ایزوتوپ چیست؟

ایزوتوپ ها اتم هایی با پروتون های یکسان اما نوترون های متفاوت هستند. آن ها از نظر شیمیایی تقریبا یک سان هستند اما جرم و ویژگی های فیزیکی متفاوتی دارند. برخی از آن ها پایدار هستند و تابش منتشر نمی کنند، در حالی که برخی دیگر که رادیوایزوتوپ نامیده می شوند، این کار را انجام می دهند.

اتم ها ذرات ریزی مانند اتم ها هستند که کوچک ترین ذراتی هستند که ویژگی های خاص یک عنصر را حفظ می کنند. شما می توانید عناصر مختلفی را روی یک جدول پیدا کنید.  

هر عنصر با تعداد پروتون ها، نوترون ها و الکترون هایی که دارد شناخته می شود. اتم های یک عنصر تعداد پروتون ها و الکترون های یکسانی دارند، اما نوترون ها نیستند – تعداد آن ها می تواند تغییر کند.

روش های هسته ای ایزوتوپ ها را در اشیا اندازه گیری می کنند و محل و تاریخ آن ها را ردیابی می کنند. این به متخصصان کمک می کند تا چیزهایی مانند سیستم های آب و خاک، مقادیر ویتامین در بدن و میزان استفاده گیاهان کودی را درک کنند.

امضای ایزوتوپی چیست؟

امضاهای ایزوتوپی مانند اثر انگشت هستند که نسبت ایزوتوپ ها را در یک نمونه نشان می دهند. آن ها در آب، زمین، گیاهان و حیوانات هستند و به دانشمندان در ردیابی کمک می کنند:

•  حرکت گونه ها در خشکی و در آب
•  زنجیره های غذایی و رژیم های غذایی حیوانی
•  منابع غذایی
•  سن و کیفیت آب بدن
•  منابع آلودگی در آب و هوا

برای مثال ایزوتوپ کربن ۱۴ موجود در آب به درک سن آن و دیگر مواد آلی کمک می کند.

ایزوتوپ پایدار چیست؟

۸۰ عنصر اولیه جدول تناوبی دارای ایزوتوپ های پایدار هستند. این ایزوتوپ های پایدار ویژگی هایی دارند که به آن ها اجازه می دهد در درک و مدیریت منابع آب و زمین مفید باشند. آن ها همچنین در مطالعات زیست محیطی، ارزیابی های تغذیه ای و پزشکی قانونی مورد استفاده قرار می گیرند.

ایزوتوپ های پایدار طبیعی، مانند ایزوتوپ های هیدروژن، با اندازه گیری مقادیر و نسبت های آن ها در نمونه های آب به کار می روند. این امر به تعیین سن و منشا آب، درک تاریخ آن و شناخت منابع آن کمک می کند. این میدان با نام هیدرولوژی ایزوتوپی شناخته می شود.

ایزوتوپ های پایدار می توانند برای مطالعه چیزهای مختلفی مانند زمین، انسان، حیوانات، حشرات و گیاهان به کار روند. برای مثال، از ایزوتوپ ها برای ردیابی مسیر مهاجرت پروانه ها استفاده می شود که به حفاظت از محیط زاد و ولد آن ها کمک می کند.

آن ها همچنین کاربردهایی در کشاورزی پیدا می کنند. دانشمندان از کودهای نیتروژن زیستی برچسب گذاری شده با ایزوتوپ پایدار نیتروژن – ۱۵ (۱۵ N)برای ردیابی و تعیین میزان تاثیر محصولات کشاورزی بر جذب کود استفاده می کنند. این موضوع بسیار مهم است زیرا گیاهان برای تبدیل نیتروژن به پروتئین های ضروری به نیتروژن نیاز دارند. استفاده از ۱۵ N دانشمندان را قادر می سازد تا میزان بهینه کود مورد نیاز برای محصولات را برای رسیدن به حداکثر عملکرد تشخیص دهند.

