آنچه باید درباره فیزیک هسته‌ای بدانید

تاکنون همه درباره انرژی هسته‌ای شنیده‌ایم و شاید کمتر کسی‌ است که در این باره اطلاعاتی هرچند اندک نداشته باشد، اما آیا تمام فناوری هسته‌ای در انرژی هسته‌ای و بمب‌های اتمی خلاصه می‌شود؟ در این باره برخی از اساتید دانشگاه صنعتی اصفهان درباره زمان پیدایش رشته فیزیک هسته‌ای و کاربرد این رشته در صنایع مختلف صحبت کردند که متن آن را در ادامه می‌خوانید: 

رشته فیزیک هسته‌ای از ۱۹۱۱، یعنی حدود ۱۱۴ سال قبل با آزمایش رادرفورد برای شناسایی هسته اتم‌ها شروع شده است و بعد از این تاریخ فیزیک‌دانان بسیاری برای شناخت و استفاده از این دانش تلاش‌های زیادی انجام داده‌اند. هرچند که تلاش‌های بسیاری نیز برای توسعه این فناوری برای تقویت سلاح‌های کشتار جمعی صورت پذیرفته است، نظیر پروژه منهتن که به فاجعه هیروشیما و ناکازاکی منجر شد، اما در مدت این دوره صد ساله مانند سایر علوم، پژوهشگران درصدد بهره‌گیری از این دانش برای جامعه بشری و بهتر شدن محیط زیست و شرایط زندگی انسانی بوده‌اند.

از قضا، یکی از مهم‌ترین کاربردهای علم فیزیک هسته‌ای، تولید انرژی است. در عصر حاضر و پیشرفت بشری در زمینه‌های مختلف، نیاز به انرژی اجتناب‌ناپذیر است، حوزه‌هایی مثل تولید برق برای مصارف خانگی و کارخانه‌جات و ... . انرژی هسته‌ای با مهندسی کردن و کنترل فرایند شکافت هسته‌ اتم‌های اورانیوم236، می‌تواند گرمای قابل توجهی را ایجاد کند و از طریق این گرما، تولید برق داشته باشیم. درواقع می‌توان گفت تفاوت نیروگاه اتمی با نیروگاه‌های گازی، در منبع گرمای آن‌هاست. نیروگاه‌های گازی(یا ذغال سنگ) از سوختن یک ماده اشتعال‌پذیر برای تولید گرما بهره‌ می‌برند، اما در نیروگاه اتمی، منبع گرمایی همان واکنش‌های زنجیره‌ای، اما کنترل‌شده‌ هسته‌ای است، اما آیا کاربرد فیزیک هسته‌ای به همین امر ختم می‌شود؟ در ادامه به این مسئله می‌پردازیم.

یکی از کاربردهای مهم فیزیک هسته‌ای در تشخیص و درمان بیماری‌های مختلف است. توضیح آنکه در تشخیص سخت‌ترین بیماری‌های سرطان استفاده از داروهایی که پرتوزا هستند، تصاویر بسیار واضحی از محل مورد نظر در اختیار پزشک متخصص قرار می‌دهد. تصاویری که هیچ کدام از روش‌های پیشین قادر به نمایش آن نیستند؛ در این صورت گاهی در همان مراحل اولیه سرطان در حالیکه هنوز در حد سلولی است، بیماری تشخیص داده می‌شود.

به‌طور دقیق‌تر، این تصویربرداری نیازمند داروهای خاصی است که از اول پس از دریافت، در بافت مورد نظر جذب شوند و خودشان پرتوهای رادیواکتیو گسیل کنند. ساخت این داروها، نیازمند رآکتورهای هسته‌ای یا شتاب‌دهنده‌ها هستند. با کمک این تجهیزات، می‌توانیم در هسته اتم‌های عناصر مختلف تغییرات اندکی ایجاد کنیم که به اصطلاح، «رادیواکتیو» شوند. رادیواکتیو شدن این اتم‌ها، کمک می‌کند تا هنگامی که در بدن بیمار هستند، از خودشان پرتوهای خاصی ساطع نمایند و ما با آشکارسازی این پرتوها تصاویر واضحی را از محل بیماری بدست آوریم.

