رادیو ایزو توپها - آکا

تعریف:

اکثر عناصر نظیر کربن، هیدروژن، اکسیژن و پتاسیم هر یک در چند شکل متفاوت هسته اى به طور طبیعى وجود دارند که به آنها ایزو توپ می گویند . تمام ایزو توپهاى یک عنصر داراى خواص شیمیایى مشابهند، در عین حال برخى از آنها مثل کربن _14 وپتاسیم _40 رادیواکتیو هستند. پیدایش طبیعى این ایزو توپهاى رادیو اکتیو معمولا درصد کمى از کل ایزوتوپهاى غیر رادیواکتیو هر عنصر را تشکیل می دهند. رادیو ایزوتوپها انرژى بیشترى از ایزوتوپهاى غیر رادیو اکتیو داشته و نیمه عمر کوتاه دارند. این رادیوایزوتوپها، با آزاد سازى انرژى خود به صورت ساطع یا گسیل کردن پرتو که فرو پاشى نامیده می شود، به ایزوتوپهاى پایدار تبدیل می شوند.

 تعداد زیادى از رادیوایزوتوپها به طور طبیعى وجود دارند، مثل رادون در گرانیت وتعداد بیشترى هم ساخته انسان هستند مثل کبالت _60 که به عنوان یک رادیوایزوتوپ از کبالت پایدار ساخته می شود و با فروپاشى پرتو گاما مجددا تبدیل به عنصر پایدار خود می شود.

رادیوایزوتوپهاى دست ساز بشر توسط راکتورهاى هسته اى یا شتاب دهنده ها ساخته می شوند. اتمهاى این عناصر یکسان فقط در مقدار نوترون هایشان متفاوتند .

 بسیارى از عناصر شیمیایى داراى تعدادى ایزوتوپ هستند. ایزوتوپهاى یک عنصر داراى پروتون هاى مساوى هستند ولى در عین حال با داشتن عدد اتمى مساوى، بدلیل در بر داشتن نورون هاى متفاوت، دارای جرم هاى متفاوت نیز می باشد. در یک اتم خنثى، تعداد الکترون ها نیز برابر با عدد اتمى آن است. در واقع این الکترون ها هستند که رفتار شیمیایى عنصر را تعیین می کنند.

جرم اتمی برابر است با مجموع تعداد پروتون ها و نوترون ها، در طبیعت 82 عنصر پایدار وجود دارد که این عناصر در بر گیرنده 275 رادیو ایزوتوپ پایدار هستند.

چنانچه ترکیبى از پروتون ها ونوترون ها تولید شود که در طبیعت تا کنون نبوده است این یک ایزوتوپ مصنوعى بوده و اتم هاى آن ناپایدارند که ایزوتوپ رادیو اکتیو یا رادیو ایزوتوپ نامیده می شود. البته تعداد ایزوتوپهاى طبیعى ناپایدار ناشى از فروپاشى اورانیم و توریم با نیمه عمر بلند هم وجود دارد. 

رادیو ایزوتوپ ها یا عناصر نا پایدار با نوعى شکافت و گسیل ذرات آلفا،بتا(یا پزیترون) و گاما به صورت پرتو الکترو مغناطیسى به پایدارى می رسند. عناصر ناپایدار هر یک نیمه عمرى دارند که طى آن رادیو اکتیویته هسته در آن زمان به نصف خود تقلیل مى یابد. از این طریق نیز پزشکان با بکار گیرى نیمه عمر هاى متفاوت، دریافت پرتو توسط بیمار را کنترل مى کنند.

ایزوتوپ هاى رادیو اکتیو، که در راکتور هاى هسته اى  یا سیکلو ترون ها (سیکلوترون شتاب دهنده ای حلقه ای شکل برای ذرات باردار می باشد و از اشعه x تولید شده آن برای آزمایشهای مختلف استفاده شده و بزرگی آن در حدود یک کارخانه است) ساخته می شوند دارای استفاده های  بسیار متعددى هستند.

رادیو ایزو توپها - آکا

بیشترین استفاده از رادیو ایزوتوپ ها عبارتند از:

_بهداشتى و پزشکى هسته اى

_صنعت و تحقیقات

_غذا و کشاورزى

_استفاده هاى آکادمیک

رادیو ایزوتوپ ها از طریق بمباران هسته اتم هاى پایدار با ذرات بنیادى نظیر نوترون ها یا پروتون ها تبدیل به اتم ها ى ناپایدار رادیو اکتیو می شوند. این فرآیند را واکنش هسته اى یا فعال سازى مى نامند که در راکتور ها ى هسته اى یا شتابدهنده ها اتفاق مى افتد.