تعریف رادیوایزوتوپ چیست؟

رادیوایزوتوپ ها چه مشخصاتی دارند؟

بیش از ۳۰۰۰ رادیوایزوتوپ شناخته شده وجود دارد که شکل ناپایدار یک عنصر هستند. آن ها سطوح مختلفی از تابش را منتشر می کنند که آن ها را در زمینه هایی مانند پزشکی، صنعت، کشاورزی، علوم رادیودارو، کاربردهای صنعتی، ردیابی زیست محیطی و مطالعات بیولوژیکی ارزشمند می کند.

رادیوایزوتوپ ها به صورت مصنوعی و ایمن در راکتورهای تحقیقاتی و شتاب دهنده ها تولید می شوند. یکی از کاربردهای رادیوایزوتوپ ها در مدیریت سرطان و بیماری های مزمن از طریق رادیوایزوتوپ درمانی است که یک درمان ایمن و موثر برای سلول های سرطانی است. کاربردهای دیگر شامل بهبود محصولات بهداشتی از طریق حذف یا خنثی سازی مواد شیمیایی، باکتری ها و سموم خطرناک است..

رادیوایزوتوپ های هیدروژن چه نام دارند؟

نوع خاصی از هیدروژن که ایزوتوپ رادیواکتیو نامیده می شود، می تواند تابش را آزاد کند و پایدارتر شود. این ایزوتوپ های رادیواکتیو را می توان به صورت طبیعی یافت یا در آزمایشگاه ایجاد کرد. از آن ها در روش های پزشکی مانند آزمایش ها و درمان ها استفاده می شود. ایزوتوپ ها عناصری هستند که عدد اتمی یکسانی با عنصر مادر خود دارند اما عدد جرمی متفاوتی دارند. سه ایزوتوپ هیدروژن وجود دارد: پروتیوم، دوتریوم و تریتیوم.

پروتیوم

پروتیم رایج ترین ایزوتوپ هیدروژن است که ۹۹.۹۸ % هیدروژن را تشکیل می دهد. یک پروتون و یک الکترون دارد. معمولا به جای اینکه به تنهایی باشد، با عناصر دیگر یا با خود به عنوان H۲ پیوند می یابد. دانشمندان بر این باورند که پروتون موجود در هسته آن هرگز واپاشی نشده است. جرم پروتیوم ۱.۰۰۷۸۲۵ واحد جرم اتمی (amu)است.

دوتریوم

دوتریوم دارای یک هسته با یک پروتون و یک نوترون است. هسته هیدروژن ۲ دوترون نامیده می شود و اشعه ساطع نمی کند. دوتریوم در آنالیز شیمیایی استفاده می شود و اجزای آن به عنوان حلال استفاده می شوند. آب سنگین غنی شده با دوتریوم در برخی موارد به جای آب معمولی استفاده می شود. دوتریوم همچنین به عنوان سوخت در همجوشی هسته ای تجاری استفاده می شود. این پدیده به طور طبیعی به صورت دوتریوم گازی رخ می دهد.

تریتیوم

تریتیوم (T یا ۳ H)یک ایزوتوپ هیدروژن با وزن اتمی حدود ۳ است. هسته آن یک پروتون و دو نوترون دارد که آن را سه برابر سنگین تر از هسته هیدروژن معمولی می کند. تریتیوم رادیواکتیو است و نیمه عمری برابر با ۱۲ / ۱۲ سال دارد.

