دانلود تحقیق ایزوتوپ های یک عنصر

مقدمه: بسیاری از عناصر در چند شکل متفاوت هسته ای به طور طبیعی وجود دارند که به ،آنها ایزوتوپ می گویند.

تمام ایزوتوپ های یک عنصر،خواص شیمیایی مشابه دارند و این در حالی است که بعضی از آنها خاصیت رادیو اکتیو دارند که رادیو ایزوتوپ نام دارند.

کاربرد تکنیک های هسته ای در مدیریت صنعتی و محیط زیست دائماً در حال افزایش است.

جریان پیوسته عملیات آنالیز تحلیلی و پاسخ سریع ناشی از کاربرد تکنیک ها و کنترل های هسته ای که رادیو ایزوتوپ های زیادی در آن دخیل هستند، بدین معنی است که سرعت جریان انجام کار افزایش یافته و داده های تحلیلی قابل اعتماد، دائماً می تواند در دسترس باشد.

این نوع روند کنترل سرعت کار، کاهش هزینه ها و افزایش کیفیت محصول را به دنبال خواهد داشت.

صنایع مدرن هم از رادیو ایزوتوپ ها در جهات مختلفی استفاده می کنند که به بهبود تولید می انجامد و گاهی اطلاعاتی ناشی از این کاربرد به دست می آید که از هیچ روش دیگری نمی توانست قابل حصول باشد.

چشمه های رادیو اکتیو بسته شده در صنایع رادیو گرافی، اندازه گیری و آنالیز مواد معدنی مورد استفاده قرار می گیرد.

ماده رادیو اکتیو با نیمه عمر کوتاه در ردیابی جریان مواد و یا اندازه گیری مخلوط کردن مواد به کار می رود.

گاما استریلیزاسیون برای محصولات پزشکی و محصولات حجیم و آنهایی که عمدتاً برای نگهداری مواد غذایی به کار می روند مورد استفاه قرار می گیرد.

از آنجاییکه کبالت60 یک رادیو ایزوتوپ گسیلنده گامای پر انرژی است، اکثراً از آن به منظور فوق استفاده می گردد.

این رادیو ایزوتوپ در راکتور های هسته ای و گاهی به عنوان یک محصول جانبی در راکتور های قدرت ساخته و تولید می شود.

ایزوتوپ ها در سال ١٢٣٩ شمسی (١٩١٠م) دانشمندان با مشکلی مواجه شدند و آن اینکه بعضی محصولات واپایشی ها.

خواص شیمیایی یکسانی داشتند ولی خواص فیزیکی آنها متفاوت بود.

"سدی" که یک دانشمند (شیمی دان) انگلیسی است متوجه شد محصول نهایی و پایدار واپاشی اورانیم یا رادیم خواص شیمیایی سرب را دارد.

همچنین محصول نهایی واپاشی توریوم نیز خواص شیمیایی سرب را دارد ولی همه آنها جرم اتمی متفاوت با سرب معمولی (طبیعی) داشتند.

به عنوان مثالی دیگر، هسته هایی با عدد اتمی ٦ که مربوط به کربن هستند یافت می‌شدند که عدد جرمی آنها ١٢ نبود بلکه ١٣ و ١٤ بود.

حال این سؤال پیش آمد که آیا در جدول تناوبی باید جای جدایی بر آنها در نظر گرفت؟

دانشمندان به این نتیجه رسیدند که هر خانه جدول متناوبی می‌تواند معرف عنصری باشد که از نظر شیمیایی با عنصر دیگر تفاوت دارد.

به همین خاطر عناصری که خواص شیمیایی یکسانی داشتند (عدد اتمی یکسان) ولی از نظر فیزیکی خواص متفاوت نشان می‌دادند (عدد جرمی متفاوت داشتند) را ایزوتوپ نامیدند.

ایزوتوپ از دو کلمه به معنی هم و دیگری به معنی جا اقتباس شده است و تداعی کننده اینست که این عناصر در یک خانه جدول تناوبی جای می‌گیرند.

بنابراین ایزوتوپ‌های یک عنصر دارای یک عدد اتمی هستند ولی عدد جرمی آنها متفاوت است.

یعنی تعداد نوترون‌های هسته متفاوت می‌باشد.

به عنوان مثال ایزوتوپ‌ های کربن عبارتند از: ، ، البته حدود ٩٠% کربن موجود در طبیعت است.

ایزوتوپ‌های سرب ، ، ، می‌باشد.

در جدول زیر ایزوتوپ‌های چند عنصر و درصد فراوانی آنها را در طبیعت می‌بینید.

باید توجه داشت که در فرآیندهای هسته‌ای عدد اتمی و عدد جرمی دو طرف معادله یکسان است.

از واپاش ذره از هسته توریوم چه عنصری به دست می‌آید؟

به واسطه بقای بار الکتریکی عدد اتمی دو طرف باید یکسان باشد بنابراین داریم: در ضمن عدد جرمی دو طرف نیز باید ثابت بماند پس: بنابراین عنصر مجهول دارای ویژگی می‌باشد.

با مراجعه به جدول تناوبی در می‌یابیم این عنصر رادیوم است.

