان سرطان و دیگر بیماری‌هایی است که غده تیروئید را مبتلا می‌کنند. پرتودرمانی و آلفا درمانی غدد سرطانی و جلوگیری از پخش شدن سرطان در بدن از دیگر کاربردهای طب هسته‌ای است. در بخش درمان، در بیمارستان‌ها و مراکز بهداشتی از پرتو گاما برای استریل‌کردن تجهیزات پزشکی که گرما به آنها آسیب وارد می‌کند، استفاده می‌شود.

انرژی

اصلی‌ترین کاربری صلح‌آمیز فناوری هسته‌ای در زمینه انرژی است. درحال حاضر، 30کشور در سراسر جهان از نیروگاه‌های هسته‌ای تولید انرژی فعال برخوردارند. در حقیقت، روزبه‌روز به تعداد کشورهایی که شبکه برقی آنها به انرژی هسته‌ای متکی می‌شوند افزایش پیدا می‌کند، برای مثال ایتالیا و دانمارک 10درصد از برق خود را از محل برق هسته‌ای وارداتی تأمین می‌کند. درحدود 11درصد از برق جهان درحال حاضر از 450نیروگاه هسته‌ای تأمین می‌شود و درصورت تکمیل 60 رآکتور در دست ساخت، 15درصد دیگر به این حجم افزوده خواهد شد.

در سال 2017 نیروگاه‌های هسته‌ای درحدود 2487 تراوات ساعت برق تولید کردند، و برای پنجمین سال پیاپی، تولید برق از فناوری هسته‌ای را افزایش دادند. همچنین در این سال، 13کشور دست‌کم یک‌چهارم از برق مورد نیاز خود را از منبع انرژی هسته‌ای تأمین کردند. فرانسه یک‌سوم از برق کشور خود را از نیروگاه‌های هسته‌ای خود تأمین کرده ‌است، کشورهای بلژیک، سوئد، اسلونی، بلغارستان، سوئیس، فنلاند و جمهوری چک یک‌سوم یا بیش از یک‌سوم از برق خود را از محل این فناوری تأمین کرده‌اند. میزان تولید برق هسته‌ای در کره‌جنوبی 30درصد، و در آمریکا، بریتانیا، اسپانیا، رومانی و روسیه درحدود یک‌پنجم از کل انرژی است.

درحال حاضر بالاترین میزان خروجی برق از نیروگاه‌های هسته‌ای به ایالات متحده آمریکا تعلق دارد که در سال2017 بیش از 805‌تراوات ساعت برق تولید کرده‌است. پس از آمریکا، فرانسه با تولید 379تراوات‌ساعت برق هسته‌ای در رتبه دوم جهان قرار دارد. در ادامه، کشورهای چین، روسیه، کره‌جنوبی، کانادا، اوکراین، آلمان، بریتانیا و سوئد در رتبه‌های هشتم تا دهم جهان واقع شده‌اند و کشورهای اسپانیا، بلژیک، هندوستان، ژاپن، جمهوری چک، فنلاند، سوئیس، برزیل، بلغارستان، مجارستان، آفریقای جنوبی، اسلوواکی، مکزیک، رومانی، پاکستان و ایران رتبه‌های بعدی را در زمینه تولید برق هسته‌ای به‌خود اختصاص داده‌اند.

چند رآکتور در چند کشور؟

در آمریکای شمالی، کشور کانادا با 19رآکتور فعال خود 5/13 گیگاوات‌ساعت، یعنی 15درصد از برق مورد نیاز خود را تأمین می‌کند. آمریکا با 98رآکتور فعال خود 20درصد و مکزیک با 2 رآکتور خود 6درصد از برق مورد نیاز خود را تأمین می‌کنند. تعداد رآکتورها در آمریکای جنوبی رو به کاهش می‌گذارد. آرژانتین دارای 3 رآکتور فعال است و برزیل 2 رآکتور فعال دارد که به‌ترتیب 5 و 3درصد از برق مصرفی خود را از این راه تأمین می‌کنند. در میان کشورهای اتحادیه اروپا، کشور بلژیک از 7 رآکتور برخوردار است و این یعنی 50درصد از برق مورد نیاز این کشور، و کشورهای فنلاند با 4 رآکتور فعال، فرانسه با 58 رآکتور فعال، آلمان با 7 رآکتور فعال، هلند با یک رآکتور فعال، سوئد با 8 رآکتور، سوئیس با 5 رآکتور و بریتانیا با 15رآکتور در تلاش هستند بخشی از برق خود را از این منبع پاک تأمین کنند. در کشورهای اروپای مرکزی و شرقی؛ روسیه، جمهوری چک و اوکراین از بیشترین تعداد رآکتور برخوردارند و در آسیا؛ کشورهای چین، ژاپن و هند به‌ترتیب با 45، 37و 22 رآکتور از بالاترین تعداد رآکتور در این منطقه برخوردارند.