رادیو ایزوتوپ ها چه کاربرد هایی دارند؟

استفاده از ایزوتوپ های رادیویی برای زندگی بشر در زمینه های مختلف بسیار مفید بوده است. در حالی که جهان مزایای تشعشعات را می شناسد، رویدادهایی مانند بمباران هسته ای در هیروشیما و ناکازاکی (۶ و ۹ اوت ۱۹۴۵) و حوادث هسته ای در چرنوبیل، روسیه (۲۵ تا ۲۶ آوریل ۱۹۸۶)، و فوکوشیما، ژاپن (مارس ۲۰۱۱) ) تاثیر عمیقی در ذهن مردم گذاشته است. چالش‌های پیش روی کارگران در زمینه‌های هسته‌ای ناشی از مسائلی مانند فقدان مقررات، منابع ناکافی و دانش محدود در مورد ایمنی هسته‌ای است. سازمان‌های بین‌المللی مانند آژانس بین‌المللی انرژی اتمی (IAEA) و کمیسیون بین‌المللی حفاظت در برابر تشعشعات (ICRP) برای ایجاد الزامات و فراهم کردن زیرساخت‌های لازم برای حمایت از فناوری هسته‌ای کار می‌کنند [۲۰].

رادیو ردیاب ها 

رادیو ردیاب ها در پزشکی، کشاورزی، صنعت و تحقیقات بنیادی کاربرد گسترده ای پیدا می کنند. رادیو ردیاب یک ایزوتوپ رادیواکتیو است که برای مطالعه رفتار دینامیکی تغییرات فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی مختلف به یک عنصر یا ترکیب غیر رادیواکتیو اضافه می‌شود. این از طریق تشعشعات ساطع شده توسط ردیاب ردیابی می شود. مفهوم استفاده از ردیاب ها توسط جورج دی هیوسی در سال ۱۹۴۰ معرفی شد و جایزه نوبل را برای او به ارمغان آورد.

تولید رادیوایزوتوپ

اطمینان از پایداری تولید رادیوایزوتوپ یک تمرکز حیاتی است. بیش از ۱۶۰ رادیو ایزوتوپ مختلف به طور منظم در زمینه های مختلف استفاده می شود. این ایزوتوپ ها یا در راکتورهای تحقیقاتی شار متوسط یا بالا یا شتاب دهنده های ذرات با انرژی کم یا متوسط تولید می شوند.

دارو

رادیو ردیاب ها به ابزار ضروری برای تشخیص و رادیوتراپی در پزشکی تبدیل شده اند.

هدف تشخیصی

متداول ترین ایزوتوپ رادیواکتیو مورد استفاده برای اهداف تشخیصی تکنسیوم (۹۹Tc) است. تزریق ۹۹Tc به صورت داخل وریدی به شناسایی تومورهای مغزی کمک می کند و سپس می توان آنها را با دستگاه های مناسب اسکن کرد.

ایزوتوپ‌هایی مانند ۱۳۱I، ۱۳۲I و ۱۲۳I برای مطالعه عملکرد نادرست غدد تیروئید استفاده می‌شوند، در حالی که از ترکیبات حاوی ۱۳۱I برای مطالعه عملکرد کلیه استفاده می‌شود. ایزوتوپ های دیگر مانند ۳۳P، تریتیوم (۳H) و ۱۴C کاربردهای مختلفی در توالی یابی DNA، مطالعات بیوشیمیایی و ردیابی مسیرهای متابولیک دارند.

پیشرفت اخیر توموگرافی انتشار پوزیترون (PET) است که یک تکنیک دقیق برای مکان یابی تومورها در بدن است. یک رادیونوکلئید ساطع کننده پوزیترون به بیمار تزریق می شود که در بافت هدف تجمع می یابد و اشعه گاما ساطع می کند. PET همچنین در تصویربرداری قلب و مغز استفاده می شود.

کاربرد های درمانی

یک کاربرد درمانی رایج از رادیو ایزوتوپ ها Co60 است که در درمان سرطان به کار می رود. ایزوتوپ های رادیواکتیو مانند ۱۹۲Ir یا ۱۲۵I گاهی مستقیماً با استفاده از سیم یا سوزن مهر و موم شده در بافت سرطانی قرار می گیرند. این روش اغلب برای درمان سرطان هایی مانند سرطان های دهان، سینه، ریه و رحم استفاده می شود. ۱۳۱I برای درمان سرطان تیروئید و ۳۲P برای درمان تولید بیش از حد گلبول قرمز در مغز استخوان استفاده می شود.