تولید ایزوتوپ ­ها اکثر مواد بحرانی مورد نیاز تولید­ انرژی هسته ­ای ایزوتوپ­های خاصی از عناصری ویژه­ای هستند.

برخی از این ایزوتوپ­ها در طبیعت وجود دارند، ولی به واسطه­ی سایر ایزوتوپ­های همان عنصر بسیار رقیق­هستند ( مانند دتریم، Li-6 ، U-235).

این ایزوتوپ­ها برای این­که مفید واقع شوند بایستی غنی ( تغلیظ ) شوند.

سایر ایزوتوپ­ها که به طور طبیعی فقط در مقادیر کوچک وجود دارند، یا اصلاً وجود ندارند، باید از طریق واکنش­های هسته­ای تولید شوند ( مانند تریتیم و Pu-239 ).

به عبارت دیگر دو روش برای تولید ایزوتوپ­ها وجود دارد: 1- غنی سازی.

2- تبدیل.

ایزوتوپ ها و تفاوت آن ها در خواص فیزیکی با اندازه گیری هایی که از طریق دستگاه طیف سنج جرمی صورت گرفت ،مشخص شد که همه ی اتم های یک عنصر جرم مشخصی ندارند.

عدد اتمی در همه ی اتم های یک عنصر ثابت است .

از آن جایی که عدد اتمی همان تعداد پروتون است ، پس تفاوت در جرم بین اتم های یک عنصر مربوط به تفاوت در تعداد نوترون ها ی موجود در هسته ی اتم می باشد.

پس در این گونه اتم ها عدد اتمی ( تعداد پروتون ) یکسان و عدد جرمی ( مجموع تعداد پروتون و نوترون ) متفاوت است.

به اتم هایی ازیک عنصر که عدد اتمی یکسان و عدد جرمی متفاوت دارند ، ایزوتوپ می گویند.

آزمایش هایی که بر روی نمونه هایی طبیعی عنصر ها صورت می گیرد نشان می دهد که در نمونه طبیعی گاز کلر دو ایزوتوپ کلر وجود دارد.

1.

کلر - 35 ( Cl 1735 ) 2.

کلر – 37 ( Cl 1737 ) و اندازه گیری ها نشان می دهد که فراوانی ایزوتوپ ها در طبیعت یکسان نیست .

برای مثال از هر چهار اتم کلر در طبیعت ، سه اتم ، کلر - 35 و یک اتم ، کلر - 37 است .

پس فراوانی کلر - 35 ، 75 درصد و فراوانی کلر - 37 ، 25 درصد است.

با توجه به وجود ایزوتوپ ها برای اتم های عنصر ها و تفاوت در فراوانی آن ها برای گزارش جرم نمونه های طبیعی از اتم عنصر ها ی مختلف از جرم اتمی میانگین استفاده می کنند.

تجربه نشان داده است که ایزوتوپ ها خواص شیمیایی یکسانی دارند اما برخی از خواص فیزیکی آن ها که جرم وابسته است با هم متفاوت است ، که این تفاوت را می توان در ترکیب های شیمیایی که آن ایزوتوپ ها را دارند مشاهده کرد.از این گونه خواص می توان چگالی را نام برد.

برای مثال: -- 100گرم آب معمولی O2H حجم بیش تری از 100گرم آب سنگین O2D دارد.

این موضوع نشان می دهد چگالی آب سنگین بیش تر از چگالی آب معمولی است .

و اگر یک قطعه یخ که از آب معمولی به وجود می آید را در آب سنگین بگذاریم ، روی آن قرار می گیرد.( چگالی آب سنگین بیش تر از یخی است که از آب معمولی به دست می آید.) و اگر یک قطعه یخ که از آب سنگین به وجود می آید را در آب معمولی بگذاریم ، در آن فرو می رود.

( چگالی آب معمولی کم تر از یخی است که از آب سنگین به دست می آید .) و اگر یک قطعه یخ که از آب معمولی به وجود می آید را در آب سنگین بگذاریم ، روی آن قرار می گیرد.( چگالی آب سنگین بیش تر از یخی است که از آب معمولی به دست می آید.) و اگر یک قطعه یخ که از آب سنگین به وجود می آید را در آب معمولی بگذاریم ، در آن فرو می رود.

( چگالی آب معمولی کم تر از یخی است که از آب سنگین به دست می آید .) دید کلی: برحسب نظریه اتمی عنصر عبارت است از یک جسم خالص ساده که با روش های شیمیایی نمی توان آن ‏را تفکیک کرد.

از ترکیب عناصر با یکدیگر اجسام مرکب به وجود می آیند.

تعداد عناصر شناخته شده در ‏طبیعت حدود 92 عنصر است.

هیدروژن اولین و ساده ترین عنصر و پس از آن هلیم ، کربن ، ازت ، اکسیژن ‏و...

فلزات روی ، مس ، آهن ، نیکل و...

و بالاخره آخرین عنصر طبیعی به شماره 92، عنصر اورانیوم است.

‏ بشر توانسته است به طور مصنوعی و به کمک واکنش های هسته ای در راکتورهای هسته ای و یا به ‏کمک شتاب دهنده های قوی بیش از 20 عنصر دیگر بسازد که تمام آن ها ناپایدارند و عمر کوتاه دارند و به ‏سرعت با انتشار پرتوهایی تخریب می شوند.