تولید رادیو ایزوتوپ ها در راکتور

راکتور هاى اتمى، ابزار اصلى ساخت رادیو ایزوتوپ هاى مصنوعى هستند و به عنوان منابع تولید نوترون محسوب می شوند که وابسته به فرایند شکافت هسته اى براى تولید نوترون مى باشند.

رادیو ایزوتوپ ها یا عناصر رادیو اکتیو در راکتور هاى هسته اى عموما از دو طریق تولید مى شوند:

1.شکافت

2. بمباران نوترونى

شکافت:

وقتى که هسته اورانیم -235  یک نوترون جذب کند، به صورت یک هسته ناپایدار در مى آید، که بلا فاصله به دو اتم کوچکتر شکسته می شود(پاره هاى شکافت). این فرآیند همچنین با تولید دو یا سه نوترون و مقدارى انرژى همراه است. نوترون هاى آزاد شده قادرند که هسته اورانیم -235  دیگرى را بمباران کرده و شکافت های متعددی را بوجود آورند. این شکافت منجر به واکنش هسته اى زنجیره اى خود نگهدار می شود. خیلى از رادیو ایزوتوپ ها یا رادیو نوکلوییدهاى مفید نظیر ید-131، مولیبدن-99، زنون-133 و سزیم-137 در اکثر واکنش هاى شکافت اورانیم-235 حاصل می گردند. معمولا برای این منظور مقادیر کمى از اورانیم-235 را در راکتور قرار می دهند و پس از مراحلى عملیات جدا سازى ایزوتوپ ها را انجام می دهند.

براى جداسازى رادیو ایزوتوپ هاى مشخص و مورد نظر می توان از تکنیک هاى جدا سازى شیمیایى مثل رسوب سازى، استخراج حلالى، تبادل یونى، الکترولیز، تقطیر، کروماتوگرافى و... استفاده کرد.

بمباران نوترونی:

در بمباران نوترونى، هسته هاى پایدار مورد هدف که یک نوترون جذب می کنند، حاصل این بر هم کنش تولید یک رادیو ایزوتوپ غنی شده از نوترون می باشد. لذا رایج ترین واکنش طی فرایند فوق واکنش  گاما n است. بسیارى از رادیو ایزوتوپ هاى مهم در صنعت مثل کبالت-60 و ایریدیم-192 از طریق همین واکنش روى هسته هاى پایدار  کبالت-59 و ایریدیم-191 انجام مى پذیرد.

وجود طیف وسیعى از فلاکس  نوترون در محدوده  نوترون در ثانیه بر سانتیمتر مربع، دسترسى نسبى به انرژى هاى متفاوت از نوترون و قابلیت تولید رادیو ایزوتوپ های متنوع بدلیل سطح مقطع مناسب اکثر ایزوتوپ ها و همچنین وجود امکانات جانبى، سهولت این استفاده را میسر می سازد. احتمالا ممکن است از راکتور هاى قدرت هم براى تولید برخى از رادیو ایزوتوپ ها با نیمه عمر طولانى، مقیاس زیاد، اکتیویته بیشتر استفاده گردد.

 

تولید رادیو ایزوتوپ ها توسط شتاب دهنده ها

شتابدهنده ها امکان تولید رادیو ایزوتوپ هاى زیادى را از طریق تعدادى از واکنش هاى هسته اى عمدتا به کمک ذرات پروتون ها، دوترون ها و ذرات آلفا می توانند به وجود آورند. این رادیو ایزوتوپ هاى تولیدى اکثراْ ساطع کننده پرتو هاى پوزیترون هستند و راندمان تولید آنها بستگى به عوامل متعددى از جمله انرژى ذره شتاب داده شده و سطح مقطع ایزوتوپ هاى مورد نظر دارد. واکنش هاى نوترون _گاما نیاز به نوترون دارد که معمولا تولید نوترون در شتاب دهنده ها بطور غیر مستقیم از طریق واکنش هاى هسته اى  مثل گاما n  و غیره حاصل می گردد. واکنش هاى هسته اى گاماn  معمولا در موردایزوتوپ ها ى با نوترون کمتر قابلیت کاربرد دارد. سیکلو ترون داراى داراى یک جفت الکترودهاى فلزى است (که دى ها نامیده می شوند زیرا شکل آنها شبیه حرف D  می باشد) که بین دو قطب یک الکترو مغناطیس قرار گرفته اند. این الکترود ها به یک

منبع : tebyan.net

گردآوری توسط بخش مقالات فیزیک سایت آکاایران
تبلیغات