تحقیقات کشاورزی

تحقیقات کشاورزی بر توسعه انواع محصولات پرمحصول و محافظت از آنها در برابر حشرات متمرکز است.

انواع جدید محصولات زراعی

بذور پرتودهی شده گندم، برنج، ذرت، پنبه و غیره برای بهبود واریته‌های زراعی و اصلاح جهش‌یافته دچار تغییرات ژنتیکی می‌شوند. این واریته‌های جدید زراعی مقاوم‌تر به بیماری هستند و عملکرد بالاتری دارند.

ریشه کنی حشرات و آفات

تکنیک حشره عقیم (SIT) شامل استفاده از تابش برای عقیم کردن حشرات انبوه پرورش داده می شود و آنها را از نظر جنسی رقابتی می کند اما قادر به تولید نسل نیستند. این تکنیک باعث افزایش تولید محصول و حفظ منابع طبیعی می شود.

نگهداری و استریل کردن مواد غذایی

حدود ۲۵ تا ۳۵ درصد از تولید جهانی مواد غذایی مستعد ابتلا به آفات، حشرات، باکتری‌ها و قارچ‌ها است که باعث خسارات اقتصادی می‌شود. تابش مواد غذایی با استفاده از انواع پرتوهای توصیه شده، آفات و باکتری ها را از بین می برد و عمر مفید را افزایش می دهد. با این حال، ممکن است ارزش غذایی غذا را با از بین بردن ویتامین‌های A، B1 (تیامین)، C و E کاهش دهد. سه نوع تشعشع توصیه شده عبارتند از ۶۰Co یا ۱۳۷Cs، اشعه ایکس یا پرتوهای الکترونی از شتاب‌دهنده‌های ذرات [۲۴]. دوز تشعشع و کاربرد آن تشعشعات را به سه دسته طبقه بندی می کند: دوز کم (<1 کیلو گری)، دوز متوسط (۱۰-۱ کیلو گری) و دوز بالا (> 10 کیلو گری).

رادیو ایزوتوپ اورانیوم

اورانیوم، یک عنصر شیمیایی با عدد اتمی ۹۲، به دلیل ویژگی‌های خاص خود معروف است. دو رادیوایزوتوپ اصلی اورانیوم عبارتند از اورانیوم-۲۳۸ (U-238) و اورانیوم-۲۳۵ (U-235).

اورانیوم-۲۳۴ (U-234) نیز یک رادیوایزوتوپ دیگر از اورانیوم است که در مقایسه با دو رادیوایزوتوپ اصلی کمیاب‌تر است و معمولاً به عنوان ردیاب در مطالعات جغرافیای هسته‌ای استفاده می‌شود.

اورانیوم به دلیل خاصیت تجزیه‌پذیری و امکان تولید انرژی در فرآیندهای هسته‌ای، در زمینه‌های انرژی و تحقیقات هسته‌ای اهمیت دارد.

کاربردهای کم دوز رادیو ایزوتوپ چیست؟

ممانعت از جوانه زدن در پیاز و سیب زمینی

سیب زمینی های پرتودهی شده را می توان در دمای بالاتر یعنی حدود ۱۵ درجه سانتی گراد نگهداری کرد. این باعث صرفه جویی در انرژی و جلوگیری از شیرین شدن سیب زمینی می شود که معمولا در دمای پایین اتفاق می افتد. این برای تولیدکنندگان چیپس مفید است، زیرا سیب زمینی های کم قند باعث رنگ روشن تر مورد نظر برای سیب زمینی سرخ کرده و چیپس می شود.

تأخیر در رسیدن میوه ها

تابش میوه‌ها (مانند انبه) در مرحله قبل از اقلیم بلوغ سخت با دوزهای ۰.۲۵-۰.۷۵ کیلوگری فرآیند رسیدن را حدود ۷ روز به تاخیر می‌اندازد و ماندگاری را بهبود می‌بخشد. این دوزها در از بین بردن آفات قرنطینه نیز موثر هستند. میوه های تازه پرتودهی شده را می توان برای مدت طولانی تری، گاهی تا ۳۰ روز در دمای ۱۲ تا ۱۴ درجه سانتی گراد و در اتمسفر اصلاح شده نگهداری کرد.