‏ ایزوتوپهای عناصر:‏ اتم های یک عنصر از اجتماع ذرات بنیادی به نام پروتون ، نوترون و الکترون تشکیل یافته اند.

پروتون بار مثبت و ‏الکترون بار منفی و نوترون فاقد بار است.

تعداد پروتون ها نام و محل قرار گرفتن عنصر در جدول تناوبی ‏‏(جدول مندلیف) مشخص می شود.

اتم اورانیوم در خانه شماره 92 قرار دارد.

یعنی دارای 92 پروتون است.

‏تعداد نوترون ها در اتم های مختلف یک عنصر همواره یکسان نیست که برای مشخص کردن آنها از کلمه ‏ایزوتوپ استفاده می شود.

بنابراین اتم های مختلف یک عنصر را ایزوتوپ می گویند.

مثلاً عنصر هیدروژن ‏سه ایزوتوپ دارد: هیدروژن معمولی که فقط یک پروتون دارد و فاقد نوترون است.

هیدروژن سنگین یک پروتون ‏و یک نوترون دارد که به آن دوتریم گویند و نهایتاً تریتیم که از دو نوترون و یک پروتون تشکیل شده و ناپایدار ‏است و طی زمان ، تجزیه می شود.

‏ ایزوتوپ سنگین هیدروژن یعنی دوتریم در نیروگاه های اتمی کاربرد دارد و از الکترولیز آب به دست می آید.

‏در جنگ دوم جهانی آلمانی ها برای ساختن نیروگاه اتمی و تهیه بمب اتمی در سوئد و نروژ مقادیر بسیار ‏زیادی آب سنگین تهیه کرده بودند که انگلیسی ها متوجه منظور آلمانی ها شده و مخازن و دستگاه های ‏الکترولیز آنها را نابود کردند.‏ ایزوتوپهای اورانیوم: عنصر اورانیوم، چهار ایزوتوپ دارد که فقط دو ایزوتوپ آن به علت داشتن نیمه عمرنسبتاً بالا در طبیعت و در ‏سنگ معدن یافت می شوند.

این دو ایزوتوپ عبارتند از اورانیوم235و اورانیوم 238 که در هر دو 92 پروتون ‏وجود دارد ولی اولی 143 و دومی 146 نوترون دارد.

‏ اختلاف این دو فقط وجود 3 نوترون اضافی در ایزوتوپ سنگین است.

ولی از نظر خواص شیمیایی این دو ‏ایزوتوپ کاملاً یکسان هستند و برای جداسازی آنها از یکدیگر حتماً باید از خواص فیزیکی آنها یعنی اختلاف ‏جرم ایزوتوپ ها استفاده کرد.

‏ شکافت هسته ای اورانیوم:‏ ایزوتوپ اورانیوم 235 شکست پذیر است و در نیروگاه های اتمی از این خاصیت استفاده می شود و حرارت ‏ایجاد شده در اثر این شکست را تبدیل به انرژی الکتریکی می نمایند.

در واقع ورود یک نوترون به درون ‏هسته این اتم سبب شکست آن شده و به ازای هر اتم شکسته شده ‏ Mev ‎‏200 میلیون الکترون ولت ‏انرژی و دو تکه شکست و تعدادی نوترون حاصل می شود که می توانند اتم های دیگر را بشکنند.

بنابراین ‏در برخی از نیروگاه ها ترجیح می دهند تا حدی این ایزوتوپ را در مخلوط طبیعی دو ایزوتوپ غنی کنند و ‏بدین ترتیب مسئله غنی سازی اورانیوم مطرح می شود.‏ کاربرد ایزوتوپهای اورانیوم: - در راکتورهای هسته ای به عنوان سوخت به کار می روند.‏ - در ساخت انواع مهمات هسته ای از جمله بمبهای هسته ای ، بمب هیدروژنی و ...

کاربرد دارند.

بمب هیدروژنی - در درمان بیماریهای سرطانی ، تومورهای مغزی و غیره به کار می گیرند.‏ - در نیروگاه های هسته ای برای تولید انرژی الکتریکی به کار برده می شود.‏ رادیو گرافی گاما: تکنیک رادیو گرافی گاما تا اندازه زیادی شبیه دستگاه اشعه ایکس، برای کنترل چمدان ها در فرودگاه و مراکز کنترل مورد استفاده قرار می گیرد.

در این روش به جای استفاده از یک ماشین بزرگ برای تولید اشعه ایکس فقط نیازمند به یک چشمه ای است که پرتو گاما از آن گسیل می شود.

معمولاً این چشمه یک دانه یا حبه کوچک از مواد رادیو اکتیو در خود دارد که باید در یک کپسول تیتانیومی کاملاً سر بسته مورد استفاده قرار گیرد.

چگالی سنجی: در اینجا تابش یا اشعه از رادیو ایزوتوپی (چشمه رادیو اکتیو) حاصل می گردد که از شدت آن توسط یک جسمی که بین چشمه رادیو اکتیو و آشکار ساز قرار دارد کاسته شده است.