در بحث درمان، هرگاه استفاده از شیمی‌درمانی برای سرطان‌ها پاسخگو نباشد، با مراجعه بیمار به مراکز پرتودرمانی که داروهایی با پایه هسته‌های پرتوزا دارند و یا دستگاه‌هایی که انرژی حاصل از اتم‌ها و هسته‌ها را به‌صورت مدیریت شده به سلول‌های سرطانی می‌تابانند، می‌توان سلول‌های سرطانی را با موفقیت از بین برد. در واقع در اینجا پرتوهای رادیواکتیو را با شدت قابل توجه اما محدود، متمرکز و کنترل شده به سلول‌ها وبافت‌های سرطانی می‌تابانیم و بدین ترتیب، سلول‌های سرطانی تحت‌تأثیر تابش رادیواکتیو آسیب دیده و از بین می‌روند.

کاربرد دیگر در حوزه کشاورزی است که در تولید بذرهای مقاوم در برابر سختی‌های محیط و آفت‌ها مطابق با استانداردهای سازمان‌های غذایی بین‌المللی نقش‌آفرینی می‌کند. در اصل با پرتودهی، نه‌تنها می‌توانیم کیفیت محصولات را افزایش دهیم، بلکه می‌توان کمیت را نیز افزایش داد. به‌عنوان مثال، در کشور کنیا استفاده از تکنولوژی هسته‌ای باعث شد که کشاورزان این منطقه در مقیاس‌های کوچک بتوانند مزارع سبزی و صیفی خود را آبیاری کرده و محصول خود را دو برابر کنند در عین حال مصرف آب آن‌ها هم ۵۵ درصد کاهش یافت، همچنین با بهره‌گیری از کشاورزی هسته‌ای در بنگلادش میزان تولید برنج این کشور در ۲۰۰۴ از ۲۶/۸ میلیون تن به ۳۳/۸ میلیون تن در ۲۰۱۳ رسید.

یکی دیگر از کاربردهای پرتودهی در کشاورزی، عقیم کردن آفات برای جلوگیری از تکثیر آن‌ها است که خود باعث کاهش‌ استفاده از آفت‌کش‌های شیمیایی می‌شود. به‌طور مثال دولت گواتمالا، مکزیک و آمریکا از این روش دهه‌ها است که برای جلوگیری از آفت مگس مدیترانه‌ای استفاده می‌کنند و هر هفته صدها میلیون از این حشرات را برای حفظ ارزش میوه به باغات می‌فرستند و این آفت دیگر نمی‌تواند زاد و ولد کند و خود به خود از بین می‌رود.

تصمیم بر توسعه تجهیزات کوچک مقیاس و قابل حمل تولید انرژی مبتنی‌بر انرژی هسته‌ای و سرمایه‌گذاری‌های گسترده انواع شرکت‌ها بر این فناوری‌ها روز به روز در حال افزایش است. مثلا استفاده از هسته‌های پرتوزا در باتری‌ها برای کاربردهای روزمره، پزشکی(درقلب‌های مصنوعی)، فضایی(کاوشگرها، ماه‌پیماها و مریخ‌ پیماها) و سوخت هواپیما، کشتی و زیردریایی و در نهایت، چاه پیمایی(در اکتشاف معادن) از جمله کاربردهای بسیار زیاد صنعت هسته‌ای به شمار می‌رود، همچنین آزمون‌های غیر مخرب،  کنترل کیفی و ارتقای کیفیت محصولات صنعتی به کمک فناوری‌های هسته‌ای و پرتویی، از جمله کاربردهایی است که توسط صنایع دیگر به کارگرفته می‌شود.

یکی دیگر از فناوری‌های جالب هسته‌ای، ساخت رآکتورهای کوچک و بسیار کوچک برای تولید انرژی است که مورد توجه برخی شرکت‌های فناور جهان قرار گرفته‌اند. به‌طور مثال فرض کنید پشت یک وانت، نیروگاه کوچک هسته‌ای دارید و هر جا که بخواهید با خود می‌برید و تا سال‌های بسیار، نیازمند هیچ منبع انرژی ثانویه‌ای نخواهید بود!

با توجه به مسیر توسعه و چشم‌انداز صنعت سایر کشورها می‌توان دریافت که نیاز و استفاده از فناوری‌های مبتنی‌بر فیزیک هسته‌ای درسال‌های اخیر نه‌تنها کاهش نداشته، بلکه کشورهای مختلف در حال تحقیق و توسعه نسل‌های جدیدتر تجهیزات مبتنی‌بر این دانش هستند که خود مویدی بر اهمیت روزافزون صنعت هسته‌ای در توسعه و پیشرفت کشورها است، همچنین دستیابی به فناوری‌های مدرن، عرصه رقابت شدید قدرت‌های بزرگ و ملت‌های پیشرفته جهان است که این گونه فناوری‌ها خود باعث افزایش اقتدار و امنیت ملی و در نتیجه رشد اجتماعی یک کشور خواهند شد.