کاربردهای با دوز متوسط رادیو ایزوتوپ ها چیست؟

در زیر یخ، غذاهای دریایی مانند ماهی و میگو، از جمله ماهی هایی مانند اردک بمبئی، پومفرت، ماهی آزاد هندی، ماهی خال مخالی و میگو را می توان برای حدود ۷ تا ۱۰ روز نگهداری کرد. مطالعات نشان داده‌اند که تابش ۱ تا ۳ کیلوگری و به دنبال آن ذخیره‌سازی در دمای ذوب یخ، عمر ماندگاری را تقریباً سه برابر افزایش می‌دهد.

گوشت و فرآورده های گوشتی، از جمله طیور، معمولاً در دمای ۰ تا ۳ درجه سانتیگراد حدود یک هفته ماندگاری دارند. با استفاده از دوز ۲ تا ۵ کیلو گرمی، که باکتری های فاسد را غیرفعال می کند، می توان این مدت را تا ۴ هفته افزایش داد. از پرتو درمانی برای افزایش ماندگاری محصولات گوشتی با رطوبت متوسط استفاده شده است.

کاربردهای با دوز بالای رادیو ایزوتوپ ها چیست؟

ضد عفونی کردن ادویه

در طول حمل و نقل، ادویه ها می توانند با تخم حشرات و پاتوژن های میکروبی آلوده شوند. دوز ۱۰ کیلوگری تقریباً عقیمی یا عقیمی تجاری را به همراه دارد و در عین حال خصوصیات طبیعی ادویه ها را حفظ می کند.

 استرلیزه سازی کامل برای رژیم های غذایی تخصصی

دوزهای بالاتر تابش را می توان برای استرلیزه سازی کامل رژیم های غذایی برای بیماران دچار نقص ایمنی، ورزش های ماجراجویی، نظامی و فضانوردان استفاده کرد.

بررسی لوله های آب و روغن

رادیوایزوتوپ ها در صنعت برای بررسی لوله های مسدود شده آب و تشخیص نشتی در لوله های نفت استفاده می شوند. به عنوان مثال، مقدار کمی از ۲۴Na رادیواکتیو در یک توپ محصور قرار می گیرد، اجازه می دهد در یک لوله آب حرکت کند، و با یک آشکارساز نظارت می شود. اگر حرکت توپ متوقف شود، نشان دهنده مسدود شدن لوله است. به طور مشابه، ۲۴Na مخلوط با نفت در یک لوله زیرزمینی برای تشعشع کنترل می شود. یک فعالیت قابل توجه نشان دهنده نشتی است.

بازرسی قطعات فلزی

مواد رادیواکتیو برای بازرسی قطعات فلزی و یکپارچگی جوش ها در صنایع مختلف استفاده می شود. یک کپسول تیتانیوم با ایزوتوپ رادیواکتیو در یک طرف جسم قرار می گیرد و فیلم عکاسی در طرف دیگر اشعه گامای عبوری از جسم را می گیرد و بدون ایجاد آسیب، نقص در قطعات ریخته گری فلز یا اتصالات جوش داده شده را آشکار می کند.

کنترل کیفیت در تولید

در صنایع، سنج های هسته ای برای کنترل کیفیت در شرایط شدید مانند دمای بالا و فرآیندهای شیمیایی مضر استفاده می شود. این گیج‌ها فرآیندهای تولید را کنترل می‌کنند، ضخامت مواد ورق را اندازه‌گیری می‌کنند و عیوب داخلی را بدون ایجاد آسیب بررسی می‌کنند.

منابع

https://www.iaea.org

https://testbook.com

creative-biolabs.com

https://www.intechopen.com

ansto.gov

thoughtco.com