در واقع دیتکتور ها این میزان کاهش را اندازه گیری می کنند.

بر این اساس در اینجا یک دستگاه کنترلی می تواند به کار گرفته شود که حضور یا عدم حضور آن جسم و یا مقدار و یا دانسیته و چگالی آن را که بین چشمه و آشکار ساز قرار گرفته است، تعیین نماید.

حسن استفاده از این کنترل کننده این است که در عمل کنترل یا اندازه گیری هیچ نوع تماسی با جسم مورد اندازه گیری وجود ندارد.

کنترل فرآیند های صنعتی: طی هر یک از فرایند های صنعتی نقاط کنترل فراوانی وجود دارد که دقت این کنترل ها سبب بهبود کیفی، کمی، اقتصادی و سهولت انجام کار می شود.

کاربرد روشهای هسته ای و رادیو ایزوتوپ ها یکی از بهترین آنها محسوب می گردد.

یکی از کاربرد های تکنیک فوق استفاده از آن به عنوان خاکستر سنج قبل و بعد از فرآیند اختلال زغال سنگ به منظور اندازه گیری کیفیت زغال و ارتقاء درجه اختلاط آن و تأثیر آن در مصرف بهینه زغال سنگ است.

دستگاه خاکستر سنج علائمی را صادر می کند که اجازه می دهد تغذیه زغال را از انواع مختلف آن تغییر و نسبت به نوع مناسبتر تنظیم نمود.گذاشتن این خاکستر سنج در سر راه بونکر های تغذیه روی خط انتقال می تواند کار دیگ های بخار را نیز طوری تنظیم کند که بهبود های لازم در یک دوره طولانی برای تولید و میزان حرارت حاصل گردد.حتی با تغییراتی می توان از روی میزان خاکستر و سایر فضولات تغذیه سوخت دیگ های بخار را متناسب و بهینه کرد.

فلزات در صنایع : در صنعت فلزات، رادیو نوکلویید ها ممکن است برای مطالعات دیفیوژن(پخش شدن ایزوتوپ ها) و تشکیل آلیاژها مورد استفاده قرار گیرند.

کاربرد رادیو نوکلویید ها در مطالعه خوردگی و ساییدگی فلزات هم سبب دقت نتایج می شود.

به عنوان مثال تحقیق در ساییدگی حلقه های پیستون موتور ها پس از اکتیو کردن حلقه ها، محل هایی که بیشترین ساییدگی را دارند در مرحله برگشت پیستون از بالا شناسایی می شوند.

در بررسی پوشش ها مزیت کاربرد رادیو ردیاب ها انجام آزمایش های کوتاه و کسب اطلاعات نسبتاً دقیق است.

در عین حال به جای استفاده از نمونه های فعال شده، از کاشتن و یا کار گذاردن کریپتون?85 ،ممکن است استفاده گردد.

در این صورت آزاد شدن کریپتون?85 اندازه ای از میزان و محل ساییدگی را به دست می دهد.

در صنایع آب، روغن و سایر سیالات فرایند انتقال را می توان با رادیو ردیاب ها مطالعه کرد.

به عنوان مثال مطالعه آبهای زیرزمینی با استفاده از آبهای تریتیم دار امکان پذیر است.

در این کاربرد حساسیت آشکار سازی بالای تریتیم ویژگی این روش محسوب می شود.

جذب و پراکندگی تابش: جذب و یا پراکندگی تابش ناشی از چشمه های رادیو اکتیو در صنعت می تواند برای اندازه گیری ضخامت یا برای تست مواد مورد استفاده قرار گیرد.

برای مثال در تولید ورق های کاغذ، پلاستیک، ورق های نازک فلزی، این مواد از بین یک رادیو نوکلویید کپسول شده به عنوان چشمه رادیو اکتیو و یک آشکار ساز متصل به یک اندازه سنج به طور دائم عبور کرده و کنترل می شوند.

رادیو نوکلویید در هر منظور مشخص طوری انتخاب می شود که پرتو گسیل شده به طور مؤثر و خیلی دقیق توسط ماده ای که مورد آزمایش است جذب شود.

در این صورت ضخامت ورق های پلاستیکی به وسیله چشمه های ساطع کننده بتا تعیین می شود در حالیکه برای اندازه گیری ضخامت ورق های فلزی از سزیم?137 یا ساطع کننده گاما استفاده می گردد.

رادیو ایزوتوپ تاریخچه رادیوایزوتوپ ها در سال 1968 هانری بکرل کشف کرد که اورانیوم ، رادیواکتیو است.

اندکی بعد ، رادیوایزوتوپهای موجود در طبیعت از قبیل رادیوم ، پلونیوم کشف شدند.

بسیاری از رادیوایزوتوپهای طبیعی دارای نیم عمر طولانی (بزرگتر از 1000 سال) هستند.

حالت پایداری رادیوایزوتوپ رادیوایزوتوپها با گسیل تابش الکترومغناطیس یا ذرات باردار به سوی پایداری پیش می‌روند.

سه فرآیندی که از طریق آنها یک رادیوایزوتوپ سعی می‌کند به پایداری برسد، واپاشی آلفا ، بتا و گاما نامیده می‌شوند.

علت وجود رادیوایزوتوپها دو نوع نیروی قوی هسته‌ای و الکترومغناطیسی ، پایداری یک هسته را مشخص می‌کند.

نیروهای قوی بین یک جفت نوکلئون (مثلا پروتون - پروتون یا نوترون - نوترون) عمل می‌کنند.

آنها از نوع نیروی جاذبه هستند.

نیروهای الکترومغناطیسی ، تنها بین پروتونها عمل کرده و رانشی هستند.

عدم تعادل بین این دو نیرو منجر به ناپایداری و وجود رادیوایزوتوپ می‌شود.

رادیوایزوتوپها می‌توانند مثل رادیوم ، پلوتونیوم ، اورانیوم بطور طبیعی وجود داشته باشند و یا به طریق مصنوعی ایجاد شوند.

رادیوایزوتوپهای مصنوعی به یکی از 3 روش اساسی زیر تولید می‌شوند.

پرتودهی ایزوتوپهای پایدار در یک راکتور راکتور هسته‌ای ، چشمه وسیعی از نوترونهای حرارتی است.

این نوترونها به راحتی می‌توانند توسط ایزوتوپهای پایدار جذب شوند، که در این صورت ایزوتوپ حاصل دارای یک نوترون اضافی خواهد بود که عدد جرمی آن یک واحد افزایش می‌یابد.

ایزوتوپ حاصل ممکن است که رادیواکتیو باشد، یعنی رادیوایزوتوپ داشته باشیم و ممکن است پایدار باشد.

معادله می ‌تواند به صورت زیر باشد.

AZX+10n→ A+1ZX+γ پرتودهی ایزوتوپهای پایدار در یک شتابدهنده یا سیکلوترون شتابدهنده یا سیکلوترون چشمه تعداد زیادی از ذرات باردار پر انرژی در محدوده Meu (مگا الکترون ولت) است که داخل این دستگاه ذره باردار (مثل پروتون ، دوترون هلیوم) به ذره هدف (ایزوتوپ) می‌تابانند و رادیوایزوتوپ تشکیل می‌شود.

به فرض برای یک پروتون و هسته sup>AZX> اینگونه می توان نوشت.

sup>AZX+11P→> Az+1Y+n شکافت ایزوتوپهای سنگینتر از شکافت ایزوتوپهای سنگین تر می‌توان رادیوایزوتوپهای سبکتر تولید کرد.

بلا فاصله پس از کشف رادیواکتیویته ، معلوم شد که رادیواکتیو طبیعی از قبیل 22688Ru (رادیوم 226) و 23296Th (توریوم 232) و 21084Po (پلونیوم 210) چشمه‌های با ارزش از ذرات α هستند.

واکنشهای این ذرات α ، نوترون تولید می‌کردند.

برای بسیاری از هسته‌های سنگین تر (A=200) جذب نوترون به تولید چندین ایزوتوپ با اعداد جرمی ، از مرتبه تقریبا نصف عدد جرمی ایزوتوپ هدف می‌انجامد.

واپاش رادیوایزوتوپ رادیوایزوتوپ را می‌توان از واپاشی رادیوایزوتوپ سنگین نیز تولید کرد که رادیوایزوتوپ حاصله را رادیوایزوتوپ دختر می‌گویند.

در یک سری رادیواکتیو ، رادیوایزوتوپ دختر بطور پیوسته از واپاشی رادیوایزوتوپ مادر تولید و با آهنگ واپاشی خود از بین می‌رود.

مثل سری اورانیوم یا سری توریوم که تولید رادیوایزوتوپهای دختر می‌کنند.

برای مثال واپاشی روبیدیوم به صورت زیر است.

) پایدار( 81Rb→81Kr→81Kr تولید ایزوتوپ های مصنوعی: برای تولید ایزوتوپ های مصنوعی باید یک نوتورون را به هسته اتم بفرستیم تا عدد جرمی آن افرایش یابد .

نوترون ها در طبیعت به طور آزاد یافت نمی شوند .

پس برای دست یابی به نوترون، آن را در آزمایشگاه ها تولید می کنیم.

نوترون ها را از طریق واکنش های هسته ای بدست می آوریم .

جیمز چادویک با بمباران کردن بیریلیم 9(Be) توسط ذرات آلفا، برای نخستین بار نوترون را در آزمایشگاه تولید کرد .

نوترون های آزاد شده از این طریق بسیار پر انرژی هستند .

از این نوترون ها برای شکافت هسته های اتم ها استفاده می کنند، که به این نوترون ها، نوترون های حرارتی می گویند .

فرستادن این نوترون ها به هسته اتم ها موجب شکافت هسته و تبدیل آن به هسته های سبکتر می شود که در طی این واکنش مقدار زیادی انرژی آزاد می شود .

اما برای تولید ایزوتوپ های جدید با استفاده از این نوترون ها، نوترون ها را از عوامل کُند کننده از قبیل: آب، پارافین، گرافیت و ...

عبور می دهند تا مقداری از انرژی خود را بر اثربرخورد با هسته آن ها از دست دهد، که در این حالت به آن،نوترون کُند می گویند .

این نوترون ها که با از دست دادن انرژی توانایی شکافت هسته ای را ندارند، با برخورد به هسته هدف، وارد هسته می شوند و در نتیجه تعداد نوترون های هسته افزایش می یابد و یک ایزوتوپ جدید ایجاد می شود.

البته روش دیگری برای ایجاد ایزوتوپ های جدید وجود دارد.

هنگامی که یک نوکلئون ناپایدار تجزیه می شود نوکلئون های جدیدی با ایزوتوپ های متفاوت ایجاد می کند.

علت اینکه عناصری با ایزوتوپ های متفاوتی در طبیعت یافت می شوند، همین امر است.

که در آن AZX هسته با عدد جرمی A و عدد اتمی Z و 11P پروتون و AZ+1Y رادیوایزوتوپ حاصله با عدد جرمی A و عدد اتمی Z+1 و n نیز نوترون می‌باشد.

که در رابطه فوق AZX ایزوتوپ اولیه با عدد جرمی A و عدد اتمی Z و A+1ZX رادیوایزوتوپ با عدد جرمی A+1 و عدد اتمی Z است که در این رادیوایزوتوپ γ گسیل می‌شود.

صنایع در سایه رادیو ایزوتوپ ها ایمن ترند رادیو ایزوتوپ هایی که کاربرد صنعتی دارند نیز گاهی مشمول ملاحظات سیاسی - اقتصادی می شوند.

در حالی که محروم کردن کشورها از این مواد و امکانات می تواند ضررهای جبران ناپذیری در پی داشته باشد.

این یک واقعیت است : 98 درصد کاربرد انرژی هسته ای، صلح آمیز و تنها 2 درصد آن نظامی است.

در این میان، کاربرد رادیوایزوتوپ ها در صنایع یکی از موارد مهم و اساسی استفاده صلح جویانه از انرژی اتمی در جهان و ایران به شمار می رود.

حدود 40 سال است که صنایع ایران از سیستم های رادیوایزوتوپی استفاده می کنند.

در حال حاضر چشمه های رادیواکتیو و سیستم های هسته ای در بیش از 600 کارخانه مهم ایران از جمله کارخانجات سیمان، نساجی، قند، نفت، پتروشیمی، ذغال سنگ، لاستیک سازی، مجتمع فولاد، ذوب آهن، غنی سازی مس، شیمیایی و پلاستیک سازی، لوله سازی، ریسندگی و معادن برای اندازه گیری و کنترل مورد استفاده قرار می گیرند.

انعطاف پذیری، دقت عمل و صرفه اقتصادی این گونه سیستم ها سبب توسعه سریع کاربرد آنها در صنایع شده است.

آنچه مسلم است عدم کنترل و اندازه گیری دقیق در صنایع است که نه تنها به محصولات صنعتی و کارخانجات صدمه وارد می کند، بلکه در مواردی از جمله جوش های صنعتی، می تواند به فجایعی انسانی منجر گردد.

پس از کشف رادیواکتیویته توسط مادام کوری در سال 1898، برای نخستین بار در سال 1901 از چشمه رادیوایزوتوپ طبیعی رادیوم برای رادیوگرافی در پزشکی استفاده شد.

سپس از سال 1946 به بعد رادیوایزوتوپ ها در سطح وسیعی و تقریباً در تمام رشته های صنعتی، پزشکی، کشاورزی و علوم برای اندازه گیری و کنترل مورد استفاده قرار گرفتند.

به طوری که در اکثر مراکز هسته ای که دارای راکتور و دستگاه های مختلف شتاب دهنده هستند، تهیه و تولید این مواد حتی تا سطح تجارتی مورد توجه قرار گرفته است.

امروزه صنایع بزرگ و کوچک در کشورهای پیشرفته در مقیاس زیادی از سیستم های رادیوایزوتوپی برای اندازه گیری و کنترل استفاده می کنند.

گسترش روزافزون موارد استعمال رادیوایزوتوپ ها در رشته های مختلف علوم و صنعت، پژوهشگران را بر آن داشته است تا روز به روز در تهیه، تولید و کاربرد رادیوایزوتوپ ها روش های عملی تر و دقیق تری را جستجو کنند.

به طوری که اکنون بسیاری از کشورها مشغول تحقیق و بررسی در مورد استفاده بیشتر و کارایی بهتر رادیو ایزوتوپ ها هستند.

صنایع زیر سایه رادیو ایزوتوپ ها سیستم های رادیوایزوتوپی که در کارخانجات مورد استفاده قرار می گیرند از یک چشمه رادیواکتیو حفاظت شده، یک دتکتور یا آشکارساز و قسمت های الکترونیکی تشکیل شده اند.

مهم ترین کاربردهای این سیستم ها در کارخانجات، به گفته دکتر حسن رحیمی، سرپرست گروه کاربرد رادیو ایزوتوپ ها در صنایع سازمان انرژی اتمی ایران، عبارت است از: کنترل سطح مایعات در قوطی های در بسته و یا ظروفی که داخل آنها را نمی توان دید، کنترل سطح مایعات در تانکرهای بزرگ مخازن نفت، آب، موادشیمیایی و...، کنترل سطح مواد جامد مانند خاک، پودر سنگ، سیمان و...

در داخل بونکرهای کارخانجات سیمان و یا واحدهای صنعتی مشابه، کنترل سطح مواد مذاب در داخل کوره ها، کارخانجات شیشه سازی، ذوب آهن و...، اندازه گیری و کنترل غلظت ترکیبات آلی، محلول های اسیدی و قلیایی، اندازه گیری دانسیته گازها و مایعات در خطوط لوله، تشخیص نوع ترکیبات نفتی در لوله های حامل این مواد، تعیین ضخامت پلاستیک، کاغذ، ورقه های فلزی و شیشه به طور اتوماتیک در خط تولید.

اما باید رادیوگرافی صنعتی را نیز به این فهرست اضافه کرد.

رادیوگرافی صنعتی با استفاده از رادیو ایزوتوپ ها انجام می شود و می تواند عیب ها و نقایص جوش های صنعتی را در تمامی موارد مشخص کند.

مهندس کورش عادل، سرپرست بازرسی فنی شرکت کاوشیار (وابسته به سازمان انرژی اتمی ) در همین مورد می گوید: هر جا جوش و آهن باشد، ما حضور داریم ؛ در کشتی، خودرو، ساختمان و....

حتی شهرداری در پی آن است که ساختمان های در دست احداث، به خصوص ساختمان های بلند مرتبه، حتماً رادیوگرافی شوند.

مهندس عادل با گشت و گذاری در خاطرات خود می گوید: یادم می آید خودرویی در ایران ساخته می شد که پس از تحویل به مشتری، بعد از مدتی چرخ های آن جدا می شد.

از ما خواسته شد تا جوش های صورت گرفته در این خودرو را رادیوگرافی کنیم.

اولین بار که این آزمایش انجام شد، مشاهده کردیم که تمام جوش ها عیب و ایراد دارد.

این عیب ها برطرف شد و شما شاهد هستید که خودروهایی که الآن ساخته می شود از لحاظ کیفیت، وضعیت به مراتب بهتری نسبت به 10سال پیش دارند.

وی یکی دیگر از موارد استعمال رادیوگرافی صنعتی با استفاده از رادیوایزوتوپ ها را در صنایع هواپیمایی ذکر می کند.

به گفته مهندس عادل، پس از انجام چند ساعت پرواز مشخص توسط هر هواپیما داخل موتور، بدنه و بال آن رادیوگرافی و کنترل می شود.

این کار برای حفظ ایمنی پرواز ضروری است.

این جنبه از کاربرد رادیوایزوتوپ ها واقعاً حیاتی است.

اما به جز رادیوگرافی صنعتی،سیستم های کنترل هسته ای نیز در صنایع کاربرد فراوانی دارد.

البته مشتری این سیستم ها پالایشگاه ها، صنایع پتروشیمی، قند، سیمان، ذوب آهن و به طور کلی صنایعی هستند که در فرآیند کار، ماده اولیه وارد یک مخزن، راکتور یا...

می شود.

مهندس عبدالرضا قهرمانی، سرپرست گروه رادیو ایزوتوپ های صنعتی، در این مورد می گوید: سیستم های هسته ای که بیشتر در صنایع مورد استفاده قرار می گیرند شامل سطح سنج ها، ضخامت سنج ها، دانسیته سنج ها، رطوبت سنج ها و...

هستند.

هم اکنون مرکز تحقیقات سازمان انرژی اتمی ایران با همکاری آژانس بین المللی انرژی اتمی و شرکت Polon لهستان درصدد طراحی سیستم هسته ای ضخامت سنجی از نوع ثابت و متحرک برای صنایع شیشه سازی و سیستم دانسیته سنجی برای تعیین دانسیته مواد نفتی در درون خط لوله است.

مزایای سیستم های رادیوایزوتوپی گرچه سیستم های رادیوایزوتوپی به علت مزایای خاصی که دارند توانسته اند به سرعت جایگزین سیستم های الکترونیکی یا مکانیکی مشابه شوند، اما این سیستم ها تنها روش اندازه گیری و کنترل در صنایع نیستند.

یکی از روش های متداول، استفاده از سیستم آلتراسونیک است.

مهندس عادل با تشبیه کار این سیستم به دستگاه سونوگرافی می گوید: با استفاده از دستگاه آلتراسونیک موجی به داخل قطعه فرستاده و موج برگشتی روی دستگاه ثبت می شود.

از روی نقطه تضعیف موج متوجه مکان عیب می شوند.

به این صورت که بلندتر شدن موج نشانه وجود ترک و کوتاه تر شدن آن دلیل وجود مواد زاید یا گرفتگی مسیر است.

روش های استفاده از مواد نافذ، آزمایش مغناطیسی با استفاده از براده های آهن و جریان های گردابی، که مانند گیت های فرودگاه عمل می کند، در کنترل های صنعتی کابرد داشته و در بعضی موارد هنوز هم کاربرد دارد.

اما چرا استفاده از رادیو ایزوتوپ ها و چشمه های صنعتی اقبال بیشتری دارد؟

مهندس عادل می گوید: هر کدام از روش ها در کنار ارجحیت خاص خود، ضعف هایی نیز دارند.

مثلاً در روش مغناطیسی فقط تا عمق 2 تا 3 میلیمتری روی سطح را می توان عیب یابی کرد.

در روش مواد نافذ هم فقط عیب هایی قابل شناسایی هستند که به سطح راه داشته باشند.

روش آلتراسونیک روش خوبی است، اما در ضخامت های کمتر از میلیمتر جواب نمی دهد.

روش استفاده از رادیوایزوتوپ ها بهترین روش برای پیداکردن عیوب یا سنجش در صنایع به شمار می رود.

یکی از مزایای آن وجود فیلم حاصل از این روش عنوان می شود که می تواند به صورت یک مدرک در پرونده کاری بماند و امکان اخذ نظرات مختلف را در زمان های دیگر فراهم کند.

سرپرست گروه کاربرد رادیوایزوتوپ ها در صنایع، مهم ترین مزایای سیستم های رادیوایزوتوپی را این گونه برمی شمارد: اندازه گیری ها بدون تماس با ماده انجام می شود، بنابراین هیچ گونه تغییری در ماده مورد نظر در خط تولید ایجاد نمی شود.

همچنین به وسیله سیستم های رادیوایزوتوپی می توان اندازه گیری های موردنظر را در ظروف سربسته و در داخل لوله هایی که تحت فشار و یا حاوی مواد سمی و خطرناک هستند، بدون تماس با آنها انجام داد.

در این روش، اندازه گیری مستقل از فشار، درجه حرارت، ترکیب شیمیایی و یا مشخصات فیزیکی جسم موردنظر است و در هنگام اندازه گیری ضخامت یا دانسیته مواد، نیاز به قطع خط تولید نیست.

این مزایا به اضافه پایین تر بودن مخارج و هزینه نگهداری چنین سیستم هایی سبب شده است که کاربرد رادیوایزوتوپ ها نه تنها در صنایع بلکه در سایر رشته ها نیز به سرعت رشد پیدا کند.

یک کاربرد حیاتی و اقتصادی از کاربردهای مهم رادیوایزوتوپ ها در صنعت، نشت یابی در خطوط لوله های انتقال نفت است.

این کار نه تنها از لحاظ مسائل اقتصادی مهم است، بلکه نشت نفت با آلوده کردن منطقه می تواند مشکلات زیست محیطی را سبب شود.

تکنیک کاربرد ردیاب های رادیواکتیو، که با استفاده از برم - 82 انجام می شود، برای اولین مرتبه در ایران در سال 1376 اجرا شده است.

البته آژانس بین المللی انرژی اتمی و انستیتوی ایزوتوپ لهستان در انجام این امر با سازمان انرژی اتمی ایران همکاری کرده اند.

دکتر حسن رحیمی در مورد نحوه کار می گوید: با استفاده از یک سیستم PIG و همچنین کاربرد برم - 82 به عنوان ردیاب می توان با دقت بسیار بالایی (نیم لیتر نشت در یک ساعت ) لوله های انتقال نفت را که تا چندین متر در زیرزمین نهاده شده اند، مورد نشت یابی دقیق قرار داد.

در این روش چون دستگاه های ما به منبع رادیواکتیو پاسخ می دهند، ما قبل از آزمایش منطقه را به طور دقیق بررسی می کنیم تا مطمئن شویم هیچ منبع رادیواکتیوی در منطقه نیست.

سپس برم - 82 را به داخل لوله تزریق می کنیم.

در آزمایش مجدد، هر جا که این ماده توسط دتکتورها شناسایی شود، همان جا محل نشت نفت است.

اما آیا این ماده رادیواکتیو روی نفت داخل لوله تأثیر نمی گذارد؟

سرپرست گروه کاربرد رادیوایزوتوپ ها در صنایع با قاطعیت پاسخ می دهد که نه !

ما از برم - 82 استفاده می کنیم که نیمه عمر آن فقط 36 ساعت است.

اگر چهار تا 36 ساعت از زمان تزریق برم بگذرد، دیگر رادیواکتیویته ای باقی نمی ماند.

بنابراین ما با هماهنگی هایی که با شرکت نفت انجام می دهیم، نفت برای سپری شدن مدت زمان لازم در تانکرها باقی می ماند.

ضمن اینکه تمام این مسائل از طریق واحد امور حفاظت و فیزیک بهداشت مرکز کنترل می شود و زمانی که اکتیویته به حالت طبیعی رسید، نفت مورد استفاده قرار می گیرد.

البته نشت یابی در خطوط انتقال نفت با روش های مختلف انجام می شود.

به جز روش رادیوتریسر (استفاده از برم - 82) روش آلتراسونیک نیز در دنیا مرسوم است.

یکی از دلایل ارجعیت روش رادیوتریسر دقت بسیار بالای آن است.

با توجه به فشار (Psi) 800-700 نفت در خطوط انتقال، قطعاً تشخیص نشت نیم لیتر تا 6 لیتر در ساعت، اختلاف بسیار مهمی است.

وقتی موضوع نشت ماده ای است که هم از لحاظ ارزش مالی مهم است و هم از لحاظ آلودگی محیط زیست، باید روش حساس تر و دقیق تری را به کار ببریم.